永磁电机自粘接磁极铁心叠压粘接技术研究

时兴华

摘  要：文章针对永磁电机自粘接磁极铁心的特点，详细介绍了磁极铁心的叠压粘接技术、工艺及装备。经过对永磁电机磁极铁心叠压粘接技术的探索、研究、试验，对该类永磁电机磁极铁心制造提供一种可行的解决方案。

关键词：永磁电机;磁极铁心;自粘接钢片;粘接温度;叠压压力

中图分类号：TM341         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）01-0143-02

Abstract： According to the characteristics of self-bonding pole core of permanent magnet motor， the laminated bonding technology， technology and equipment of magnetic pole core are introduced in detail. Through the exploration， research and test of the laminated bonding technology of the magnetic pole core of the permanent magnet motor， a feasible solution is provided for the manufacture of the magnetic pole core of this kind of permanent magnet motor.

Keywords： permanent magnet motor; magnetic pole core; self-bonding steel sheet; bonding temperature; stack pressure

引言

隨着全球能源消费剧增，煤炭、石油、天然气等资源消耗速度加快，人们对环保、节能、无污染认识的逐步提高和技术发展，风电作为一种可再生能源，在我国得到迅速发展。

由于国家对风力发电入网标准的进一步提高，全功率永磁风力发电机组能较好的满足电网新的要求。目前永磁风力发电机向安全、高效发展的趋势越发明显，已成为风电行业的重要发展方向。其中紧凑型大功率永磁风力发电机以体积小、重量轻、组装工艺简单、高可靠性、成本低和较好的电磁性能等特点备受风电设备制造厂商青睐，更多的风电设备制造厂商致力于该类电机的研究。

我公司制造的一款3MW紧凑型永磁风力发电机，为了在有限的空间里实现高输出，转子铁心采用自粘接磁极铁心结构。磁极铁心叠压粘接尺寸稳定性直接影响转子磁极铁心和永磁体装配，因此磁极铁心自粘漆的选型、粘接工艺及成型装置等是自粘漆磁极铁心成型的关键。本文将针对其结构特点对其叠压粘接技术进行探讨。

1 自粘接磁极铁心叠压粘接技术

1.1 自粘接磁极铁心的特点及工艺要求

磁极铁心是发电机转子上的重要部件之一，在很大程度上决定了电机的性能与质量。传统的磁极铁心一般由铁心片、端板、压板及紧固件组成，通过焊接、铆接、螺栓等方式连接。为了实现电机的高效输出，减少电机铁心长度，降低涡流损耗，提高电机功率。磁极铁心采用自粘性无取向磁性钢带叠压粘接而成，去除了端板、压圈及紧固件等配件，在有效的空间增大了有效铁心长度，提高了磁极铁心的导磁性能，减少铁心的涡流损失，降低电机的发热及温升，提高了效率。

如何在一定温度范围内及一定的机械压力作用下，磁极铁心不脱胶、不开裂，还能保证铁心密实度，这是磁极铁心制造的关键。因此，我们对自粘接涂层涂料、叠压粘接工艺及叠压粘接工装进行了一定的探索研究和试验，试验结果比较理想，经粘接叠压后的磁极铁心在电机组装及运行过程中性能稳定、可靠，各项技术指标均符合设计要求。

1.2 磁极铁心叠压力参数确定

磁极铁心由于其自身结构特点，综合其机械强度及密实度等因素考虑，其片间压力与经验系数取值与普通铁心均有不同。

铁心叠压力可用以下经验公式（1）[1]表示：

P=9.8K1*S*N*Ψ（1）

式中：P-铁心叠压力（单位：N）;K1-经验系数（磁极铁心经验值：2-3）;S-磁极冲片净面积（单位：mm2）;ψ-片间

压力（磁极铁心经验值：2-4N/mm2）

磁极铁心叠压力可由压力机或施压工装提供。

1.3 自粘性无取向磁性钢带表面涂层参数确定

自粘性无取向磁性钢带是一种良好的具有特殊涂层的导磁材料，经过冲制成铁心片后用于制造电机定转子铁心、磁极、端板等电机核心零部件，在电磁转换中起着重要作用。

我公司一般采用自粘性无取向磁性钢带产品50W400，表面涂层使用的是兰布伦廷（Rembrandtin）公司的EB548涂料，专门用于粘结铁心叠片的自粘结涂层涂料。其性能参数如下（表1、表2、表3）：

1.4 叠压粘接工艺

1.4.1 设备及工装

100T自加热塑压机、粘接叠压工装、保温装置、定位棒、整形棒、通槽棒、刮刀、游标卡尺、木榔头、钢丝刷等。

1.4.2 材料及工艺准备

铁心片、设计图纸及工艺文件，熟悉产品图纸设计要求及制造工艺方法，清理检查各产品配件及工艺装备。

1.4.3 叠压成型

将叠压粘接工装放置在叠压平台上，以磁钢方孔及外键槽定位，将铁心片套入定位棒上，使铁心片与叠压粘接工装底面贴紧，用木榔头沿轴向均匀敲打、使铁心片彼此贴紧，将工装顶板将铁心片周向顶齐，用整形棒整形，再用工装压板用螺栓均匀紧固防止铁心片松动，通槽棒通槽检查。

1.4.4 粘接固化

将叠压粘接工装放置在100T自加热塑压机工作台中心，安装保温装置后加热、加压。保温2h后在保温装置中缓冷至室温。粘接工艺参数如表4。

1.4.5 清胶

用钢丝打磨工具清理铁心表面溢胶。

1.4.6 质量检查

磁极铁心记号槽是否对齐一致;目测检查片间是否有开裂现象;用槽形检查规检查槽型;磁极铁心高度差在规定范围内;磁极铁心垂直度误差在规定范围内;最后清除铁心冲片间的溢胶。

2 叠压粘接工装设计

为保证磁极铁心叠压粘接时既要满足铁心片压制成型前叠放定位、校正以及叠压成型后顺利从工装中脱出，同时要满足成型后厚度的一致性、不齐度、垂直度，工装设计采用以底板为基体，水平X、Y方向设置定位装置和移动式夹紧装置。通过磁极铁心键槽定位装置，选择合理合适尺寸;并与柔性顶紧装置有机结合，既可满足叠压片叠放工装中定位、校正获得一定的防偏离推紧力;还能化解叠压磁体铁心在加压、高温状态下热膨胀时与定位板间产生过大膨胀应力而产生成型产品叠片间开裂报废。叠压粘接工装示意图如图1所示：

3 应用实例

3MW半直驱紧凑型永磁发电机有24极共96件磁极铁心，电机转子采用内置永磁体凸极结构，自粘接磁极铁心制造为该电机制造的关键重要部件项点。

研制时为保证磁极铁心叠压粘接压应力的均匀性、尺寸厚度的一致性和高质量的粘接强度，在工艺上进行如下改进：

（1）叠压固化成型后采取保温缓冷的方法，避免压应力快速释放，致使磁极铁心成型后开裂、变型等情况发生。

（2）铁心片间选择对半反叠的叠放方式，消除了铁心片厚度差、冲裁毛刺不均匀对铁心长度的影响。既保证了压应力均匀性，又保证了厚度尺寸的一致性，并且还保证了铁心片间抵消叠片间变型内应力，从而得到足够粘接强度。

4 结束语

面对市场竞争压力，电机呈现单机大容量、永磁全功率等特点。紧凑型电机以体积小、重量轻、组装工艺简单、高可靠性、成本低和较好的电磁性能等特点备受电机设备制造厂商青睐。自粘接磁极铁心制造水平的提升，顺应了市场发展的需要，将为該类电机的推广打下坚实的基础。

参考文献：

[1]成大先.机械设计手册[M].北京：化工工业出版社，2004.

[2]陈世坤.电机设计[M].北京：机械工业出版社，1982.

[3]张兆强.MW级直驱永磁同步发电机设计[M].上海：上海交通大学，2007.