專利名稱：電機用護盒式非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機的磁路零部件領(lǐng)域，具體涉及一種電機用護盒式非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯及其制備方法，該種定子鐵芯尤其適用于高頻電機。
背景技術(shù)：
隨著科技的進步，使用50Hz的工頻電源進行驅(qū)動的電機在很多應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)無法滿足人們的使用需求。為了實現(xiàn)電機的高轉(zhuǎn)速、高功率密度或者高轉(zhuǎn)矩密度，經(jīng)常需要將電機的工作頻率設(shè)計在400-1000HZ，甚至更高。當今配有三相交流變頻(VVVF)調(diào)速系統(tǒng)的三相同步或異步電動機正在取代傳統(tǒng)的、有著機械換向器的直流串勵牽引電動機，應(yīng)用于電動汽車、軌道電動車、船艦以及航空領(lǐng)域。通過提高供電頻率來實現(xiàn)電機的高功率密度或者高轉(zhuǎn)速，會導致電機鐵芯的渦流損耗大幅度增加，嚴重影響電機的效率。由于硅鋼材料具有高飽和磁感應(yīng)強度和較高的磁導率，傳統(tǒng)電機的鐵芯均使用硅鋼疊片制成。然而硅鋼材料的電阻率低、且片材厚度大，應(yīng)用于高頻電機時鐵芯損耗很高，無法滿足新型高頻高效電機的要求。然而，非晶合金和硅鋼材料相比具有高磁導率、低損耗的特性，可以取代硅鋼應(yīng)用于中、高頻電機鐵芯實現(xiàn)高效節(jié)能的目的。1998年6月美國Honeywell公司專利W099/66624公開了一種高效徑向磁通電機的非晶金屬定子，該定子用不同長度的帶材疊加成弧形或C形然后浸漆固化形成帶有向內(nèi)徑方向的齒狀定子。這種方法形成的定子結(jié)構(gòu)在離散的非晶態(tài)金屬薄片之間包含大量的氣隙，因此增加了磁路的磁阻和運行電動機所需要的相應(yīng)的電流。2004年日本日立公司(Hitachi)發(fā)明專利US6737951B1公開了一種非晶定子鐵芯加工方法，該方法將非晶帶材進行疊加，再切割成一面或者兩面具有弓形面的多面體非晶塊體，然后將這些非晶塊體重新排列構(gòu)成完整的定子鐵芯。這種方法制作的鐵芯元件和相同規(guī)格的硅鋼元件相比，在效率方面具有優(yōu)勢，但是在每兩塊多面體非晶塊體的拼接處都存在著氣隙，在一定程度上影響了鐵芯的性能。2004年美國梅特格拉斯公司專利W02004/070740公開了光刻蝕刻法切割疊片制備非晶鐵芯定子的方法。該方法工藝復(fù)雜、生產(chǎn)效率低、成本高，僅適合制作形狀復(fù)雜的小尺寸非晶合金鐵芯，對于批量生產(chǎn)大尺寸非晶合金鐵芯不適用。2008年安泰科技股份有限公司的發(fā)明專利CN101286676A公開了一種徑向非晶合金定子鐵芯的制備方法。該方法首先將相同長度的非晶合金片堆疊成具有預(yù)定厚度的非晶合金片層疊體，對所述片層疊體進行退火，再進行浸漆固化處理，最后切割成定子鐵芯。該方法制備的非晶鐵芯性能較硅鋼鐵芯有明顯提高，為非晶電機的批量生產(chǎn)奠定了一定的技術(shù)基石出。2010年李振的專利CN101908796A提出了使用非晶金屬粉制作高頻電機的定子鐵芯的方法。該種鐵芯制作工藝簡單，但是由于非晶金屬粉無序的彌散在粘合劑中，鐵芯內(nèi)部彌散著大量氣隙，致使鐵芯的飽和磁通密度和磁導率等軟磁性能顯著降低，在目前電機的工作頻率范圍內(nèi)使用很難達到應(yīng)用要求。以上電機用非晶合金定子鐵芯的制作過程都使用了浸漆后固化的手段將非晶薄片或者粉體顆粒粘接在一起。浸漆固化會在非晶合金鐵芯中引入很大的粘接應(yīng)力，而且非晶合金材料的軟磁性能對應(yīng)力非常敏感，這必然導致非晶定子鐵芯的飽和磁通密度、磁導率和鐵芯損耗等性能較非晶合金材料明顯下降。因此，探索一種新的電機用非晶合金定子鐵芯的制備方法意義重大。這種方法應(yīng)既能使非晶合金在高頻下的優(yōu)異軟磁特性在非晶合金鐵芯中得以充分發(fā)揮，又能實現(xiàn)非晶合金鐵芯的低成本批量化生產(chǎn)，從而滿足高頻高效電機日益增長的市場需求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電機用護盒式非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯及其制備方法，該方法制備非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯，只需一次沖片和一次熱處理，就可以制備出軟磁性能優(yōu)異的非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯，為非晶、微晶或納米晶合金鐵芯的商業(yè)化批量生產(chǎn)提供了一種新的制備方法。為了達到上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案電機用護盒式非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯的制備方法，該定子鐵芯為環(huán)狀體，由多個相同的非晶、微晶或納米晶合金的環(huán)形沖片疊放而成，該環(huán)形沖片有多個內(nèi)齒1， 其中該方法包含如下步驟(1)對成卷的非晶、微晶或納米晶合金帶材3進行沖片處理，以形成上述多個相同的環(huán)形沖片，每個環(huán)形沖片的多個內(nèi)齒1的齒端位于同一圓周上，環(huán)形沖片外側(cè)至少設(shè)有一個定位槽2 ；(2)將上述多個環(huán)形沖片疊放裝入上端開口的護盒中，形成定子鐵芯形狀，然后連同護盒一起放入絕緣涂層液中進行絕緣浸涂處理；(3)待絕緣涂層液浸涂充分后，將環(huán)形沖片和護盒一起取出，對環(huán)形沖片進行壓實處理，再將護盒的上端面板與內(nèi)心面固定為一體，進而形成非晶、微晶或納米晶合金定子鐵
芯；(4)對封好護盒的非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯進行整體退火處理。所述定子鐵芯的軟磁材料選自鐵基、鐵鎳基、鈷基的非晶、微晶或納米晶薄帶材料。所述環(huán)形沖片的外側(cè)形狀為圓形或多邊形。所述步驟(1)中的沖片處理是如下連續(xù)完成的自動化沖片步驟使用的沖片裝置從前至后依次包括卷繞有非晶、微晶或納米晶合金帶材3的第一旋轉(zhuǎn)輥4、第一感應(yīng)板5、第一支撐輥6、送帶輥7、沖臺8，以及位于沖臺8上方的并排的第一沖頭12第二沖頭13和在沖臺8上且分別與第一、第二沖臺12、13相對應(yīng)的第一沖孔 9第二沖孔10，其中位于前面的第一沖頭12與第一沖孔9用來沖掉鐵芯的內(nèi)心部分，且沖下的內(nèi)心余料掉入位于第一沖孔9下方的第一裝料盒14，位于后面的第二沖頭13與環(huán)形沖片外側(cè)形狀一致，與第二沖孔10配合得到完整的環(huán)形沖片，且所述環(huán)形沖片掉入位于第二沖孔10下方的第二裝料盒15，以及位于沖臺8后方的第二支撐輥16、第二感應(yīng)板17、第二旋轉(zhuǎn)輥18和帶材卷19。 所述沖片設(shè)備的第二沖頭13的外圓周上設(shè)置至少一個與環(huán)形沖片相匹配的定位槽。在所述步驟⑴中，進行沖片處理的非晶、微晶或納米晶合金帶材3的層數(shù)為> 1 層且<7層。所述步驟(2)中的絕緣浸涂處理方法為超聲浸涂法或真空浸涂法。所述步驟(2)中的絕緣涂層液的成分選自(1)9. 999% (wt. % )的正硅酸乙醋、 86% (wt. % )的酒精、4% (wt. % )的去離子水和0. 001% (wt.)的硝酸的混合液；(2) 二氧化硅或者絕緣陶瓷細粉的酒精懸濁液。經(jīng)過所述步驟(3)的壓實處理后，所述非晶、微晶或納米晶合金定子沖片的疊片系數(shù)在0. 75 0. 95之間。在進入所述步驟(4)之前，可對所述非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯安裝工裝卡具，以防止退火過程中非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯發(fā)生形變。所述步驟(4)中非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯的整體退火處理是在氮氣、氬氣或氫氣的保護氣氛下，按照如下步驟完成的(I)、以10°c /min的升溫速率升溫至110 150°C，保溫時間為5min 300min ； (II)、以60°C /min的升溫速率升溫至300 560°C，保溫時間為5min 300min ； (III)、再以20°C /min的降溫速率降溫至80°C。所述整體退火處理過程可以加磁場的條件下完成，且磁場強度為2_40mT，磁場方向為沿鐵芯圓周方向。一種電機用護盒式非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯，該定子鐵芯為環(huán)狀體，由多個相同的非晶、微晶或納米晶合金的環(huán)形沖片疊放而成，該環(huán)形沖片內(nèi)側(cè)有多個內(nèi)齒1，其中每個環(huán)形沖片上的多個內(nèi)齒1的齒端位于同一圓周上，環(huán)形沖片外側(cè)至少設(shè)有一個定位槽2;多個環(huán)形沖片疊放裝入上端開口的護盒中，形成定子鐵芯形狀，然后連同護盒一起放入絕緣涂層液中進行絕緣浸涂處理；待絕緣涂層液浸涂充分后，將環(huán)形沖片和護盒一起取出，對環(huán)形沖片進行壓實處理，再將護盒的上端面板與內(nèi)心面固定為一體，進而形成所需定子鐵芯；對封好護盒的定子鐵芯進行整體退火處理。所述環(huán)形沖片外側(cè)形狀是圓形或者多邊形。所述環(huán)形沖片的內(nèi)齒1為沿徑向布置。所述護盒為全封閉的，包括分別位于該定子鐵芯上下兩端的、與環(huán)形沖片形狀和尺寸都相同的上端面板和下端面板20，以及與由外圓周面及內(nèi)心面構(gòu)成的、其內(nèi)部為與環(huán)形沖片形狀相同的空心的中間部分。所述護盒為半封閉的，包括分別位于該定子鐵芯上下兩端的、與環(huán)形沖片形狀和尺寸相同的上端面板和下端面板20，以及由內(nèi)心面構(gòu)成的、與環(huán)形沖片形狀相同的中間部分。所述護盒的上端面板和下端面板20的厚度為1mm，無磁力線穿過的內(nèi)心面22的厚度為0. 5mm，有磁力線穿過的內(nèi)心面23的厚度為0. 2mm。所述護盒的材料選自鐵、鋁、銅、鈦及其合金，陶瓷、有機硅樹脂、尼龍、碳纖維。
所述護盒的材料優(yōu)選無磁不銹鋼。本發(fā)明的有益效果在于(1)本發(fā)明所述的制備方法省去了浸漆和固化工藝，不僅縮短了生產(chǎn)流程、降低了生產(chǎn)成本，而且使非晶、微晶或納米晶定子鐵芯的生產(chǎn)更加節(jié)能、更加環(huán)保；(2)本發(fā)明所述的制備方法采用護盒對合金沖片進行層間固定，取代浸漆固化工藝進行層間粘接固定，使非晶、微晶或納米晶定子鐵芯的機械穩(wěn)定性得到了保證，避免了因?qū)娱g粘接強度不夠而造成加工及裝機過程中非晶、微晶或納米晶合金鐵芯發(fā)生層間開裂等問題；
(3)浸漆固化工藝制備非晶、微晶或納米晶鐵芯的粘結(jié)劑一般無法承受消除鐵芯內(nèi)部應(yīng)力的熱處理溫度，所以浸漆固化工序后不能再通過熱處理手段來消除鐵芯內(nèi)部的粘接應(yīng)力，進而導致非晶、微晶或納米晶合金鐵芯的軟磁性能和非晶、微晶或納米晶合金材料相比明顯下降。本發(fā)明所述的制備方法中的護盒能夠承受消除非晶、微晶或納米晶合金鐵芯內(nèi)部應(yīng)力的熱處理溫度，可以通過熱處理工藝一次性消除非晶、微晶或納米晶合金材料本身及制作過程中在非晶、微晶或納米晶合金鐵芯內(nèi)部二次引入的所有應(yīng)力，非晶、微晶或納米晶合金材料優(yōu)異的軟磁性能在鐵芯中得到最大程度的發(fā)揮；(4)本發(fā)明所述的制備方法是通過對非晶、微晶或納米晶合金帶材進行沖壓制作出帶齒槽的環(huán)形沖片，然后裝入帶有齒槽的護盒中制作出定子鐵芯，從而避免了層間粘結(jié)法制作非晶、微晶或納米晶合金鐵芯使用的切割手段會產(chǎn)生瞬間高溫造成非晶、微晶或納米晶合金材料因高溫晶化導致磁性惡化等問題；(5)本發(fā)明所述的制備方法省掉了高成本、低效率的電火花切割工序，大幅度降低了生產(chǎn)成本、提高了生產(chǎn)效率，更適合非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯的商業(yè)化大批量生產(chǎn)；(6)采用本發(fā)明所述的制備方法制備非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯的過程中， 可能引入應(yīng)力的工序包括沖片、涂層、壓實以及鐵芯的護盒封裝，但是這些應(yīng)力均可以通過熱處理一次消除；(7)本發(fā)明所述的制備方法制備的非晶、微晶或納米晶定子鐵芯和硅鋼定子鐵芯相比具有更高的磁導率和更低的鐵芯損耗，取代硅鋼鐵芯應(yīng)用于在高頻下工作的高轉(zhuǎn)速、 高功率密度及高轉(zhuǎn)矩密度電機更能發(fā)揮其節(jié)能、高效及低溫升的優(yōu)勢。
圖1為本發(fā)明所述環(huán)形沖片的示意圖；圖2為本發(fā)明中對所述非晶合金帶材進行沖片處理的示意圖；圖3為本發(fā)明中所述護盒的無上端面板的示意圖；圖4為本發(fā)明中所述非晶合金定子鐵芯熱處理時使用的工裝卡具及內(nèi)胎的示意圖；圖5為不同種類鐵芯在磁通密度為B = 0. 6T時鐵芯損耗隨頻率f變化的曲線圖 (圖中1表示牌號DR255的硅鋼鐵芯、2表示使用層間粘結(jié)法制備的非晶合金鐵芯、3表示本發(fā)明中使用護盒制作的非晶合金鐵芯)；圖6為不同種類鐵芯在磁通密度為B = 1. OT時鐵芯損耗隨頻率f變化的曲線圖(圖中1表示牌號DR255的硅鋼鐵 芯、2表示使用層間粘結(jié)法制備的非晶合金鐵芯、3表示本發(fā)明中使用護盒制作的非晶合金鐵芯)。附圖標記1 內(nèi)齒2定位槽3 非晶合金帶材4第一旋轉(zhuǎn)輥5 第一感應(yīng)板6第一支撐輥7 送帶輥8中臺9 第一沖孔10第二沖孔11 壓臺12第一沖頭13 第二沖頭14第一裝料盒15 第二裝料盒16第二支撐輥17 第二感應(yīng)板18第二旋轉(zhuǎn)輥19 帶材卷20下端面板21 定位槽22無磁力線穿過的內(nèi)心面23 有磁力線穿過的內(nèi)心面24非晶合金定子鐵芯25 無磁不銹鋼板26長螺絲27 鐵芯內(nèi)胎
具體實施例方式由于采用本發(fā)明所述的制備方法制備電機用護盒式非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯的方法是相同的，只需要對相應(yīng)的材料進行替換，以及根據(jù)不同材料的性能選擇不同的工藝參數(shù)，即可制備出非晶、微晶或納米晶等不同材料的合金定子鐵芯，因此，下面僅以制備非晶合金定子鐵芯為例，結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。在本實施例中，制作電機用非晶定子合金鐵芯使用的非晶合金帶材名義成份為 Fe80Si9B11 (at. % )，帶材厚度為30士 1 μ m，寬度為140mm，表面平整光潔。非晶合金定子鐵芯制備過程的第一步是對非晶合金帶材進行沖片處理，非晶合金定子鐵芯的環(huán)形沖片的示意圖如圖1所示，其中，環(huán)形沖片的內(nèi)部有內(nèi)齒1和槽，環(huán)形沖片外圓周的邊緣具有定位槽2。非晶合金定子鐵芯的沖片處理是一個連續(xù)的自動化沖片過程， 并在如圖2所示的沖片設(shè)備上進行。具體沖片處理過程如下成卷的非晶合金帶材3放置在第一旋轉(zhuǎn)輥4上，非晶合金帶材3經(jīng)由第一感應(yīng)板5到支撐輥6，第一感應(yīng)板5的作用是感應(yīng)與之接觸的非晶合金帶材3，當非晶合金帶材3不能與第一感應(yīng)板5接觸時，第一旋轉(zhuǎn)棍4自動旋轉(zhuǎn)送帶，當非晶合金帶材3接觸到第一感應(yīng)板5時，第一旋轉(zhuǎn)輥4停止送帶。送帶輥7下沉后將非晶合金帶材3壓在其與第一支撐輥6之間，然后通過旋轉(zhuǎn)將非晶帶材送入沖臺8。其中，所述送帶輥7的旋轉(zhuǎn)通過高精度伺服電機控制，工作時每隔一定時間送帶一次，送帶長度等于第一沖頭12和第一沖頭13中心點之間的距離。第一沖頭12和沖孔9 配合沖出沖片的內(nèi)部齒槽，沖下的廢料掉入第一裝料盒14以備回收利用；第二沖頭13與非晶合金沖片外圓形狀一致，與沖孔10配合沖下如圖1所示的非晶合金環(huán)形沖片，沖片有序的落入第二裝料盒15中。沖片過程中，送帶輥7將非晶帶材送到?jīng)_臺8后，壓臺11首先將帶材壓實，接著沖頭12和13同時下沖，完成沖片后同時迅速抬起，接著壓臺11抬起，送帶輥7再次送帶，開始下一次沖片。沖掉的非晶合金定子鐵芯沖片的帶材經(jīng)由第二支撐輥16 下垂到第二感應(yīng)板17時，第二旋轉(zhuǎn)輥18開始旋轉(zhuǎn)收卷，當收卷至非晶帶材接觸不到第二感應(yīng)板17時停止收卷。最后第二旋轉(zhuǎn)輥18把完成沖片處理的非晶合金帶材廢料卷成帶材卷 19，以便回收利用。在上述沖片過程中，使用的非晶合金帶材可以為單層，也可以為多層，但一般在7層以下，在本實施例中使用的非晶合金帶材的層數(shù)為2層。第二步是將上一步制備的非晶合金環(huán)形沖片裝入上端開口的護盒中，圖3是非晶合金定子鐵芯護盒的示意圖。圖3中給出了護盒的下端面板20和內(nèi)心面，此外，護盒上端還有一塊和下端面板20完全一致的上端面板。由于定子鐵芯一般要裝入到電機外殼中，所以一般護盒不需要設(shè)有外圓周面，但是也可以有具有外圓周面的全封閉護盒。本實施例中的護盒是由上下端面板和內(nèi)心面 組成的半封閉護盒，材質(zhì)選用無磁不銹鋼。護盒材質(zhì)還可以使用鐵、銅、鋁、鈦等金屬及其合金材料，也可選用陶瓷、尼龍等非金屬材料。護盒的厚度可以根據(jù)鐵芯的大小和非晶合金沖片的疊片系數(shù)而定，為了保證護盒不發(fā)生形變，護盒的下端面板20和電機工作時無磁力線穿過的內(nèi)心面22可以設(shè)計的稍厚一些，但是由于電機的氣隙不宜過大，有磁力線穿過的內(nèi)心面23可根據(jù)實際情況設(shè)計的薄一些。本實施例中上下端面厚度為1mm，無磁力線穿過的內(nèi)心面22厚度為0. 5mm，有磁力線穿過的內(nèi)心面23厚度為0. 2mm。把非晶合金定子沖片放入鐵芯護盒后，連護盒一起放入絕緣涂層液中進行浸涂，為了浸涂充分同時進行超聲處理。絕緣浸涂液是9. 999% (wt. % )的正硅酸乙醋、86% (wt. % )的酒精、4% (Wt. % )的去離子水和0.001% (wt.)的硝酸的混合液。第三步是當非晶環(huán)形沖片浸涂充分后取出，使用擠壓設(shè)備將非晶合金定子鐵芯的環(huán)形沖片壓實，壓實程度通過疊片系數(shù)來控制，疊片系數(shù)一般在0. 75-0. 95之間。本實施例中疊片系數(shù)控制在0. 92。同時使用焊接或者鉚釘?shù)姆绞綄⒆o盒的上端面板和內(nèi)心面固定為一體，進而通過護盒的使用將非晶合金沖片制作成非晶合金定子鐵芯。第四步是給上一步制作的非晶合金定子鐵芯加上工裝卡具，如圖4所示。圖4中非晶合金定子鐵芯24的上下端面各使用一塊厚度為25mm中間和四角都開有圓孔的方形無磁不銹鋼板25，中間的圓孔直徑和非晶合金鐵芯的內(nèi)徑相同，四角的圓孔直徑為10mm。使用帶有螺紋的長螺絲26穿過鋼板四角的圓孔沿鐵芯軸心方向緊壓非晶合金定子鐵芯，防止退火過程中鐵芯發(fā)生軸向變形。接著在非晶合金定子鐵芯的內(nèi)圓中裝入鐵芯內(nèi)胎，防止退火過程中鐵芯發(fā)生徑向形變。第五步是對裝好工裝卡具的非晶合金定子鐵芯進行熱處理。熱處理的目的是烘干絕緣涂層液以及消除非晶合金定子鐵芯中的應(yīng)力進而提高鐵芯的軟磁性能。熱處理過程如下1)將所述非晶合金鐵芯放入爐體內(nèi)，對爐體抽真空后充入氮氣再以IOtVmin的加熱速率升溫至130°C，在該溫度保溫40min ；2)再對爐體進行抽真空后充入氮氣，接著以60°C / min的升溫速率升溫至380°C，并且在380°C保溫90min ；3)然后啟動快冷裝置對爐體降溫， 以20°C /min的速率降溫至80°C時取出鐵芯。至此，完成了電機用護盒式非晶合金定子鐵芯的整個工序。值得說明的是絕緣液的烘干溫度一般在110-150°C之間，消除應(yīng)力的退火溫度一般在300-560°C之間，保溫時間一般為0-5小時。所述退火處理可以在氮氣或者氬氣等保護氣氛中完成，也可以在加磁場的條件下完成。
通過上述方法制備的非晶合金定子鐵芯具有優(yōu)異的軟磁性能，磁導率遠高于硅鋼鐵芯，損耗遠低于硅鋼鐵芯，而且鐵芯的可用磁通密度明顯高于采用層片間粘接法制備的非晶合金鐵芯。表1給出了 DR255硅鋼鐵芯(厚度為0. 35mm)、粘結(jié)法制備的非晶合金鐵芯、護盒法制作的非晶合金鐵芯的直流磁性，從表中可以看出，護盒法制備的非晶合金鐵芯磁導率比硅鋼鐵芯高出10倍以上；勵磁強度僅為100A/m時磁通密度就可達1. 39T，是相同勵磁強度下硅鋼鐵芯的2倍以上，是粘接非晶合金鐵芯的3倍以上?？梢娮o盒法制作的非晶合金鐵芯的直流磁性能優(yōu)于粘結(jié)法制備的非晶合金鐵芯和硅鋼鐵芯。表1DR255硅鋼鐵芯(厚度為0. 35mm)、粘結(jié)法制備的非晶合金鐵芯、與本發(fā)明護盒法制備的非晶合金鐵芯的直流磁性對比。
權(quán)利要求
1.電機用護盒式非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯的制備方法，該定子鐵芯為環(huán)狀體， 由多個相同的非晶、微晶或納米晶合金的環(huán)形沖片疊放而成，該環(huán)形沖片有多個內(nèi)齒(1)， 其特征在于該方法包含如下步驟(1)對成卷的非晶、微晶或納米晶合金帶材(3)進行沖片處理，以形成上述多個相同的環(huán)形沖片，每個環(huán)形沖片的多個內(nèi)齒(1)的齒端位于同一圓周上，環(huán)形沖片外側(cè)至少設(shè)有一個定位槽(2)；(2)將上述多個環(huán)形沖片疊放裝入上端開口的護盒中，形成定子鐵芯形狀，然后連同護盒一起放入絕緣涂層液中進行絕緣浸涂處理；(3)待絕緣涂層液浸涂充分后，將環(huán)形沖片和護盒一起取出，對環(huán)形沖片進行壓實處理，再將護盒的上端面板與內(nèi)心面固定為一體，進而形成非晶、微晶或納米晶合金定子鐵-(-H心；(4)對封好護盒的非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯進行整體退火處理。
2.如權(quán)利要求1中所述的制備方法，其特征在于所述定子鐵芯的軟磁材料選自鐵基、 鐵鎳基、鈷基的非晶、微晶或納米晶薄帶材料。
3.如權(quán)利要求1中所述的制備方法，其特征在于所述環(huán)形沖片的外側(cè)形狀為圓形或多邊形。
4.如權(quán)利要求1中所述的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中的沖片處理是如下連續(xù)完成的自動化沖片步驟使用的沖片裝置從前至后依次包括卷繞有非晶、微晶或納米晶合金帶材(3)的第一旋轉(zhuǎn)輥(4)、第一感應(yīng)板(5)、第一支撐輥(6)、送帶輥(7)、沖臺(8)，以及位于沖臺(8)上方的并排的第一沖頭(12)第二沖頭(13)和在沖臺(8)上且分別與第一、第二沖臺(12、13)相對應(yīng)的第一沖孔(9)第二沖孔(10)，其中位于前面的第一沖頭(12)與第一沖孔(9)用來沖掉鐵芯的內(nèi)心部分，且沖下的內(nèi)心余料掉入位于第一沖孔(9)下方的第一裝料盒(14)，位于后面的第二沖頭(13)與環(huán)形沖片外側(cè)形狀一致，與第二沖孔(10)配合得到完整的環(huán)形沖片，且所述環(huán)形沖片掉入位于第二沖孔(10)下方的第二裝料盒(15)，以及位于沖臺(8) 后方的第二支撐輥(16)、第二感應(yīng)板(17)、第二旋轉(zhuǎn)輥(18)和帶材卷(19)。
5.如權(quán)利要求4中所述的制造方法，其特征在于所述沖片設(shè)備的第二沖頭(13)的外圓周上設(shè)置至少一個與環(huán)形沖片相匹配的定位槽。
6.如權(quán)利要求1中所述的制備方法，其特征在于在所述步驟(1)中，進行沖片處理的非晶、微晶或納米晶合金帶材(3)的層數(shù)為彡1層且< 7層。
7.如權(quán)利要求1中所述的制造方法，其特征在于所述步驟(2)中的絕緣浸涂處理方法為超聲浸涂法或真空浸涂法。
8.如權(quán)利要求1中所述的制造方法，其特征在于所述步驟(2)中的絕緣涂層液的成分選自(1)9. 999% (wt. % )的正硅酸乙醋、86% (wt. % )的酒精、4% (wt. % )的去離子水和0.001% (wt.)的硝酸的混合液；(2) 二氧化硅或者絕緣陶瓷細粉的酒精懸濁液。
9.如權(quán)利要求1中所述的制造方法，其特征在于經(jīng)過所述步驟(3)的壓實處理后，所述非晶、微晶或納米晶合金定子沖片的疊片系數(shù)在0. 75 0. 95之間。
10.如權(quán)利要求1中所述的制造方法，其特征在于在進入所述步驟(4)之前，可對所述非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯安裝工裝卡具，以防止退火過程中非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯發(fā)生形變。
11.如權(quán)利要求1中所述的制造方法，其特征在于所述步驟(4)中非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯的整體退火處理是在氮氣、氬氣或氫氣的保護氣氛下，按照如下步驟完成的(I)、以10°C /min的升溫速率升溫至110 150°C，保溫時間為5min 300min ； (II)、以 600C /min的升溫速率升溫至300 560°C，保溫時間為5min 300min ； (III)、再以20°C / min的降溫速率降溫至80°C。
12.如權(quán)利要求1或11中所述的制造方法，其特征在于所述整體退火處理過程可以加磁場的條件下完成，且磁場強度為2-40mT，磁場方向為沿鐵芯圓周方向。
13.如權(quán)利要求1所述的方法制造的電機用護盒式非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯， 該定子鐵芯為環(huán)狀體，由多個相同的非晶、微晶或納米晶合金的環(huán)形沖片疊放而成，該環(huán)形沖片內(nèi)側(cè)有多個內(nèi)齒(1)，其特征在于每個環(huán)形沖片上的多個內(nèi)齒(1)的齒端位于同一圓周上，環(huán)形沖片外側(cè)至少設(shè)有一個定位槽(2)；多個環(huán)形沖片疊放裝入上端開口的護盒中，形成定子鐵芯形狀，然后連同護盒一起放入絕緣涂層液中進行絕緣浸涂處理；待絕緣涂層液浸涂充分后，將環(huán)形沖片和護盒一起取出，對環(huán)形沖片進行壓實處理，再將護盒的上端面板與內(nèi)心面固定為一體，進而形成所需定子鐵芯；對封好護盒的定子鐵芯進行整體退火處理。
14.如權(quán)利要求13所述定子鐵芯，其特征在于所述環(huán)形沖片外側(cè)形狀是圓形或者多邊形。
15.如權(quán)利要求13所述定子鐵芯，其特征在于所述環(huán)形沖片的內(nèi)齒(1)為沿徑向布置。
16.如權(quán)利要求13中所述的定子鐵芯，其特征在于所述護盒為全封閉的，包括分別位于該定子鐵芯上下兩端的、與環(huán)形沖片形狀和尺寸都相同的上端面板和下端面板(20)，以及與由外圓周面及內(nèi)心面構(gòu)成的、其內(nèi)部為與環(huán)形沖片形狀相同的空心的中間部分。
17.如權(quán)利要求13中所述的合金定子，其特征在于所述護盒為半封閉的，包括分別位于該定子鐵芯上下兩端的、與環(huán)形沖片形狀和尺寸相同的上端面板和下端面板(20)，以及由內(nèi)心面構(gòu)成的、與環(huán)形沖片形狀相同的中間部分。
18.如權(quán)利要求13中所述的定子鐵芯，其特征在于所述護盒的上端面板和下端面板 (20)的厚度為1mm，無磁力線穿過的內(nèi)心面(22)的厚度為0. 5mm，有磁力線穿過的內(nèi)心面 (23)的厚度為0. 2mm。
19.如權(quán)利要求13中所述的定子鐵芯，其特征在于所述護盒的材料選自鐵、鋁、銅、鈦及其合金，陶瓷、有機硅樹脂、尼龍、碳纖維。
20.如權(quán)利要求19中所述的定子鐵芯，其特征在于所述護盒的材料優(yōu)選無磁不銹鋼。
全文摘要
本發(fā)明屬于電機的磁路零部件領(lǐng)域，為一種電機用護盒式非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯及其制備方法，包含如下步驟對成卷的合金帶材(3)進行沖片處理，形成多個相同的環(huán)形沖片，每個沖片內(nèi)齒(1)的齒端位于同一圓周上，沖片外側(cè)至少有一個定位槽(2)；將多個環(huán)形沖片疊放裝入上端開口的護盒中，然后與護盒一起放入絕緣涂層液中進行絕緣浸涂處理；然后將沖片和護盒一起取出，對環(huán)形沖片進行壓實處理，再將護盒的上端面板與內(nèi)心面固定為一體，進而形成定子鐵芯；對封好護盒的定子鐵芯進行整體退火處理。該方法解決了該定子鐵芯易受損掉渣、層間開裂、粘接應(yīng)力無法消除導致性能下降等工藝難題，使鐵芯的性能獲得很大提高。
文檔編號H02K15/02GK102361374SQ20111033293
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者周少雄, 張廣強, 李山紅, 王立軍 申請人:安泰科技股份有限公司