專(zhuān)利名稱(chēng)：軸向磁通電機(jī)用非晶、微晶或納米晶合金定子鐵心及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機(jī)的磁路零部件領(lǐng)域，具體涉及一種軸向磁通電機(jī)用非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯及其制造方法，該種定子鐵芯尤其適合應(yīng)用在要求高效節(jié)能的高轉(zhuǎn)速、高功率密度和高轉(zhuǎn)矩密度電機(jī)。
背景技術(shù)：
電機(jī)是世界上耗電量最高的電氣設(shè)備，提高電機(jī)效率對(duì)節(jié)能減排、緩解能源緊張和環(huán)境污染均具有重大意義。目前，電機(jī)效率的提高受到世界各國(guó)的高度重視。很多應(yīng)用領(lǐng)域不僅要求電機(jī)具有高效率，還要具有高功率密度、高轉(zhuǎn)矩密度或者高轉(zhuǎn)速等特性，比如電動(dòng)汽車(chē)、航空航天、高速壓縮機(jī)等等。傳統(tǒng)電機(jī)使用的硅鋼鐵芯已經(jīng)很難滿(mǎn)足越來(lái)越苛刻的性能要求。由于非晶合金軟磁材料具有低損耗、高磁導(dǎo)率、高強(qiáng)度和耐腐蝕等特性，用其替代硅鋼應(yīng)用于電機(jī)鐵芯的研究近年來(lái)受到很多國(guó)家的高度重視。首先看一下徑向磁通(或者稱(chēng)徑向氣隙)非晶電機(jī)鐵芯的而研究進(jìn)展。1998年 6月美國(guó)Honeywell公司專(zhuān)利W099/666M公開(kāi)的非晶金屬定子鐵芯是用不同長(zhǎng)度的帶材疊加成弧形或C形后進(jìn)行熱固化處理形成帶有向內(nèi)徑方向的齒狀定子鐵芯。2004年日本日立公司(Hitachi)的發(fā)明專(zhuān)利US6737951B1公開(kāi)的方法是將非晶帶材疊加后進(jìn)行熱固化處理，再切割成一面甚至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。這兩種方法制作的非晶合金鐵芯在拼接處都存在氣隙，在一定程度上影響了鐵芯的性能。2004年美國(guó)梅特格拉斯公司專(zhuān)利W02004/070740公開(kāi)了光刻蝕刻法制備非晶定子鐵芯的方法，該方法工藝復(fù)雜、效率低，不適合批量生產(chǎn)。2008年安泰科技股份有限公司的發(fā)明專(zhuān)利CN101286676A公開(kāi)了一種先熱固化處理做成非晶塊體再整體切割成型的制作定子鐵芯的方法，為制備性能優(yōu)秀的徑向磁通非晶鐵芯奠定了技術(shù)基礎(chǔ)， 但是制作鐵芯的尺寸收到了非晶合金帶材寬度的限制。深圳華任興科技有限公司在專(zhuān)利 CN101882816A中提出了使用拼接的手段制作大尺寸徑向磁通非晶合金鐵芯的方法。由于非晶合金帶材是具有恒定寬度的連續(xù)的薄帶材料，制作軸向磁通電機(jī)定子鐵芯時(shí)電機(jī)的功率大小基本不受非晶合金帶材寬度的限制，而且材料的利用率要比制作徑向磁場(chǎng)電機(jī)鐵芯高出幾倍，再加上軸向磁通電機(jī)具有功率密度和轉(zhuǎn)矩密度高，軸向距離短利于電機(jī)散熱等優(yōu)勢(shì)，所以非晶合金制作軸向磁場(chǎng)電機(jī)定子鐵芯更具優(yōu)勢(shì)。1998年美國(guó)LE公司的專(zhuān)利US005731649A公開(kāi)了使用卷繞的非晶塊體組合構(gòu)成電機(jī)鐵芯，使用直接卷繞的非晶圓柱作為鐵芯定子鐵芯的齒導(dǎo)致渦旋電流構(gòu)成環(huán)形電路，鐵損很大。直到2006年LE 公司在專(zhuān)利US7018498B2中公開(kāi)了一種先制作出環(huán)形非晶合金塊體、再銑削出軸向齒槽結(jié)構(gòu)的加工非晶合金定子鐵芯的方法。該方法可以制作出高性能的軸向磁通非晶合金定子鐵芯。但是，由于非晶合金經(jīng)熱處理之后變得很脆，尤其進(jìn)行齒槽密集的非晶合金鐵芯的銑削加工時(shí)，容易發(fā)生齒部脫落或者損壞，導(dǎo)致成品率降低。而且銑削加工將會(huì)在非晶合金定子鐵芯內(nèi)部引入引力，導(dǎo)致鐵芯性能下降。日本株式會(huì)社日立產(chǎn)機(jī)系統(tǒng)的專(zhuān)利CN101741153A中也公開(kāi)了一種軸向磁通電機(jī)用非晶合金鐵芯的制作方法，首先以樹(shù)脂鑄型的方式制作出環(huán)形非晶塊，接著切割出多個(gè)形狀和大小相同的棒狀非晶塊，再使用圓盤(pán)狀鐵芯保持部件將這些棒狀非晶塊組合成非晶合金定子鐵芯。該方法制作的非晶合金鐵芯由多個(gè)小非晶塊體組成，鐵芯內(nèi)部存在氣隙，而且還需要使用鐵芯保持部件把分離的非晶鐵芯塊體組合到
一起，工序復(fù)雜。綜上所述，現(xiàn)有制作非晶合金電機(jī)鐵芯的技術(shù)仍然存在工藝復(fù)雜、成本高、成品率低以及性能不理想等問(wèn)題。鑒于非晶合金帶材適合制作軸向磁通電機(jī)定子鐵芯的特點(diǎn)，本專(zhuān)利提供了一種的制作高性能軸向磁通非晶電機(jī)定子鐵芯的加工方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種軸向磁通電機(jī)用非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯及其制造方法，該方法成本低、生產(chǎn)效率高且成品率高，并且通過(guò)該方法所制造的非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯的性能更加優(yōu)異，具有優(yōu)異軟磁性能且外觀整齊平整。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案一種軸向磁通電機(jī)用非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯的制造方法，該定子鐵芯為圓環(huán)體，一個(gè)環(huán)形端面上有多個(gè)徑向開(kāi)口槽沈，其中，方法包含如下步驟(1)使用滾剪裝置，將成卷的非晶、微晶或納米晶合金寬帶沿著帶長(zhǎng)方向滾剪成具有固定寬度的合金帶材卷，所述固定寬度為成品鐵芯高度的兩倍；(2)將上述固定寬度的合金帶材卷置于一被動(dòng)的旋轉(zhuǎn)輥5上，依次進(jìn)行如下處理 ①?zèng)_槽處理，在所述合金帶材中部連續(xù)沖壓出垂直合金帶材長(zhǎng)度方向上的帶槽17，其寬度和開(kāi)口槽沈?qū)挾认嗟?、長(zhǎng)度為開(kāi)口槽沈深度的兩倍；②涂絕緣層處理；③卷繞處理，將合金帶材卷繞在帶有內(nèi)芯槽4的鐵芯內(nèi)芯M上，且所述帶槽17與內(nèi)芯槽4位置對(duì)應(yīng)，從而形成相當(dāng)于兩個(gè)軸向磁通鐵芯齒部對(duì)扣連接的具有槽形結(jié)構(gòu)15的合金帶材卷25 ；所述旋轉(zhuǎn)輥5和鐵芯內(nèi)芯M由一個(gè)高精度數(shù)控分度頭23控制進(jìn)行同步間歇性旋轉(zhuǎn)；(3)在步驟O)中，當(dāng)具有槽形結(jié)構(gòu)15的合金帶材卷25卷繞達(dá)到所需外徑時(shí)，在帶材卷外圓面上加一層和所述外圓面具有相同槽形結(jié)構(gòu)的外圓保護(hù)層，再沿著合金帶材卷軸向垂直面將其等分橫切成兩個(gè)形狀和大小完全相同的且具有軸向齒槽結(jié)構(gòu)的非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯觀；(4)對(duì)步驟C3)得到的非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯觀進(jìn)行退火處理。所述的非晶、微晶或納米晶合金寬帶材料選自鐵基、鐵鎳基、鈷基非晶、微晶及納米晶合金薄帶。所述鐵芯內(nèi)芯M和外圓保護(hù)層的材料選自硅鋼、無(wú)磁不銹鋼、鐵、鋁、銅、鈦及其合金、陶瓷、有機(jī)硅樹(shù)脂、尼龍、碳纖維。在所述步驟( 的卷繞處理中，通過(guò)高精度數(shù)控分度頭23控制鐵芯內(nèi)芯實(shí)現(xiàn)間歇性旋轉(zhuǎn)如下高精度數(shù)控分度頭23帶動(dòng)鐵芯內(nèi)芯M每隔一定時(shí)間間隔t旋轉(zhuǎn)一次，旋轉(zhuǎn)角度均為θ = 360° /η，其中η為非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯的軸向齒27或開(kāi)口槽沈的數(shù)量，同時(shí)鐵芯內(nèi)芯M帶動(dòng)合金帶材向前行進(jìn)的距離為s = π θ /180，并且在鐵芯內(nèi)心24旋轉(zhuǎn)θ角度后的停頓時(shí)間t內(nèi)，恰好完成一次沖槽處理。
所述沖槽處理中，使用的沖頭和沖槽之間的間隙為非晶合金帶材總厚度的 1/10 1/2。在所述沖槽處理中，所述合金帶材上的帶槽17可為矩形、橢圓形或其他任意形狀，且所述帶槽17的形狀與所述鐵芯內(nèi)芯M上內(nèi)芯槽4的形狀相同。所述合金帶材卷的帶材層數(shù)< 10層。所述帶槽17位于合金帶材內(nèi)部，為閉合圖形，且所述帶槽17在垂直帶材長(zhǎng)度方向上的數(shù)量彡1。所述帶槽17的中心線均指向非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯觀的中心軸線，且?guī)Р?7的形狀和大小不隨所述非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯半徑增大發(fā)生變化；然而所述齒16會(huì)隨著所述非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯半徑的增加逐漸變寬。在所述步驟O)中，①?zèng)_槽處理與②涂絕緣層處理的順序可以互換。所述步驟(4)是在氮?dú)饣蛘邭鍤獾谋Ｗo(hù)氣氛下進(jìn)行的。所述步驟(4)是在加磁場(chǎng)的條件下完成，且磁場(chǎng)強(qiáng)度為2_40mT，磁場(chǎng)方向?yàn)檠罔F心圓周方向。絕緣涂層液選自正硅酸乙酯、水玻璃、MgO細(xì)粉、Si02細(xì)粉或者絕緣陶瓷細(xì)粉的溶液、溶膠或者懸濁液中的一種。對(duì)經(jīng)過(guò)所述步驟(4)處理后非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯觀進(jìn)行樹(shù)脂熱固化處理。所述樹(shù)脂熱固化處理中浸漆過(guò)程在真空下進(jìn)行。一種軸向磁通電機(jī)用非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯，該定子鐵芯為圓環(huán)體，一個(gè)環(huán)形端面上有多個(gè)徑向開(kāi)口槽，其中該定子鐵芯由合金帶材經(jīng)滾剪、沖槽、涂層、卷繞及退火處理得到的定子鐵芯坯體橫向等分切割為兩個(gè)相同的定子鐵芯而成，該定子鐵芯坯體包括鐵芯內(nèi)芯對(duì)，卷繞在鐵芯內(nèi)芯M上的具有槽形結(jié)構(gòu)的合金帶材和外圓保護(hù)層；其中鐵芯內(nèi)芯M由一對(duì)圓環(huán)形底托1和圓筒2組成，在圓筒2的筒身中部均勻的分布著η個(gè)內(nèi)芯槽4 ；卷繞的合金帶材上有多個(gè)垂直合金帶材長(zhǎng)度方向的帶槽17，內(nèi)芯槽 4和帶槽17的寬度均與開(kāi)口槽相等、長(zhǎng)度均為開(kāi)口槽深度的兩倍；卷繞過(guò)程中，所述具有槽形結(jié)構(gòu)的合金帶材上的帶槽17與鐵芯內(nèi)芯M上的內(nèi)芯槽4位置對(duì)應(yīng)，從而形成相當(dāng)于兩個(gè)軸向磁通鐵芯齒部對(duì)扣連接的具有槽形結(jié)構(gòu)15的合金帶材卷25 ；外圓保護(hù)層的外圓面開(kāi)有與帶槽17相同的槽。所述合金帶材上的帶槽17可為矩形、橢圓形或其他任意形狀，且所述帶槽17的形狀與所述鐵芯內(nèi)芯M上內(nèi)芯槽4的形狀相同。本發(fā)明與現(xiàn)有的軸向磁通非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯的制備技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明制備非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯采用的是沖槽后卷繞的方法，避免了合金材料由于薄、脆且硬的特性造成的難于加工出復(fù)雜槽形結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，在很大程度上降低了軸向非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯的生產(chǎn)成本、提高了生產(chǎn)效率和鐵芯成品率；(2)本發(fā)明所述非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯的制備方法可以省去樹(shù)脂熱固
6化成型處理，進(jìn)而可以縮短生產(chǎn)流程、節(jié)省生產(chǎn)成本，還可以使生產(chǎn)過(guò)程更加環(huán)保節(jié)能；(3)本發(fā)明所述非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯的制備方法使用了鐵芯內(nèi)芯和外圓面保護(hù)層對(duì)軸向磁通合金鐵芯進(jìn)行機(jī)械固定和保護(hù)，取代以往的樹(shù)脂熱固化粘接成型，提高了非晶、微晶或納米晶鐵芯的穩(wěn)定性，避免了因合金薄帶層與層之間因粘接不牢而造成鐵芯開(kāi)裂、掉齒等問(wèn)題；(4)本發(fā)明所述非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯的制備方法可以不使用粘結(jié)劑進(jìn)行層間粘接，進(jìn)而可以避免由于粘接應(yīng)力的引入造成合金鐵芯軟磁性能的下降的問(wèn)題；(5)本發(fā)明所述非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯的制備方法所進(jìn)行的熱固化處理在沖槽和卷繞成型之后，所以沖槽和卷繞工序引入的應(yīng)力可以通過(guò)退火消除，進(jìn)而使非晶、微晶或納米晶合金材料優(yōu)異的軟磁性能能夠在鐵芯中得到最大程度的保留；(6)本發(fā)明的非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯的損耗遠(yuǎn)低于硅鋼定子鐵芯，磁導(dǎo)率遠(yuǎn)高于硅鋼鐵芯，所以使用所述的非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯的電機(jī)具有低溫升、 高效率的優(yōu)勢(shì)，尤其是應(yīng)用于高轉(zhuǎn)速電機(jī)、高功率密度和高轉(zhuǎn)矩密度電機(jī)效果更加明顯。


圖1為本發(fā)明所述非晶合金定子鐵芯內(nèi)芯的示意圖；圖2為本發(fā)明所述非晶合金定子鐵芯制造過(guò)程中沖槽、涂層及卷繞成型過(guò)程的示意圖；圖3為采用本發(fā)明所述的制造方法所制造的非晶合金定子鐵芯的外觀示意圖；圖4為本發(fā)明所述裝入工裝卡具準(zhǔn)備進(jìn)行退火處理的非晶合金定子鐵芯的示意圖；圖5為不同類(lèi)型的軸向磁通定子鐵芯在磁通密度為0. 6T時(shí)，鐵芯損耗隨頻率變化的曲線圖，其中，圖中1表示牌號(hào)為DR255的硅鋼片制作的軸向磁通定子鐵芯，2表示本發(fā)明制備的未使用樹(shù)脂熱固化處理的軸向磁通非晶合金定子鐵芯，3表示本發(fā)明制備的使用樹(shù)脂熱固化處理的軸向磁通非晶合金定子鐵芯；圖6為不同類(lèi)型的軸向磁通定子鐵芯在磁通密度為1. OT時(shí)，鐵芯損耗隨頻率變化的曲線圖，其中，圖中1表示牌號(hào)為DR255的硅鋼片制作的軸向磁通定子鐵芯，2表示本發(fā)明制備的未使用樹(shù)脂熱固化處理的軸向磁通非晶合金定子鐵芯，3表示本發(fā)明制備的使用樹(shù)脂熱固化處理的軸向磁通非晶合金定子鐵芯。附圖標(biāo)記1 圓環(huán)形底托2 圓筒3 內(nèi)芯齒4 內(nèi)芯槽5 旋轉(zhuǎn)輥6 非晶合金帶材卷7 第一支承輥8 第一定位輥9 第二定位輥10 中臺(tái)11 中孔12 壓臺(tái)13 中頭14 廢料桶15 槽形結(jié)構(gòu)16 齒17 帶槽18 第二支撐輥
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28293具體實(shí)施例方式由于采用本發(fā)明所述的制備方法制備軸向磁通電機(jī)用非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯的方法是相同的，只需要對(duì)相應(yīng)的材料進(jìn)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(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。根據(jù)本發(fā)明的制備方法，第一步是使用非晶合金帶材滾剪設(shè)備等常規(guī)的切割裝置對(duì)成卷的非晶合金寬帶沿帶長(zhǎng)方向進(jìn)行縱向切割，以形成預(yù)定寬度的非晶合金帶材卷，其中預(yù)定寬度為預(yù)制作非晶合金定子鐵芯高度的兩倍。非晶合金帶材卷可以是單層帶材卷， 也可以是多重帶材卷，一般帶材層數(shù)一般不大于10層。對(duì)非晶合金帶材及生產(chǎn)該種合金帶材的方法不作特別的限制。第二步是將如圖1所示的鐵芯內(nèi)芯M安裝在如圖2所示的制作軸向磁通非晶合金鐵芯的裝置上，由高精度數(shù)控分度頭23控制旋轉(zhuǎn)。對(duì)第一步中滾剪得到具有預(yù)定寬度的非晶合金帶材進(jìn)行沖槽、涂絕緣層和卷繞處理。其中，非晶合金鐵芯中的非晶合金帶材的疊片系數(shù)可以通過(guò)調(diào)整卷繞過(guò)程中非晶合金帶材上的拉應(yīng)力的大小實(shí)現(xiàn)控制，拉力越大則疊片系數(shù)越高，該種非晶合金鐵芯疊片系數(shù)一般控制在0. 75 0. 90之間。鐵芯內(nèi)芯24由厚度為0. 5mm的硅鋼板制成，通過(guò)高精度數(shù)控分度頭23帶動(dòng)可實(shí)現(xiàn)任意角度的轉(zhuǎn)動(dòng)。高精度數(shù)控分度頭23每隔一定時(shí)間間隔t帶動(dòng)鐵芯內(nèi)芯M實(shí)現(xiàn)一次旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度θ = 360° / η，其中η代表非晶合金定子鐵芯的齒或帶槽的數(shù)量，與此同時(shí)鐵芯內(nèi)芯M帶動(dòng)非晶合金帶材向前行進(jìn)的距離為s = π *r* θ /180 ；在每次旋轉(zhuǎn)θ角度后的停頓時(shí)間t內(nèi)沖槽裝置完成一次沖槽處理。沖槽處理完成后非晶合金鐵芯在高精度數(shù)控分度頭23的帶動(dòng)下進(jìn)行下一次θ角度的旋轉(zhuǎn)，隨后再進(jìn)行一次沖槽處理，如此反復(fù)操作將帶有槽形結(jié)構(gòu)的非晶合金帶材卷繞在鐵芯內(nèi)芯M上形成相當(dāng)于兩個(gè)軸向磁通鐵芯齒部對(duì)扣連接在一起的具有槽形結(jié)構(gòu)合金帶材卷25。帶槽的形狀可以為矩形、橢圓形等，內(nèi)芯上的槽應(yīng)和帶槽一致，帶槽為矩形時(shí)內(nèi)芯上的槽也為矩形，帶槽為橢圓形時(shí)內(nèi)芯上的槽也為橢圓形。第三步是當(dāng)具有槽形結(jié)構(gòu)合金帶材卷25的外徑卷繞達(dá)到一定尺寸時(shí)，從卷繞設(shè)備上取下，并使用焊接或者鉚釘?shù)确椒ㄔ谄渫鈭A面上加一層和外圓面具有相同槽形結(jié)構(gòu)的外圓保護(hù)層。然后，沿著帶材卷軸向垂直面將其等分橫切成兩個(gè)具有軸向齒槽結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸完全相同的非晶合金定子鐵芯，如圖3所示。
涂層池20 第三支撐輥
涂層液22 刮液板
高精度數(shù)控分度頭M 鐵芯內(nèi)芯具有槽形結(jié)構(gòu)的合金帶材卷開(kāi)口槽27 軸向齒
非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯方形平板30 長(zhǎng)螺絲
圓形內(nèi)胎
第四步是對(duì)上一步中制作的非晶合金定子鐵芯進(jìn)行退火處理。退火的目的是去除涂層液中的可揮發(fā)成分以及消除沖槽操作和卷繞過(guò)程在非晶合金鐵芯內(nèi)部引入的應(yīng)力， 進(jìn)一步提高非晶合金鐵芯的軟磁性能。退火制度如下，首先從室溫升溫至100-150°C，保溫 1-3小時(shí)；再繼續(xù)升溫至300-560°C之間，保溫0-5小時(shí)；然后降溫至室溫后取出鐵芯。所述退火處理需在氮?dú)饣蛘邭鍤獾缺Ｗo(hù)氣氛中完成，也可以同時(shí)在加磁場(chǎng)的條件下完成。至此，軸向磁通電機(jī)用非晶合金定子鐵芯加工完畢。還可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，對(duì)上述方法制備的經(jīng)退火處理的非晶合金定子鐵芯進(jìn)行樹(shù)脂熱固化處理，該步驟為可選擇性的非必要工序。如果該方法制作的非晶合金鐵芯用在對(duì)定子鐵芯的磁通密度要求卻不是很高，但對(duì)噪音的限制要求很高時(shí)需進(jìn)行該步處理。將非晶合金鐵芯浸入到環(huán)氧樹(shù)脂中，為了使環(huán)氧樹(shù)脂能夠充分浸入到非晶合金定子鐵芯內(nèi)部，浸漆過(guò)程可以在真空環(huán)境下進(jìn)行。待環(huán)氧樹(shù)脂充分浸入到非晶合金鐵芯中后，取出鐵芯放入烘箱進(jìn)行熱固化處理。實(shí)施例1制作軸向磁通非晶合金定子鐵芯的帶材名義成份為F^Si9Bn(at. % )，厚度為 30 士 1 μ m，寬度為140mm，表面平整。待制作非晶合金定子鐵芯的外徑為180mm，內(nèi)徑100mm， 高40mm，槽深30mm，齒槽數(shù)量為30。首先使用滾剪設(shè)備將非晶合金帶材滾剪成寬度為80mm 的非晶合金帶材卷，再將寬度為80mm的非晶合金帶材進(jìn)行二次卷繞形成2重非晶合金薄帶卷待用。使用厚度為0.5mm的硅鋼片制作成如圖1所示的鐵芯內(nèi)芯，鐵芯內(nèi)芯由外徑為 180mm、內(nèi)徑為IOOmm的圓環(huán)形底托1和內(nèi)徑為100mm、高為80mm的圓筒2組成，在圓筒2的筒身中部均勻的分布著30個(gè)內(nèi)芯齒3和30個(gè)內(nèi)芯槽4，其中內(nèi)芯槽4的寬度均為0. 50mm、 長(zhǎng)度均為60mm。另外，加在非晶合金帶材卷外圓面上的外圓保護(hù)層也由0. 50mm的硅鋼片制作而成，為外徑為180mm、高為80mm的圓筒，圓筒2筒身中部也均勻分布著30個(gè)和鐵芯內(nèi)芯 24的圓筒尺寸和形狀完全相同的矩形槽。軸向磁通非晶合金定子鐵芯的沖槽、涂層及卷繞操作過(guò)程如圖2所示，首先將寬度為80mm的2重非晶合金帶材卷裝到旋轉(zhuǎn)輥5上，經(jīng)第一支撐輥7到第一、第二定位輥8、9 進(jìn)入沖臺(tái)10，在沖臺(tái)10上沖出槽型后經(jīng)第二支撐輥18和第三支撐輥20進(jìn)入涂層液21中浸涂絕緣涂層液，經(jīng)刮液板22去掉多余的涂層液，最后卷繞在由高精度數(shù)控分度頭23帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的鐵芯內(nèi)芯M上形成具有槽形結(jié)構(gòu)的合金帶材卷25。其中，涂層池19的材質(zhì)為PVC，其中的涂層液21為9. 999% (wt. % )的正硅酸乙醋、88% (wt. % )的酒精、2% (Wt. % )的去離子水和0.001% (wt.)的硝酸的混合液。高精度數(shù)控分度頭23帶動(dòng)鐵芯內(nèi)芯M每隔1秒鐘旋轉(zhuǎn)一次，旋轉(zhuǎn)角度為θ = 360° /30 = 12°，其中30是鐵芯的齒槽數(shù)，與此同時(shí)鐵芯內(nèi)芯對(duì)帶動(dòng)非晶合金帶材向前行進(jìn)的距離為S= Ji*r*12/180(mm)。每次旋轉(zhuǎn)12°后的停頓時(shí)間1秒內(nèi)，壓臺(tái)12將非晶合金帶材壓在沖臺(tái)10上，沖頭13迅速?zèng)_下，非晶合金廢料從沖孔11中落入廢料桶14中； 接著沖頭13和壓臺(tái)12依次抬起，此時(shí)完成了一次沖槽處理，沖出的槽形結(jié)構(gòu)15包括所制造的非晶合金定子鐵芯的齒16和帶槽17，然后高精度數(shù)控分度頭23帶動(dòng)鐵芯內(nèi)芯M再旋轉(zhuǎn)12°，開(kāi)始下一次沖槽、卷繞操作，隨著鐵心半徑的增大，每次旋轉(zhuǎn)非晶合金帶材前進(jìn)的距離也隨著變大。如此反復(fù)操作將帶有槽形結(jié)構(gòu)的非晶合金帶材卷繞在鐵芯內(nèi)芯M上形成相當(dāng)于兩個(gè)軸向磁通鐵芯齒部對(duì)扣連接在一起的具有槽形結(jié)構(gòu)合金帶材卷25。當(dāng)帶有槽形結(jié)構(gòu)的非晶合金帶材卷外徑達(dá)到179mm時(shí)連同鐵芯內(nèi)芯M —起從設(shè)備上取下，將外圓保護(hù)層焊接在非晶合金帶材卷的外圓面上，再沿著非晶合金帶材卷軸向垂直面將其等分橫切成兩個(gè)具有軸向齒槽結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸完全相同的非晶合金定子鐵芯。至此，完成了軸向磁通非晶合金定子鐵芯的加工成型工序，制作出了如圖3所示帶有開(kāi)口槽沈和軸向齒27的非晶合金定子鐵芯。最后對(duì)非晶合金定子鐵芯進(jìn)行高溫退火處理。為了避免非晶合金定子鐵芯在高溫退火過(guò)程中發(fā)生熱形變，需使用如圖4所示的無(wú)磁不銹鋼工裝卡具對(duì)非晶合金定子鐵芯進(jìn)行形變保護(hù)。工裝卡具的主體是兩塊厚度為30mm的方形平板四，其由無(wú)磁不銹鋼制成，平板四角分別裝有長(zhǎng)螺絲30，可以通過(guò)螺絲的緊固實(shí)現(xiàn)退火過(guò)程中對(duì)非晶合金定子鐵芯上下兩端面的形變保護(hù)。在上下兩塊方形平板27的中心都開(kāi)有和非晶合金定子鐵芯內(nèi)圓尺寸相同(直徑100mm)的圓孔。通過(guò)方板的圓孔將圓形內(nèi)胎31插入到非晶合金定子鐵芯中， 防止非晶合金定子鐵芯向內(nèi)圓徑向發(fā)生形變。所述的高溫退火處理是在氮?dú)獗Ｗo(hù)下、加沿鐵芯圓周方向磁場(chǎng)的條件下進(jìn)行的，具體工藝如下1)在所述非晶合金定子鐵芯的軸向中心處加一根可以通電流的銅棒，銅棒和非晶合金定子鐵芯之間用陶瓷管絕緣，然后整體放入氮?dú)獗Ｗo(hù)下的電爐中進(jìn)行加熱退火處理；2)以60°C /min的加熱速率升溫至300°C時(shí)加強(qiáng)度為20mT的直流磁場(chǎng)，再以相同的升溫速率升溫到390°C ；3)保持磁場(chǎng)不變，在380°C保溫90min ；4)然后以40°C /min的速率降溫至300°C 時(shí)去掉磁場(chǎng)，再以相同的冷卻速度降溫至室溫后取出非晶合金定子鐵芯。實(shí)施例2非晶合金帶材的滾剪、沖槽、涂層、卷繞及退火處理均和實(shí)施例1的工藝完全相同。就是對(duì)實(shí)施例1中制作的非晶合金定子鐵芯再進(jìn)行一次樹(shù)脂熱固化處理。具體工藝如下將非晶合金定子鐵芯浸人不銹鋼槽內(nèi)的環(huán)氧樹(shù)脂中，并連同浸漆槽一起放入真空箱內(nèi)抽真空至IPa以下，在該真空度保持30分鐘。接著卸掉真空環(huán)境，取出非晶合金鐵芯放入烘箱在170°C進(jìn)行熱固化處理，保溫4小時(shí)后關(guān)掉烘箱電源讓非晶合金定子鐵芯自然冷卻至室溫。至此，經(jīng)樹(shù)脂熱固化處理的軸向磁通非晶合金定子鐵芯制作完成。使用牌號(hào)為DR255的硅鋼片(厚度0. 35mm)制作了和非晶合金定子鐵芯相同規(guī)格的硅鋼鐵芯，并與未使用樹(shù)脂熱固化處理的軸向磁通非晶合金定子鐵芯，以及使用樹(shù)脂熱固化處理的軸向磁通非晶合金定子鐵芯進(jìn)行了性能參數(shù)對(duì)比，直流磁性能見(jiàn)表1，鐵芯損耗隨頻率的變化曲線見(jiàn)圖5及圖6。對(duì)比表1、圖5及圖6中的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，上述方法制備的未使用樹(shù)脂熱固化處理的軸向磁通非晶合金定子鐵芯磁導(dǎo)率遠(yuǎn)高于硅鋼鐵芯，勵(lì)磁強(qiáng)度為100A/m時(shí)磁通密度就可達(dá) 1. 12T，是相同勵(lì)磁強(qiáng)度下硅鋼鐵芯的2倍以上；而且非晶合金鐵芯的損耗非常低，頻率范圍在50-1000HZ時(shí)損耗值均不到硅鋼鐵芯的1/7?？梢?jiàn)該方法制作的非晶合金定子鐵芯軟磁特性?xún)?yōu)異，尤其在高頻下應(yīng)用于電機(jī)鐵芯時(shí)優(yōu)勢(shì)將更加明顯。從表1、圖5及圖6的數(shù)據(jù)中還可以看出經(jīng)樹(shù)脂熱固化處理的非晶合金定子鐵芯軟磁性能比未經(jīng)樹(shù)脂熱固化處理的非晶合金定子鐵芯稍有下降，但其優(yōu)點(diǎn)是能夠使非晶合金定子鐵芯的噪音顯著降低，而且還可以提高非晶合金鐵芯的機(jī)械穩(wěn)定性。表1牌號(hào)為DR255的硅鋼定子鐵芯、未經(jīng)熱固化處理的非晶合金定子鐵芯、經(jīng)熱固化處理的非晶合金定子鐵芯的直流磁性對(duì)比。
10
權(quán)利要求
1.一種軸向磁通電機(jī)用非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯的制造方法，該定子鐵芯為圓環(huán)體，一個(gè)環(huán)形端面上有多個(gè)徑向開(kāi)口槽( )，其特征在于該方法包含如下步驟(1)使用滾剪裝置，將成卷的非晶、微晶或納米晶合金寬帶沿著帶長(zhǎng)方向滾剪成具有固定寬度的合金帶材卷，所述固定寬度為成品鐵芯高度的兩倍；(2)將上述固定寬度的合金帶材卷置于一被動(dòng)的旋轉(zhuǎn)輥( 上，依次進(jìn)行如下處理① 沖槽處理，在所述合金帶材中部連續(xù)沖壓出垂直合金帶材長(zhǎng)度方向上的帶槽(17)，其寬度和開(kāi)口槽06)寬度相等、長(zhǎng)度為開(kāi)口槽06)深度的兩倍；②涂絕緣層處理；③卷繞處理， 將合金帶材卷繞在帶有內(nèi)芯槽的鐵芯內(nèi)芯04)上，且所述帶槽(17)與內(nèi)芯槽(4)位置對(duì)應(yīng)，從而形成相當(dāng)于兩個(gè)軸向磁通鐵芯齒部對(duì)扣連接的具有槽形結(jié)構(gòu)(15)的合金帶材卷05)；所述旋轉(zhuǎn)輥(5)和鐵芯內(nèi)芯04)由一個(gè)高精度數(shù)控分度頭03)控制進(jìn)行同步間歇性旋轉(zhuǎn)；(3)在步驟中，當(dāng)具有槽形結(jié)構(gòu)(15)的合金帶材卷05)卷繞達(dá)到所需外徑時(shí)，在帶材卷外圓面上加一層和所述外圓面具有相同槽形結(jié)構(gòu)的外圓保護(hù)層，再沿著合金帶材卷軸向垂直面將其等分橫切成兩個(gè)形狀和大小完全相同的且具有軸向齒槽結(jié)構(gòu)的非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯08)；(4)對(duì)步驟C3)得到的非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯08)進(jìn)行退火處理。
2.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于所述的非晶、微晶或納米晶合金寬帶材料選自鐵基、鐵鎳基、鈷基非晶、微晶及納米晶合金薄帶。
3.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于所述鐵芯內(nèi)芯04)和外圓保護(hù)層的材料選自硅鋼、無(wú)磁不銹鋼、鐵、鋁、銅、鈦及其合金、陶瓷、有機(jī)硅樹(shù)脂、尼龍、碳纖維。
4.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于在所述步驟(2)的卷繞處理中，通過(guò)高精度數(shù)控分度頭03)控制鐵芯內(nèi)芯實(shí)現(xiàn)間歇性旋轉(zhuǎn)如下高精度數(shù)控分度頭(23)帶動(dòng)鐵芯內(nèi)芯04)每隔一定時(shí)間間隔t旋轉(zhuǎn)一次，旋轉(zhuǎn)角度均為θ = 360° /η，其中η為非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯的軸向齒(XT)或開(kāi)口槽06)的數(shù)量，同時(shí)鐵芯內(nèi)芯04)帶動(dòng)合金帶材向前行進(jìn)的距離為S= π θ/180，并且在鐵芯內(nèi)心04)旋轉(zhuǎn)θ角度后的停頓時(shí)間t內(nèi)，恰好完成一次沖槽處理。
5.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于所述沖槽處理中，使用的沖頭和沖槽之間的間隙為非晶合金帶材總厚度的1/10 1/2。
6.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于在所述沖槽處理中，所述合金帶材上的帶槽(17)可為矩形、橢圓形或其他任意形狀，且所述帶槽(17)的形狀與所述鐵芯內(nèi)芯04) 上內(nèi)芯槽的形狀相同。
7.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于所述合金帶材卷的帶材層數(shù)<10層。
8.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于所述帶槽(17)位于合金帶材內(nèi)部，為閉合圖形，且所述帶槽(17)在垂直帶材長(zhǎng)度方向上的數(shù)量> 1。
9.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于所述帶槽(17)的中心線均指向非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯08)的中心軸線，且?guī)Р?17)的形狀和大小不隨所述非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯半徑增大發(fā)生變化；然而所述齒(16)會(huì)隨著所述非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯半徑的增加逐漸變寬。
10.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于在所述步驟中，①?zèng)_槽處理與②涂絕緣層處理的順序可以互換。
11.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于所述步驟(4)是在氮?dú)饣蛘邭鍤獾谋Ｗo(hù)氣氛下進(jìn)行的。
12.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于所述步驟(4)是在加磁場(chǎng)的條件下完成，且磁場(chǎng)強(qiáng)度為2-40mT，磁場(chǎng)方向?yàn)檠罔F心圓周方向。
13.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于絕緣涂層液選自正硅酸乙酯、水玻璃、 MgO細(xì)粉、Si02細(xì)粉或者絕緣陶瓷細(xì)粉的溶液、溶膠或者懸濁液中的一種。
14.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于對(duì)經(jīng)過(guò)所述步驟(4)處理后非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯08)進(jìn)行樹(shù)脂熱固化處理。
15.如權(quán)利要求14中所述的方法，其特征在于所述樹(shù)脂熱固化處理中浸漆過(guò)程在真空下進(jìn)行。
16.一種如權(quán)利要求1所述的方法制備的軸向磁通電機(jī)用非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯，該定子鐵芯為圓環(huán)體，一個(gè)環(huán)形端面上有多個(gè)徑向開(kāi)口槽，其特征在于該定子鐵芯由合金帶材經(jīng)滾剪、沖槽、涂層、卷繞及退火處理得到的定子鐵芯坯體橫向等分切割為兩個(gè)相同的定子鐵芯而成，該定子鐵芯坯體包括鐵芯內(nèi)芯(M)，卷繞在鐵芯內(nèi)芯04)上的具有槽形結(jié)構(gòu)的合金帶材和外圓保護(hù)層；其中鐵芯內(nèi)芯04)由一對(duì)圓環(huán)形底托(1)和圓筒(2)組成，在圓筒(2)的筒身中部均勻的分布著η個(gè)內(nèi)芯槽；卷繞的合金帶材上有多個(gè)垂直合金帶材長(zhǎng)度方向的帶槽(17)， 內(nèi)芯槽(4)和帶槽(17)的寬度均與開(kāi)口槽相等、長(zhǎng)度均為開(kāi)口槽深度的兩倍；卷繞過(guò)程中，所述具有槽形結(jié)構(gòu)的合金帶材上的帶槽(17)與鐵芯內(nèi)芯04)上的內(nèi)芯槽(4)位置對(duì)應(yīng)，從而形成相當(dāng)于兩個(gè)軸向磁通鐵芯齒部對(duì)扣連接的具有槽形結(jié)構(gòu)(15)的合金帶材卷05)；外圓保護(hù)層的外圓面開(kāi)有與帶槽(17)相同的槽。
17.如權(quán)利要求16所述定子鐵芯，其特征在于所述合金帶材上的帶槽(17)可為矩形、橢圓形或其他任意形狀，且所述帶槽(17)的形狀與所述鐵芯內(nèi)芯04)上內(nèi)芯槽(4)的形狀相同。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種軸向磁通電機(jī)用非晶、微晶或納米晶合金定子鐵芯及其制造方法，包含如下步驟首先將成卷的非晶、微晶或納米晶合金寬帶滾剪成寬度為成品鐵芯高度兩倍的合金帶材卷(6)，再用同一臺(tái)設(shè)備在帶材中間間隔均勻地沖壓出多個(gè)寬度和開(kāi)口槽(26)寬度相同、長(zhǎng)度為開(kāi)口槽(26)深度兩倍的帶槽(17)，同時(shí)進(jìn)行絕緣涂層處理，并且同步將其卷繞在鐵芯內(nèi)芯(24)上；接著將卷繞的帶材卷外圓面加一層鐵芯外圓保護(hù)層，然后沿鐵芯軸向垂直面將帶材卷等分橫切成兩個(gè)相同的合金鐵芯；最后對(duì)上述加工成型的鐵芯進(jìn)行高溫退火處理。該方法所制備的定子鐵芯性能更加優(yōu)良，尤其適用于高速電機(jī)、高功率密度電機(jī)和高轉(zhuǎn)矩密度電機(jī)。
文檔編號(hào)H02K1/16GK102510141SQ20111033694
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者周少雄, 張廣強(qiáng), 李山紅, 王立軍 申請(qǐng)人:安泰科技股份有限公司