轴向磁场电机用非晶、纳米晶定子铁芯的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种轴向磁场电机用非晶、纳米晶定子铁芯的制造方法，该方法包括：卷绕环形件步骤，将所述合金带材进行卷绕以形成具有预定内径和外径的环形件，在卷绕的过程中，同步地在卷绕前的所述合金带材的表面上浸涂一层粘结剂，以使卷绕后的相邻各层非晶或纳米晶带材粘结在一起形成所述环形件；固化处理步骤；凹槽的切割步骤；退火步骤。本发明专利技术的非晶、纳米晶定子铁芯具有高叠片系数和低铁芯损耗，其损耗可以比硅钢铁芯降低80％以上，适合应用于频率在400Hz以上的高频电机。另外，该发明专利技术方法得到的非晶铁芯软磁性能优异，生产效率高、制造成本低、成品率高、适合开宽度较大的凹槽。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电机的磁路零部件领域，具体涉及一种轴向磁场电机用非晶、纳米晶合金定子铁芯的制造方法，该种定子铁芯尤其适合应用于要求高效节能的高频轴向磁场电动机或者发电机。
技术介绍
电机高频化可以带来高转速、高功率密度和高转矩密度等优势，目前已经成为电机的发展趋势。电动汽车、高速机床、高速风机、高速水泵等众多高端应用领域，不仅要求电机具有高效率，还要求电机向高频化、小型化发展，所以必须提高电机频率。然而，传统电机的硅钢铁芯随着频率的升高铁损迅速增加，严重降低电机效率、甚至由于发热严重导致无法正常工作。非晶、纳米晶合金软磁材料具有低损耗、高磁导率等特性，有望替代硅钢材料应用于高频电机定子铁芯，进而大幅度提高高频电机性能。非晶、纳米晶合金带材一般是具有恒定宽度、长度方向连续的薄带材料，方便卷绕成型；而且，轴向磁场铁芯的槽型结构简单便于加工。所以，非晶、纳米晶合金带材应用于轴向磁场电机定子铁芯更具优势。1998年，美国LE公司的专利US005731649A尝试了使用卷绕后浸漆固化成型的非晶块体组合成电机定子铁芯，由于直接使用卷绕的非晶圆柱作为定子铁芯的齿部，铁芯内部的涡旋电流构成环路，导致铁损较大。2006年，LE公司在专利US7018498B2中公开了一种首先使用浸漆后固化成型的方法制作出环形非晶合金铁芯，接着在一个端面铣削轴向凹槽制作非晶合金定子铁芯的方法。由于对卷绕得到的非晶纳米晶环形铁芯进行浸漆，尤其轴向长度较大时，很难将树脂完全浸入到非晶、纳米晶环形铁芯的层间缝隙，造成铁芯层间绝缘效果不佳、粘接强度不够，切槽时容易碎裂，影响性能和成品率；为了使树脂较充分的浸入铁芯的层间缝隙，卷绕铁芯时叠片系数一般较低，只能控制在0.75～0.85，影响电机的功率密度。该专利技术凹槽加工采用与槽等宽的刀具直接铣削开槽，切削量很大，加工效率低；而且铣削刀具外圆周端是齿状结构，由于非晶、纳米晶铁芯较脆，切面光洁度难于保障，影响性能。2010年，日本株式会社的专利CN101741153A中也公开了一种轴向磁场电机用非晶合金定子铁芯的制作方法，首先使用浸漆后固化成型的方法制作出环形非晶合金铁芯，接着沿轴向切割成多个形状和大小完全相同的棒状非晶块，再使用圆盘状铁芯保持部件将这些棒状非晶块组合成定子铁芯。该方法制作非晶合金定子铁芯时也是先卷绕后浸漆固化成型，同样存在高叠片系数下树脂难以完全浸透，影响绝缘效果和粘结强度的问题。所以，卷绕环形铁芯后浸漆固化的方法很难以制作高叠片系数的轴向磁场非晶定子铁芯，尤其是轴向长度较大的两端面具有凹槽结构的非晶、纳米晶定子铁芯。综上所述，现有轴向磁场非晶合金电机铁芯的制作均采用卷绕后浸漆固化成型再切割凹槽的方法。该方法制作轴向磁场非晶、纳米晶铁芯，为了保证铁芯内部非晶或纳米晶带材之间的缝隙能够较充分的被树脂浸透，叠片系数一般在0.80左右，影响工件的功率密度。如果提高叠片系数，尤其对于轴向长度较大的铁芯，将无法保证铁芯内部带材缝隙的充分浸漆，将造成层间绝缘不佳、粘结强度不够，影响铁芯性能和切割成品率。而且，对于开宽度较大的凹槽的铁芯，采用与槽等宽刀具的切削量很大、加工效率低。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的以上问题，本专利技术提供了一种轴向磁场电机用非晶、纳米晶定子铁芯的制造方法。该方法边在非晶或者纳米晶带材表面浸涂粘结剂边卷绕以在卷绕后的环形铁芯中即含有粘结剂，固化成型后再采用钻孔和切缝相结合的方法加工凹槽从而制造出高性能轴向磁场电机用非晶、纳米晶合金定子铁芯。该方法制造的非晶、纳米晶合金定子铁芯不仅铁芯软磁性能优异，而且加工效率大幅度提高，更适合大规模生产。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种轴向磁场电机用非晶、纳米晶合金定子铁芯的制造方法，所述铁芯是由非晶或者纳米晶合金带材卷绕多层而成的圆环体，所述圆环体的上和/或下端面上均匀分布有多个凹槽，形成所述圆环体的相邻非晶或者纳米晶合金带材层之间附有粘结剂层，所述铁芯的制造方法包括如下步骤：卷绕环形件步骤，使用宽度与成品定子铁芯的轴向长度相同的非晶或者纳米晶合金带材，将所述合金带材进行卷绕以形成具有预定内径和外径的环形件，其中，在卷绕的过程中，同步地在卷绕前的所述合金带材的表面上浸涂一层粘结剂，以使卷绕后的相邻各层非晶或纳米晶带材粘结在一起形成所述环形件；固化处理步骤，将所述环形件进行固化处理，从而得到固化成型的环形件；凹槽的切割步骤，在所述固化成型的环形件的上和/或下端面上均匀切割多个凹槽，从而得到具有凹槽结构的圆环体型铁芯；退火步骤，对所述具有凹槽结构的圆环体型铁芯进行退火处理，从而得到成品轴向磁场电机用非晶、纳米晶合金定子铁芯。在上述制造方法中，作为一种优选实施方式，所述非晶或者纳米晶合金带材的材质选自铁基合金、铁镍基合金或钴基合金；优选地，所述粘结剂是有机粘结剂或者无机粘结剂；更优选地，所述有机粘结剂为有机硅类胶、酚醛树脂胶、脲醛树脂胶、耐温环氧胶、聚酰亚胺胶，所述无机粘结剂为TW系列、SL系列或ZS系列的无机粘结剂。在上述制造方法中，作为一种优选实施方式，在所述卷绕环形件步骤中，所述合金带材的表面上浸涂的粘结剂的厚度是通过如下方法控制的：将在浸涂装置浸涂完粘结剂的合金带材穿过设置于所述浸涂装置出口处且相对设置的两片刮漆片之间的间隙，从而将合金带材表面上多余的粘结剂刮掉；更优选地，所述粘结剂层的厚度为1-3μm。在上述制造方法中，作为一种优选实施方式，在所述卷绕环形件步骤中，通过提高卷绕时带材上的张力以及降低所述合金带材表面形成的粘结剂层厚度来提高所述成品电机定子铁芯的叠片系数，所述叠片系数为0.85-0.95。在上述制造方法中，作为一种优选实施方式，在所述凹槽的切割步骤中，切割后的位于同一端面上的多个所述凹槽的水平中心线均与所述定子铁芯的中心轴线垂直相交于同一点；更优选地，当所述圆环体的上和下端面均分布有凹槽时，位于所述上端面的凹槽的竖直中心线与相应下端面的凹槽的竖直中心线重合，并且上和下端面的所述凹槽的宽度和深度均相等。在上述制造方法中，作为一种优选实施方式，在所述凹槽的切割步骤中，每个所述凹槽的切割方法采用如下两种方式中的一种，第一种切割方式：钻孔步骤，使用钻孔刀具在所述环形件的外周壁上以距离待开槽端面垂直距离为a-b/2的位置为中心沿所述环形件的直径方向向所述环形件的内周壁钻一个直径等于b的通孔，其中，a为所述凹槽的深度，b为所述凹槽的宽度；窄缝切割步骤，使用由双薄片切割刀具自所述通孔垂直对应的待开槽端面位置向所述通孔方向切割，一直切割到与所述通孔相通，从而开出一条宽度为b、深度为a且底部为半圆形的U型凹槽；第二种切割方式：窄缝切割步骤，使用由双薄片切割刀具自待开槽端面位置沿竖直方向向所述环形件内部切割至距离所述待开槽端面垂直距离为a-b/2的位置，以开出深度为a-b/2、宽度为单薄片厚度的两条窄缝，其中，a为所述凹槽的深度，b为所述凹槽的宽度，双薄片切割刀具的总厚度等于所述凹槽的宽度b；钻孔步骤，使用钻孔刀具在外周壁上以所述两条窄缝底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轴向磁场电机用非晶、纳米晶合金定子铁芯的制造方法，其特征在于，所述铁芯是由非晶或者纳米晶合金带材卷绕多层而成的圆环体，所述圆环体的上和/或下端面上均匀分布有多个凹槽，形成所述圆环体的相邻非晶或者纳米晶合金带材层之间附有粘结剂层，所述铁芯的制造方法包括如下步骤：卷绕环形件步骤，使用宽度与成品定子铁芯的轴向长度相同的非晶或者纳米晶合金带材，将所述合金带材进行卷绕以形成具有预定内径和外径的环形件，其中，在卷绕的过程中，同步地在卷绕前的所述合金带材的表面上浸涂一层粘结剂，以使卷绕后的相邻各层非晶或纳米晶带材粘结在一起形成所述环形件；固化处理步骤，将所述环形件进行固化处理，从而得到固化成型的环形件；凹槽的切割步骤，在所述固化成型的环形件的上和/或下端面上均匀切割多个凹槽，从而得到具有凹槽结构的圆环体型铁芯；退火步骤，对所述具有凹槽结构的圆环体型铁芯进行退火处理，从而得到成品轴向磁场电机用非晶、纳米晶合金定子铁芯。

【技术特征摘要】
1.一种轴向磁场电机用非晶、纳米晶合金定子铁芯的制造方法，其特
征在于，所述铁芯是由非晶或者纳米晶合金带材卷绕多层而成的圆环体，
所述圆环体的上和/或下端面上均匀分布有多个凹槽，形成所述圆环体的相
邻非晶或者纳米晶合金带材层之间附有粘结剂层，所述铁芯的制造方法包
括如下步骤：
卷绕环形件步骤，使用宽度与成品定子铁芯的轴向长度相同的非晶或
者纳米晶合金带材，将所述合金带材进行卷绕以形成具有预定内径和外径
的环形件，其中，在卷绕的过程中，同步地在卷绕前的所述合金带材的表
面上浸涂一层粘结剂，以使卷绕后的相邻各层非晶或纳米晶带材粘结在一
起形成所述环形件；
固化处理步骤，将所述环形件进行固化处理，从而得到固化成型的环
形件；
凹槽的切割步骤，在所述固化成型的环形件的上和/或下端面上均匀切
割多个凹槽，从而得到具有凹槽结构的圆环体型铁芯；
退火步骤，对所述具有凹槽结构的圆环体型铁芯进行退火处理，从而
得到成品轴向磁场电机用非晶、纳米晶合金定子铁芯。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述非晶或者纳米
晶合金带材的材质选自铁基合金、铁镍基合金或钴基合金；优选地，所述
粘结剂是有机粘结剂或者无机粘结剂；更优选地，所述有机粘结剂为有机

\t硅类胶、酚醛树脂胶、脲醛树脂胶、耐温环氧胶、聚酰亚胺胶，所述无机
粘结剂为TW系列、SL系列或ZS系列的无机粘结剂。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述卷绕环形件
步骤中，所述合金带材的表面上浸涂的粘结剂的厚度是通过如下方法控制
的：将在浸涂装置浸涂完粘结剂的合金带材穿过设置于所述浸涂装置出口
处且相对设置的两片刮漆片之间的间隙，从而将合金带材表面上多余的粘
结剂刮掉；优选地，所述粘结剂层的厚度为1-3μm。
4.根据权利要求1-3任一所述的制造方法，其特征在于，在所述卷绕
环形件步骤中，通过提高卷绕时带材上的张力以及降低所述合金带材表面
形成的粘结剂层厚度来提高所述成品电机定子铁芯的叠片系数，所述叠片
系数为0.85-0.95。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述凹槽的切割
步骤中，切割后的位于同一端面上的多个所述凹槽的水平中心线均与所述
定子铁芯的中心轴线垂直相交于同一点；优选地，当所述圆环体的上和下
端面均分布有凹槽时，位于所述上端面的凹槽的竖直中心线与相应下端面
的凹槽的竖直中心线重合，并且上和下端面的所述凹槽的宽度和深度均相
等。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述凹槽的切割

\t步骤中，每个所述凹槽的切割方法采用如下两种方式中的一种，第一种切
割方式：钻孔步骤，使用钻孔刀具在所述环形件的外周壁上以距离待开槽
端面垂直距离为a-b/2的位置为中心沿所述环形...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广强，周少雄，董帮少，李宗臻，高慧，
申请(专利权)人：安泰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11