專利名稱：軸向磁場(chǎng)用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，具體地講，本發(fā)明涉及一種軸向磁場(chǎng)電機(jī)用非晶、微晶或納米晶合金定子鐵心及其制造方法，這種定子鐵心尤其適合應(yīng)用在要求高效節(jié)能的高轉(zhuǎn)速、高功率密度及高轉(zhuǎn)矩密度電機(jī)。
背景技術(shù)：
目前，電機(jī)的很多應(yīng)用領(lǐng)域，例如電動(dòng)汽車、航空航天、高速機(jī)床、高速壓縮機(jī)等等，不僅要求電機(jī)具有高效率，還要求電機(jī)具有高功率密度、高轉(zhuǎn)矩密度或者高轉(zhuǎn)速等特性。傳統(tǒng)硅鋼電機(jī)的鐵心損耗隨著頻率的升高迅速增加，很難甚至無法滿足很多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)﹄姍C(jī)提出的越來越苛刻的性能要求。非晶、微晶及納米晶合金軟磁材料一般都具有低損耗、高磁導(dǎo)率、高強(qiáng)度和耐腐蝕等特性，近年來用其替代硅鋼應(yīng)用于高頻電機(jī)定子鐵心的研究受到人們的高度重視。
一般，非晶、微晶及納米晶合金帶材都是具有恒定寬度的連續(xù)的薄帶材料。在制作徑向磁場(chǎng)定子鐵心時(shí)，制作鐵心的外徑受到帶材寬度的限制，而且材料的利用率也很低，一般在20%以內(nèi)。然而，制作軸向磁場(chǎng)電機(jī)定子鐵心時(shí)電機(jī)的最大功率受帶材寬度的影響很小，材料的利用率也會(huì)大幅度提高，而且軸向磁場(chǎng)鐵心還具有槽型簡(jiǎn)單且便于加工的優(yōu)勢(shì)。與徑向磁場(chǎng)電機(jī)相比，軸向磁場(chǎng)電機(jī)具有功率密度和轉(zhuǎn)矩密度高、軸向距離短而利于散熱等優(yōu)勢(shì)，所以非晶、微晶及納米晶合金應(yīng)用于軸向磁場(chǎng)電機(jī)定子鐵心更具優(yōu)勢(shì)。1998年，美國(guó)LE公司的專利申請(qǐng)US005731649A嘗試了使用卷繞后經(jīng)樹脂熱固化成型的非晶塊體組合成電機(jī)定子鐵心。然而，由于直接使用卷繞的非晶圓柱作為定子鐵心的齒部，鐵心內(nèi)部的渦旋電流構(gòu)成環(huán)路，導(dǎo)致鐵損較大。2006年，美國(guó)LE公司在專利US7018498B2中公開了一種首先使用樹脂熱固化成型的方法制作出環(huán)形非晶合金塊體，再銑削出軸向齒槽結(jié)構(gòu)的制作非晶合金定子鐵心的方法。由于經(jīng)退火處理的非晶合金材料會(huì)變得很脆，尤其對(duì)于齒槽密集的鐵心進(jìn)行銑削加工容易發(fā)生齒部變形、損壞或者脫落的問題，從而會(huì)影響鐵心成品率。此外，銑削加工將在鐵心內(nèi)部引入無法消除的加工引力，將在一定程度上導(dǎo)致鐵心軟磁性能下降。2010年，日本株式會(huì)社日立產(chǎn)機(jī)系統(tǒng)的專利申請(qǐng)CN101741153A中也公開了一種軸向磁場(chǎng)電機(jī)用非晶合金定子鐵心的制作方法。在該制作方法中，首先以樹脂鑄型的方式制作出環(huán)形非晶合金塊，接著沿軸向切割成多個(gè)形狀和大小完全相同的棒狀非晶塊，再使用圓盤狀鐵心保持部件將這些棒狀非晶塊組合成定子鐵心。該方法制作的非晶合金定子鐵心由多個(gè)小非晶塊體組成，內(nèi)部存在氣隙，而且還需要使用鐵心保持部件把分離的非晶鐵心塊體組合到一起，因此，工序復(fù)雜，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也存在著隱患。綜上所述，現(xiàn)有軸向磁場(chǎng)非晶合金電機(jī)鐵心的制作方法均采用樹脂固化成型后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)加工的方法，樹脂成型會(huì)引入很強(qiáng)的粘結(jié)引力，導(dǎo)致鐵心性能大幅度下降
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上問題，本發(fā)明提供了一種使用護(hù)盒成型制作高性能軸向磁場(chǎng)電機(jī)用非晶、微晶及納米晶合金定子鐵心的方法。本發(fā)明的目的在于提供一種軸向磁場(chǎng)電機(jī)用非晶、微晶或納米晶合金定子鐵心及其制造方法，該方法制造的非晶、微晶或納米晶合金定子鐵心不僅軟磁性能優(yōu)異，而且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品成品率高。根據(jù)本發(fā)明的上述特征、目的和優(yōu)點(diǎn)通過提供一種軸向磁場(chǎng)用定子鐵心的制造方法來實(shí)現(xiàn)，所述定子鐵心為圓環(huán)體，并且在一個(gè)環(huán)形端面上具有多個(gè)軸向齒槽，其中，所述制造方法包括下述步驟使用輥剪裝置將成卷的合金寬帶沿著合金寬帶的長(zhǎng)度方向輥剪成寬度與成品定子鐵心的高度相同的合金帶材，并將所述合金帶材進(jìn)行重新卷繞以形成具有預(yù)定的內(nèi)徑和外徑的環(huán)形合金鐵心；將所述環(huán)形合金鐵心粘結(jié)在環(huán)形的第一護(hù)盒中；通過切割加工方式將所述環(huán)形合金鐵心與所述第一護(hù)盒一起進(jìn)行齒槽加工，以形成具有軸向齒槽結(jié)構(gòu)的合金定子鐵心；將所述合金定子鐵心進(jìn)行退火處理；將經(jīng)退火處理的合金定子鐵心裝入結(jié)構(gòu)與所述合金定子鐵心的軸向齒槽結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的第二護(hù)盒中并進(jìn)行粘結(jié)固定，從而 得到成品定子鐵心。根據(jù)本發(fā)明，所述合金寬帶為微晶合金寬帶、非晶合金寬帶或納米晶合金寬帶。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述合金寬帶可以選自于鐵基合金、鐵鎳基合金或鈷基合金的微晶、非晶或納米晶合金寬帶。根據(jù)本發(fā)明，所述第一護(hù)盒可以由能夠承受380°C以上的退火溫度的材料制成。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第一護(hù)盒可以由硅鋼、無磁不銹鋼、鐵、鐵合金、鋁、鋁合金、銅、銅合金、鈦或者鈦合金制成。根據(jù)本發(fā)明，可以利用第一粘結(jié)劑將所述環(huán)形合金鐵心粘結(jié)在所述第一護(hù)盒中。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第一粘結(jié)劑可以由能夠承受380°C以上的退火溫度的材料制成。根據(jù)本發(fā)明，所述切割加工方式可以為電火花線切割、砂輪切割、激光切割、等離子切割和水切割中的一種。根據(jù)本發(fā)明，在進(jìn)行齒槽加工的步驟中，當(dāng)產(chǎn)生高溫時(shí)，可以進(jìn)一步執(zhí)行冷卻步驟，以形成具有軸向齒槽結(jié)構(gòu)的合金定子鐵心。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述冷卻步驟為水冷、油冷或者惰性氣體冷卻。根據(jù)本發(fā)明，在將所述環(huán)形合金鐵心進(jìn)行齒槽加工的步驟中，槽的形狀可以為短形或上寬下窄的梯形，并且在所述環(huán)形合金鐵心的端面上為開口槽。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在進(jìn)行退火處理的步驟中，可以在氮?dú)?、氫氣或氬氣的保護(hù)氣氛下進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，在進(jìn)行退火處理的步驟中，可以在施加磁場(chǎng)的條件下進(jìn)行，磁場(chǎng)方向沿所述環(huán)形合金鐵心的圓周方向或沿所述環(huán)形合金鐵心的齒的方向。根據(jù)本發(fā)明，所述第二護(hù)盒由能夠隨電機(jī)穩(wěn)定工作時(shí)的高溫環(huán)境并且具有絕緣性的材料制成。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第二護(hù)盒可以由高溫塑料、硅膠、耐高溫尼龍和耐高溫樹脂中的一種材料制成。根據(jù)本發(fā)明，可以利用第二粘結(jié)劑使合金定子鐵心粘結(jié)固定于第二護(hù)盒。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第二粘結(jié)劑可以由能夠承受電機(jī)穩(wěn)定工作時(shí)的最高溫度的材料制成。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第二護(hù)盒的齒端面的護(hù)盒壁是薄的。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，所述第二護(hù)盒的齒端面可以直接暴露于外部。根據(jù)本發(fā)明的上述特征、目的和優(yōu)點(diǎn)通過提供一種軸向磁場(chǎng)用定子鐵心，所述定子鐵心為圓環(huán)體，其中，由合金帶材經(jīng)輥剪、卷繞、齒槽加工及退火處理得到所述定子鐵心，所述定子鐵心由環(huán)形的護(hù)盒和具有軸向齒槽結(jié)構(gòu)的護(hù)盒固定成型，在所述定子鐵心的一個(gè)環(huán)形端面上具有多個(gè)軸向齒槽，所述多個(gè)軸向齒槽的端面處在同一圓面上，并且具有相同的大小和形狀。根據(jù)本發(fā)明，所述定子鐵心具有低鐵心損耗，適合用于頻率高于400Hz的高頻電機(jī)。根據(jù)本發(fā)明，所述定子鐵心可以為微晶合金定子鐵心、非晶合金定子鐵心或納米晶合金定子鐵心。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述合金定子鐵心可以選自于鐵基合金、鐵鎳基合金或鈷基合金的微晶、非晶或納米晶合金定子鐵心。


通過參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，本發(fā)明的實(shí)施例的上述和其它特征及方面將變得更加清楚。在附圖中圖I為示出了根據(jù)本發(fā)明的具有一定寬度的非晶合金薄帶卷繞成具有預(yù)定內(nèi)外徑的環(huán)形非晶合金鐵心的示意圖；圖2為示出了根據(jù)本發(fā)明的環(huán)形非晶合金鐵心護(hù)盒的示意圖；圖3為示出了根據(jù)本發(fā)明的裝入護(hù)盒的環(huán)形非晶合金鐵心加工齒槽后得到的軸向磁場(chǎng)非晶合金定子鐵心的外觀示意圖；圖4為示出了根據(jù)本發(fā)明的帶有軸向齒槽結(jié)構(gòu)的非晶合金定子鐵心護(hù)盒的示意圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的軸向磁場(chǎng)用非晶合金定子鐵心和根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的硅鋼定子鐵心在磁通密度為0. 6T、頻率在0. 05 I. OOkHz范圍內(nèi)的損耗曲線，其中，A表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的牌號(hào)為DR255的硅鋼鐵心，B表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的非晶合金定子鐵心；圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的軸向磁場(chǎng)用非晶合金定子鐵心和根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比例的硅鋼定子鐵心在磁通密度為I. OT時(shí)，頻率在0. 05 1.00kHz范圍內(nèi)的損耗曲線，其中，A表不根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的牌號(hào)為DR255的娃鋼鐵心，B表不根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的非晶合金定子鐵心。
具體實(shí)施例方式在現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于軸向磁場(chǎng)非晶合金電機(jī)鐵心的制作，通常采用樹脂固化成型然后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)加工的方法，但是由于樹脂成型會(huì)引入很強(qiáng)的粘結(jié)引力，會(huì)導(dǎo)致鐵心性能大幅度下降。鑒于此，本發(fā)明提供了一種使用護(hù)盒成型制作高性能軸向磁場(chǎng)電機(jī)用非晶、微晶或納米晶合金定子鐵心的方法。具體地講，根據(jù)本發(fā)明的軸向磁場(chǎng)用定子鐵心的制造方法包括以下步驟使用輥剪裝置將成卷的合金寬帶沿著合金寬帶的長(zhǎng)度方向輥剪成寬度與成品定子鐵心的高度相同的合金帶材，并將所述合金帶材進(jìn)行重新卷繞以形成具有預(yù)定的內(nèi)徑和外徑的環(huán)形合金鐵心；將所述環(huán)形合金鐵心粘結(jié)在環(huán)形護(hù)盒中；通過切割加工方式將所述環(huán)形合金鐵心與所述環(huán)形護(hù)盒一起進(jìn)行齒槽加工，以形成具有軸向齒槽結(jié)構(gòu)的合金定子鐵心；將所述合金定子鐵心進(jìn)行退火處理；將經(jīng)退火處理的合金定子鐵心裝入合金定子鐵心護(hù)盒中并進(jìn)行粘結(jié)固定，從而得到成品定子鐵心。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，非晶合金、微晶合金和納米晶合金是三種不同結(jié)構(gòu)的軟磁合金材料，均可以從市場(chǎng)上直接獲得，由于這三種合金一般都是具有一定寬度的長(zhǎng)度方向連續(xù)的薄帶，根據(jù)本發(fā)明的鐵心的制作方法能夠適合使用這三種軟磁合金薄帶制作鐵心。使用非晶合金薄帶制作的鐵心稱為非晶合金鐵心，使用微晶合金薄帶制作的鐵心稱為微晶合金鐵心，使用納米晶合金制作的鐵心稱為納米晶合金鐵心。為了更好地解釋本發(fā)明，下面將參照附圖來充分地描述根據(jù)本發(fā)明的軸向磁場(chǎng)用定子鐵心及其制造方法。圖I為示出了根據(jù)本發(fā)明的具有一定寬度的非晶合金薄帶卷繞成具有預(yù)定內(nèi)外徑的環(huán)形非晶合金鐵心的示意圖，圖2為示出了根據(jù)本發(fā)明的環(huán)形非晶合金鐵心護(hù)盒的示意圖，圖3為示出了根據(jù)本發(fā)明的裝入護(hù)盒的環(huán)形非晶合金鐵心加工齒槽后得到的軸向磁 合金定子鐵心護(hù)盒的示意圖。根據(jù)本發(fā)明的高性能軸向磁場(chǎng)電機(jī)用合金定子鐵心為圓環(huán)體，并且在一個(gè)環(huán)形端面上具有多個(gè)徑向開口齒槽(見圖3中的標(biāo)號(hào)9)。下面將結(jié)合圖I至圖4來詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的高性能軸向磁場(chǎng)電機(jī)用合金定子鐵心的制造方法。根據(jù)本發(fā)明的高性能軸向磁場(chǎng)電機(jī)用合金定子鐵心的制造方法，首先，使用輥剪裝置將成卷的合金寬帶沿著其長(zhǎng)度方向輥剪成具有固定寬度的合金帶材，然后將合金帶材進(jìn)行重新卷繞以形成具有預(yù)定的內(nèi)徑和外徑的環(huán)形合金鐵心，其中，所述固定寬度與成品定子鐵心的高度相同。圖I示出的是在采用非晶合金寬帶制造非晶定子鐵心時(shí)的情形。如圖I所示，利用輥剪裝置將非晶合金寬帶I沿著其寬度方向輥剪成寬度與成品定子鐵心的高度相同的非晶合金帶材，然后將其重新卷繞以形成具有預(yù)定內(nèi)徑rl和預(yù)定外徑r2的環(huán)形合金鐵心2。應(yīng)該理解的是，雖然圖I示出的是非晶合金帶材的情形，但是圖I同樣適用于微晶或納米晶帶材的情形。因此，為了便于描述，下面的附圖以非晶合金鐵心為示例，然而，本發(fā)明不限于此，同樣適用于微晶合金或納米晶合金鐵心的實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明，合金寬帶可以選自于鐵基、鐵鎳基或者鈷基非晶合金、微晶合金及納米晶合金寬帶。接著，將卷繞好的環(huán)形合金鐵心粘結(jié)在環(huán)形的第一護(hù)盒中，第一護(hù)盒的尺寸與環(huán)形合金鐵心的尺寸基本相同。具體地講，參照?qǐng)D2，第一護(hù)盒3由內(nèi)壁4、外壁5和底部6三部分組成，用來容納環(huán)形合金鐵心，從而通過粘結(jié)劑與環(huán)形合金鐵心形成一體。第一護(hù)盒3的內(nèi)徑、外徑和高度分別與環(huán)形合金鐵心2的內(nèi)徑rl、外徑r2和高度相同或基本相同，以與環(huán)形合金鐵心成為一體。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第一護(hù)盒3的材質(zhì)必須能夠承受彡380°C的退火溫度，而且要便于與環(huán)形鐵心同時(shí)進(jìn)行齒槽切割加工。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一護(hù)盒3的材料可以選自于硅鋼、無磁不銹鋼、鐵、鐵合金、鋁、鋁合金、銅、銅合金、鈦和鈦合金中的一種。根據(jù)本發(fā)明，采用粘結(jié)劑將環(huán)形合金鐵心粘結(jié)在環(huán)形護(hù)盒中，其中，該粘結(jié)劑也必須能夠承受> 380°C的高溫。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，粘結(jié)劑可以選用有機(jī)粘結(jié)劑，例如，有機(jī)硅類膠、酚醛樹脂膠、脲醛樹脂膠、耐溫環(huán)氧膠或聚酰亞胺膠等。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，粘結(jié)劑可以選用無機(jī)粘結(jié)劑，比如型號(hào)為TW-1011、SL8303、SL8301、SL8302以及ZS-1071的無機(jī)粘結(jié)劑等。然而，本發(fā)明不限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況選用能夠耐受380°C以上高溫的粘結(jié)劑。此外，在將環(huán)形合金鐵心粘結(jié)在環(huán)形護(hù)盒中時(shí)，要控制粘結(jié)劑的使用量，既要保證粘結(jié)強(qiáng)度，又要防止使用粘結(jié)劑過量造成多余的粘結(jié)劑浸入環(huán)形鐵心層間縫隙影響鐵心性能。然后，通過切割加工方式將環(huán)形合金鐵心與環(huán)形的第一護(hù)盒一起進(jìn)行齒槽加工，以形成具有軸向齒槽結(jié)構(gòu)的合金定子鐵心。圖3示出了具有軸向齒槽結(jié)構(gòu)的非晶合金定子鐵心7。參照?qǐng)D3，非晶合金定子鐵心7由本體8和圍繞著本體8的上表面設(shè)置的齒槽9構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明，齒槽9的形狀可以為矩形或者為上寬下窄的梯形，但是本發(fā)明不限于此。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，切割加工方式可以為電火花線切割、砂輪切割、激光切 害I]、等離子切割以及水切割等各種常規(guī)的加工方式，但是如果切割過程會(huì)產(chǎn)生高溫的話必須附加冷卻，冷卻方式可以為水冷、油冷或者惰性氣體冷卻。根據(jù)本發(fā)明，在對(duì)環(huán)形鐵心加工軸向齒槽時(shí)，槽的形狀不做具體限制，可以是矩形或者上寬下窄的梯形，但是在鐵心環(huán)形端面上必須為開口槽。接下來，對(duì)具有軸向齒槽結(jié)構(gòu)的合金定子鐵心進(jìn)行高溫退火處理，退火的目的是消除微晶、非晶或納米晶合金帶材的內(nèi)部應(yīng)力以及鐵心制作過程中引入的加工應(yīng)力，以進(jìn)一步提高微晶、非晶或納米晶合金定子鐵心的軟磁性能。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，為了防止微晶、非晶或納米晶合金定子鐵心在高溫時(shí)發(fā)生氧化造成磁性下降，退火處理步驟可以在氮?dú)狻錃饣蛘邭鍤獾缺Ｗo(hù)氣氛下進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，可以在施加磁場(chǎng)的條件下進(jìn)行退火處理，加磁場(chǎng)退火的目的是進(jìn)一步提高合金鐵心的軟磁性能。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，非晶合金鐵心，例如成分為Fe8tlSi9B11的非晶合金鐵心,在執(zhí)行退火處理時(shí)施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度為2-500mT，磁場(chǎng)方向可以沿鐵心圓周方向，也可以沿鐵心齒的方向。非晶、微晶及納米晶合金鐵心的具體的退火工藝根據(jù)材料成分及結(jié)構(gòu)的不同，可以做相應(yīng)調(diào)整。最后，將經(jīng)退火處理的合金定子鐵心裝入具有軸向齒槽結(jié)構(gòu)的第二護(hù)盒中并進(jìn)行粘結(jié)固定，從而得到成品定子鐵心。在制造非晶定子鐵心的情況下，參照?qǐng)D4，將圖3所示的經(jīng)退火處理的合金定子鐵心7裝入具有軸向齒槽結(jié)構(gòu)的第二護(hù)盒10中并進(jìn)行粘結(jié)固定，其中，為防止制作電機(jī)的軸向氣隙過大，第二護(hù)盒10的齒端面11的護(hù)盒壁厚可以很薄，也可以完全去掉(即，使得第二護(hù)盒10的齒端面11直接暴露在外部)。帶有軸向齒槽結(jié)構(gòu)的護(hù)盒10的槽側(cè)面12和槽底面13的厚度要適當(dāng)，既要保證鐵心的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，又要保證鐵心的槽寬能容納電機(jī)的銅線圈。在本發(fā)明中，第二護(hù)盒10的材質(zhì)應(yīng)當(dāng)滿足兩方面的要求第一，能夠承受電機(jī)穩(wěn)定工作時(shí)高溫環(huán)境(80 180°C )，第二，是能夠起到絕緣作用，防止線圈和鐵心之間發(fā)生短路。因此，第二護(hù)盒的材料只要滿足上述條件，本發(fā)明不對(duì)其進(jìn)行特殊限制。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第二護(hù)盒10可以由高溫塑料、硅膠、耐高溫尼龍和耐高溫樹脂等中的一種制成。根據(jù)本發(fā)明，將帶有軸向齒槽結(jié)構(gòu)的第二護(hù)盒和經(jīng)退火處理的鐵心進(jìn)行粘接固定的粘結(jié)劑應(yīng)當(dāng)能夠承受電機(jī)穩(wěn)定工作時(shí)的最高溫度，一般在180°C以下。根據(jù)本發(fā)明，將帶有軸向齒槽結(jié)構(gòu)的第二護(hù)盒和經(jīng)退火處理的鐵心進(jìn)行粘接固定的粘結(jié)劑可以選用有機(jī)粘結(jié)劑，比如有機(jī)硅類膠、酚醛樹脂膠、脲醛樹脂膠、耐溫環(huán)氧膠、聚酰亞胺膠等，也可以選用無機(jī)粘結(jié)劑，比如型號(hào)為TW-1011、SL8303、SL8301、SL8302以及ZS-1071的粘結(jié)劑等；然而，本發(fā)明不限于此。參照?qǐng)D4，本發(fā)明的軸向磁場(chǎng)合金定子鐵心由第一護(hù)盒3和第二護(hù)盒10固定成型而成，第一護(hù)盒3具有環(huán)形形狀以將環(huán)形合金鐵心2容納在第一護(hù)盒3中并且可以通過粘結(jié)劑與環(huán)形合金鐵心固定在一起，第二護(hù)盒10具有軸向齒槽結(jié)構(gòu)，以將一體化的具有軸向齒槽結(jié)構(gòu)的第一護(hù)盒3和環(huán)形合金鐵心2容納在第二護(hù)盒10中。本發(fā)明的軸向磁場(chǎng)合金定子鐵心為圓環(huán)體，并且在一個(gè)環(huán)形端面上具有多個(gè)軸向齒槽，這些軸向齒槽的端面處在同一個(gè)圓面上，并且所有的齒槽結(jié)構(gòu)的大小和形狀完全一致。鐵心的軸向槽內(nèi)放置銅線圈，可以在軸向齒中形成軸向的磁場(chǎng)，環(huán)形鐵心的另一個(gè)閉合的環(huán)形端面是鐵心的軛部，內(nèi)部可以形成沿圓環(huán)方向的磁路。根據(jù)本發(fā)明，由于采用本發(fā)明的方法制作軸向磁場(chǎng)電機(jī)用非晶、微晶或納米晶合金定子鐵心的方法是相同的，只需要對(duì)相應(yīng)的薄帶材料進(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心。因此，下面僅以制備非晶合金定子鐵心為例，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。實(shí)施例I在本實(shí)施例中，制作電機(jī)用非晶定子合金鐵心，使用名義成份為Fe8tlSi9B11 (at. % )的非晶合金帶材，帶材的厚度為30±liim，帶材的寬度為142mm，帶材的表面平整光潔。根據(jù)本發(fā)明的制備方法，首先，使用非晶合金帶材輥剪設(shè)備等常規(guī)的切割裝置將成卷的非晶合金寬帶沿帶長(zhǎng)方向進(jìn)行縱向切割成預(yù)定寬度并卷繞成非晶合金帶材卷，其中，輥剪后帶材的寬度為39. 5_。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。接下來，如圖I所示，將輥剪得到的寬度39. 5mm的非晶合金帶材進(jìn)行重新卷繞，形成內(nèi)徑A = 123mm、外徑r2 = 197mm的環(huán)形非晶鐵心2。接著,將環(huán)形非晶鐵心2裝入如圖2所示的環(huán)形護(hù)盒3中，環(huán)形護(hù)盒的壁厚為0. 5mm，材質(zhì)為硅鋼片，內(nèi)徑為122mm、外徑為198mm、高為40mm。為了保證非晶合金環(huán)形鐵心與環(huán)形護(hù)盒結(jié)合為一體，在裝入環(huán)形非晶合金鐵心前要在護(hù)盒內(nèi)壁涂上適量的耐高溫膠(耐溫彡4000C )。然后，使用電火花線切割方式，將裝入護(hù)盒的環(huán)形非晶合金鐵心進(jìn)行切割加工，形成具有軸向齒槽結(jié)構(gòu)的非晶合金定子鐵心7。切割槽的深度為30_，切割槽的寬度為5_，每個(gè)槽的中心線均指向環(huán)形鐵心的圓心，這些槽均勻分布在圓周上，如圖3所示。然后，對(duì)加工出齒槽的非晶合金定子鐵心進(jìn)行高溫退火處理，以消除非晶合金帶材的內(nèi)部應(yīng)力以及鐵心制作過程中引入的加工應(yīng)力，進(jìn)一步提高非晶合金定子鐵心的軟磁性能。熱處理工藝的具體步驟如下1)將所述非晶合金定子鐵心放入爐體內(nèi)，對(duì)爐體抽真空后充入氮?dú)庠僖?0°C /min的加熱速率升溫至390°C，在該溫度保溫120min ；2)然后啟動(dòng)快冷裝置對(duì)爐體降溫，以20°C /min的速率降溫至80°C后取出鐵心。至此，完成了軸向磁場(chǎng)電機(jī)用非晶合金定子鐵心的退火工序。、
值得說明的是，非晶合金定子鐵心的退火溫度一般在300°C 560°C之間，保溫時(shí)間一般為O 5小時(shí)。所述退火處理可以在氮?dú)饣蛘邭鍤獾缺Ｗo(hù)氣氛中完成，也可以在加磁場(chǎng)的條件下完成。接著，在如圖4所示的第二護(hù)盒10的內(nèi)壁涂上環(huán)氧類粘結(jié)劑，將經(jīng)退火處理的非晶合金定子鐵心裝入第二護(hù)盒10中，從而完成了具有軸向齒槽結(jié)構(gòu)的非晶合金定子鐵心的制作。其中，護(hù)盒10的內(nèi)徑為120mm、外徑為200mm、高為40mm，齒端面11為開口。第二護(hù)盒10的為聚四氟乙烯，壁厚為1mm。值得說明的是，第二護(hù)盒10的材質(zhì)不僅可以選用聚四氟乙烯，還可以選用高溫塑料、硅膠、耐高溫尼龍和耐高溫樹脂等。選用的材料必須滿足兩方面的要求，一能夠承受電機(jī)穩(wěn)定工作時(shí)的最高溫度(100 180°C )，二能夠起到絕緣作用，防止線圈和鐵心之間發(fā)生短路。對(duì)比例I使用厚度為0. 35mm、牌號(hào)為DR255的娃鋼片制作定子鐵心。其制作方法如下 將寬度為40mm的娃鋼片條帶卷繞成內(nèi)徑為120mm、夕卜徑為200mm、高為40mm的環(huán)形鐵心，接著在一個(gè)環(huán)形面上進(jìn)行焊接成型，在另一端切割出寬度為5mm、深度為30mm的軸向槽結(jié)構(gòu)，每個(gè)槽的中心線均指向環(huán)形鐵心的圓心，這些槽均勻分布在環(huán)形面上。表I列出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的對(duì)比例I的硅鋼定子鐵心與根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例I制作出的非晶合金定子鐵心的直流磁性。從表I中可以看出，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例I的非晶合金定子鐵心的磁導(dǎo)率比對(duì)比例I的硅鋼鐵心高出10倍以上；勵(lì)磁強(qiáng)度僅為100A/m時(shí)磁通密度就可達(dá)I. 38T，是相同勵(lì)磁強(qiáng)度下硅鋼鐵心的2. 6倍?？梢姡鶕?jù)本發(fā)明的方法制作的軸向磁場(chǎng)非晶合金定子鐵心的直流磁性能明顯優(yōu)于硅鋼鐵心。表I根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的硅鋼片制作的定子鐵心和根據(jù)本發(fā)明的非晶合金定子鐵心的直流軟磁參數(shù)對(duì)比
權(quán)利要求
1.一種軸向磁場(chǎng)用定子鐵心的制造方法,所述定子鐵心為圓環(huán)體，并且在一個(gè)環(huán)形端面上具有多個(gè)軸向齒槽，其特征在于所述制造方法包括下述步驟 使用輥剪裝置將成卷的合金寬帶沿著合金寬帶的長(zhǎng)度方向輥剪成寬度與成品定子鐵心的高度相同的合金帶材，并將所述合金帶材進(jìn)行重新卷繞以形成具有預(yù)定的內(nèi)徑和外徑的環(huán)形合金鐵心； 將所述環(huán)形合金鐵心粘結(jié)在環(huán)形的第一護(hù)盒中； 通過切割加工方式將所述環(huán)形合金鐵心與所述第一護(hù)盒一起進(jìn)行齒槽加工，以形成具有軸向齒槽結(jié)構(gòu)的合金定子鐵心； 將所述合金定子鐵心進(jìn)行退火處理； 將經(jīng)退火處理的合金定子鐵心裝入結(jié)構(gòu)與所述合金定子鐵心的軸向齒槽結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的第二護(hù)盒中并進(jìn)行粘結(jié)固定，從而得到成品定子鐵心。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，其特征在于所述合金寬帶為微晶合金寬帶、非晶合金寬帶或納米晶合金寬帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于所述合金寬帶選自于鐵基合金、鐵鎳基合金或鈷基合金的微晶、非晶或納米晶合金寬帶。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，其特征在于所述第一護(hù)盒由能夠承受380°C以上的退火溫度的材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，其特征在于所述第一護(hù)盒由硅鋼、無磁不銹鋼、鐵、鐵合金、招、招合金、銅、銅合金、鈦或者鈦合金制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于利用第一粘結(jié)劑將所述環(huán)形合金鐵心粘結(jié)在所述第一護(hù)盒中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于所述第一粘結(jié)劑由能夠承受380°C以上的退火溫度的材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，其特征在于所述切割加工方式為電火花線切割、砂輪切割、激光切割、等離子切割和水切割中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于在進(jìn)行齒槽加工的步驟中，當(dāng)產(chǎn)生高溫時(shí)，進(jìn)一步執(zhí)行冷卻步驟，以形成具有軸向齒槽結(jié)構(gòu)的合金定子鐵心。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造方法，其特征在于所述冷卻步驟為水冷、油冷或者惰性氣體冷卻。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，其特征在于在將所述環(huán)形合金鐵心進(jìn)行齒槽加工的步驟中，槽的形狀為短形或上寬下窄的梯形，并且在所述環(huán)形合金鐵心的端面上為開口槽。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，其特征在于在進(jìn)行退火處理的步驟中，在氮?dú)?、氫氣或氬氣的保護(hù)氣氛下進(jìn)行。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，其特征在于在進(jìn)行退火處理的步驟中，在施加磁場(chǎng)的條件下進(jìn)行，磁場(chǎng)方向沿所述環(huán)形合金鐵心的圓周方向或沿所述環(huán)形合金鐵心的齒的方向。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，其特征在于所述第二護(hù)盒由能夠隨電機(jī)穩(wěn)定工作時(shí)的高溫環(huán)境并且具有絕緣性的材料制成。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的制造方法，其特征在于所述第二護(hù)盒由高溫塑料、硅膠、耐高溫尼龍和耐高溫樹脂中的一種材料制成。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，其特征在于利用第二粘結(jié)劑使合金定子鐵心粘結(jié)固定于第二護(hù)盒。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造方法，其特征在于所述第二粘結(jié)劑由能夠承受電機(jī)穩(wěn)定工作時(shí)的最高溫度的材料制成。
18.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，其特征在于所述第二護(hù)盒的齒端面的護(hù)盒壁是薄的。
19.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，其特征在于所述第二護(hù)盒的齒端面直接暴露于外部。
20.一種軸向磁場(chǎng)用定子鐵心，所述定子鐵心為圓環(huán)體，其特征在于由合金帶材經(jīng)輥剪、卷繞、齒槽加工及退火處理得到所述定子鐵心，所述定子鐵心由環(huán)形的護(hù)盒和具有多個(gè)軸向齒槽的護(hù)盒固定成型，其中，所述多個(gè)軸向齒槽設(shè)置在所述定子鐵心的一個(gè)環(huán)形端面上，所述多個(gè)軸向齒槽的端面處在同一圓面上，并且具有相同的大小和形狀。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的軸向磁場(chǎng)用定子鐵心，其特征在于所述定子鐵心具有低鐵心損耗,適合用于頻率高于400Hz的高頻電機(jī)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的軸向磁場(chǎng)用定子鐵心，其特征在于所述定子鐵心為微晶合金定子鐵心、非晶合金定子鐵心或納米晶合金定子鐵心。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的軸向磁場(chǎng)用定子鐵心，其特征在于所述合金定子鐵心選自于鐵基合金、鐵鎳基合金或鈷基合金的微晶、非晶或納米晶合金定子鐵心。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種軸向磁場(chǎng)用定子鐵心的制造方法，所述定子鐵心為圓環(huán)體，并且在一個(gè)環(huán)形端面上具有多個(gè)軸向齒槽，所述制造方法包括下述步驟使用輥剪裝置將成卷的合金寬帶沿著合金寬帶的長(zhǎng)度方向輥剪成寬度與成品定子鐵心的高度相同的合金帶材，并將所述合金帶材進(jìn)行重新卷繞以形成具有預(yù)定的內(nèi)徑和外徑的環(huán)形合金鐵心；將所述環(huán)形合金鐵心粘結(jié)在環(huán)形的第一護(hù)盒中；通過切割加工方式將所述環(huán)形合金鐵心與所述第一護(hù)盒一起進(jìn)行齒槽加工，以形成具有軸向齒槽結(jié)構(gòu)的合金定子鐵心；將所述合金定子鐵心進(jìn)行退火處理；將經(jīng)退火處理的合金定子鐵心裝入結(jié)構(gòu)與所述合金定子鐵心的軸向齒槽結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的第二護(hù)盒中并進(jìn)行粘結(jié)固定，從而得到成品定子鐵心。
文檔編號(hào)H02K1/12GK102761175SQ20121025268
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20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