专利名称：定子铁心及其制造方法
技术领域：
本发明涉及电动机或发电机的磁路零部件，具体涉及一种定子铁心及其制造方法，更具体地涉及一种径向磁场电动机用高性能非晶、微晶及纳米晶合金定子铁心及其制造方法。
背景技术：
在我国，电动机(以下，简称电机)的用电量约为全国用电总量的50%，超过工业用电的70%，因此提高电机的效率具有重要的社会效益和经济价值。非晶、微晶及纳米晶合金材料具有高磁导率、低损耗等优异的软磁性能，应用于电机后可大幅度降低电机铁损，提高电机效率。电机的损耗主要由铁损、铜损和机械损耗三部分构成，其中高频电机和大功率的 中型、大型电机的铁损占电机总损耗的比例较闻。因此，考察非晶、微晶及纳米晶合金材料在高频电机和大功率的中型、大型电机中的应用更具针对性。中国专利申请CN101286676A提出对树脂热固化成型的非晶合金块体进行整体切割来制作完整的非晶合金定子铁心的方法。该方法只能制作外径小于带材宽度的非晶合金定子铁心。制作大尺寸非晶合金定子铁心，必须使用拼接的方式。美国专利US6462456B1提出用浸漆固化后切割出一面或者多面有弧形面的非晶合金模块，再拼接制作出完整非晶合金定子铁心的制作方法。美国专利US6960860B1中也提出首先将卷绕的非晶合金环进行浸漆固化处理，然后在非晶合金环内粘接非晶合金块充当铁心的齿部构成带有径向齿槽结构的非晶合金定子铁心；或者使用固化后的环形非晶合金块体切出定子铁心的轭部拼接模块，使用固化后的非晶合金块体切出齿部拼接模块，然后将这些齿部和轭部模块拼接构成完整的定子铁心的方法。中国专利申请CN101882816A也提出先将非晶合金块体进行切割制作出拼接模块，接着沿圆周方向进行拼接，制作成完整的定子铁心的方法。以上方法都是先使用树脂热固化成型制作出非晶合金块体，接着切割出与成品铁心具有相同轴向高度的拼接模块后再拼接成完整的定子铁心。以上方法制作的铁心或者内部磁路包含大量气隙、或者结构稳定性存在隐患，而且树脂热固化处理会导致非晶合金定子铁心性能大幅度降低。所以，探索一种制造中型、大型电机用具有优异软磁性能和/或高结构稳定性的非晶、微晶以及纳米晶合金定子铁心的方法非常有必要。
发明内容
为了克服上述技术问题中的至少一个，本发明提供了一种定子铁心及其制造方法。根据本发明的定子铁心包括下端板；上端板；多个叠体，层叠在下端板与上端板之间；以及多个连接构件，穿过多个叠体并连接下端板和上端板；其中，多个叠体中的每个叠体包括沿着圆周方向依次布置并形成一个圆周的多个叠体单元，每个叠体单元包括轭部和内齿，轭部是圆弧形的平坦的片或板的形式，内齿为平坦的片或板的形式并从轭部向轭部的圆心延伸,轭部和内齿中的至少一个包括孔,每个叠体的多个叠体单元中相邻的叠体单元形成接缝，每个连接构件包括杆，杆穿过叠体单元的孔，杆的下端固定到下端板，杆的上端固定到上端板，多个叠体的轭部沿着杆的方向重叠，多个叠体的内齿沿着杆的方向重叠，多个叠体中的相邻叠体的多个接缝不叠置。根据本发明的一方面，轭部具有圆弧形的第一边、圆弧形的第二边、将第一边的第一端与第二边的第一端连接的第三边、以及将第一边的第二端与第二边的第二端连接的第四边，第一边和第二边具有同一个圆心，第一边的半径大于第二边的半径。根据本发明的一方面，内齿具有从轭部的第二边的第一位置朝轭部的第二边的内侧延伸的第一边、从轭部的第二边的第二位置朝轭部的第二边的内侧延伸的第二边以及将内齿的第一边的末端和内齿的第二边的末端彼此连接的第三边，内齿的第一边和内齿的第二边彼此基本平行，内齿的第一边和内齿的第二边之间的平行于内齿的第一边和内齿的第二边的中线的延长线穿过轭部的圆心，第一位置和第二位置之间的中点不与轭部的第二边 的第一端和轭部的第二边的第二端之间的中点重叠，内齿的第三边基本垂直于内齿的第一边和内齿的第二边或者内齿的第三边是与轭部的第一边和轭部的第二边具有同一个圆心的弧形边。根据本发明的一方面，内齿靠近轭部的第四边，而远离轭部的第三边。根据本发明的一方面，内齿大体为平坦的三角形片或三角形板的形式，并具有从轭部的第二边的第一位置朝轭部的第二边的内侧延伸的第一边、从轭部的第二边的第二位置朝轭部的第二边的内侧延伸的第二边，内齿的第一边和内齿的第二边相交，第一位置和第二位置之间的中点不与轭部的第二边的第一端和轭部的第二边的第二端之间的中点重叠。根据本发明的一方面，所述孔形成轭部上，并且不处于第三边和第四边之间的中线上。根据本发明的一方面，所述孔靠近第三边，而远离第四边。根据本发明的一方面，从沿着杆的方向上看，一个叠体的叠体单元相对于相邻的另一个叠体的叠体单元成镜像对称。根据本发明的一方面，下端板包括环形的轭部和从下端板的轭部向内延伸的多个内齿，下端板的轭部与多个叠体的轭部沿着杆的方向重叠，下端板的多个内齿与多个叠体的内齿沿着杆的方向重叠，上端板包括环形的轭部和从上端板的轭部向内延伸的多个内齿，上端板的轭部与多个叠体的轭部沿着杆的方向重叠，上端板的多个内齿与多个叠体的内齿沿着杆的方向重叠。根据本发明的一方面，所述定子铁心还包括包覆在下端板、上端板、多个叠体、多个连接构件的至少一部分上的绝缘包覆层。根据本发明的一方面，下端板、上端板和多个连接构件均独立地由铁、铜、铝、钛或其合金材料制成，多个叠体由非晶、微晶或纳米晶合金制成。根据本发明的制造上述定子铁心的方法包括下述步骤(a)制造多个叠体单元；
(b)通过多个连接构件将多个叠体单元安装在下端板上，从而形成包括多个叠体的结构；(c)对包括多个叠体的结构包覆绝缘涂层，并将多个叠体压实在下端板和上端板之间，从而形成压实的结构；(d)对压实的结构进行退火处理；以及(e)对退火后的结构包覆绝缘涂层。根据本发明的一方面，采用将合金带材冲成片的方法制造多个叠体单元，合金带材冲成的单个片直接用作叠体单元或将合金带材冲成的多个片堆叠来形成叠体单元。根据本发明的一方面，在步骤(C)中，将包括多个叠体的结构整体浸入绝缘涂层液中，浸溃充分后取出包括多个叠体的结构，然后将多个叠体压实在下端板和上端板之间，之后将上端板紧固到多个叠体。根据本发明的一方面，在步骤(d)中，在氮气、氩气或者氢气的保护气氛下，且在加磁场的条件下，将压实的结构加热至300°C 560°C，然后保温不超过5小时，之后冷却至室温，其中，磁场的强度为20mT IOOOmT,磁场的方向为沿定子铁心的圆周方向。 根据本发明的一方面，在步骤(e)中，使用浸涂或喷涂对退火后的结构的整体或者退火后的结构中的多个叠体的内齿表面包覆绝缘涂层。本发明的定子铁心或其制造方法可以实现下述技术效果中的至少一个(I)本发明的定子铁心及其制造方法省去了浸漆和固化工艺，只需冲出多个包含内齿和轭部的一种规格的合金冲片，就可以通过骨架(上下端板和连接构件)成型的方法组合出定子铁心，该定子铁心的软磁性能优异且结构稳定。(2)本发明的定子铁心及其制造方法使用成型骨架对非晶、微晶或纳米晶合金冲片叠体进行轴向及圆周方向固定，取代目前的树脂热固化处理、切割模块再拼接成型的方式，能够保证非晶、微晶或纳米晶合金定子铁心结构的稳定性，避免了使用热固化成型的定子铁心存在发生的层间开裂的隐患的问题。(3)本发明的定子铁心及其制造方法不使用粘结剂进行层间粘接，便不会在铁心内部引入粘接应力，避免了由于粘结应力的存在导致铁心软磁性能的大幅度下降的问题。(4)本发明的定子铁心及其制造方法是通过对非晶、微晶或纳米晶合金带材进行冲压制作出多个包含内齿和轭部的合金冲片，然后通过骨架成型，可以避免切割成型时由于产生瞬间高温造成非晶、微晶或纳米晶合金材料的结构变化导致磁性恶化的问题。(5)使用本发明的定子铁心的制造方法制备的非晶、微晶或纳米晶合金定子铁心通过骨架成型取代了环氧树脂的层间粘结，所以可以对加工成形的合金定子铁心进行整体退火，进而可以完全消除制作过程在合金定子铁心中引入的各种应力，使非晶合金优异的软磁性能在铁心中得到最大程度的体现。(6)使用本发明的定子铁心的制造方法制备的非晶、微晶或纳米晶定子铁心与层间浸漆粘结方法制备的铁心相比，具有损耗更低、磁导率更高的特点。(7)使用本发明的定子铁心的制造方法制备的非晶、微晶或纳米晶定子铁心的外径基本不受带材宽度限制，应用于中、大型电机时可以大幅度降低电机的铁心损耗、提高电机的效率。
图I是本发明的定子铁心的透视图；图2是本发明的定子铁心的分解透视图3是本发明的定子铁心中包括的每个叠体的俯视图；图4是本发明的定子铁心中包括的每个叠体的叠体单元的俯视图；图5是本发明的定子铁心的分解透视图；图6是用于制造本发明的定子铁心中包括的叠体的叠体单元的冲片法的示意图；
图7是制造本发明的定子铁心中包括的叠体的叠体单元的冲片法所获得的合金带材废料的示意图。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明的定子铁心及其制造方法作详细说明。图I是本发明的定子铁心的透视图，图2是本发明的定子铁心的分解透视图。参照图I和图2，本发明的定子铁心100包括下端板110、上端板120、设置在下端板110与上端板120之间的多个叠体130，以及将下端板110、上端板120和多个叠体130固定在一起的多个连接构件140。多个叠体130包括顺序地堆叠在下端板110上的第一叠体131、第二叠体132、第三叠体133、第四叠体134、第五叠体135和第六叠体136。虽然图I中示出了多个叠体130包括六个叠体，但本发明不限于此，只要多个叠体130的数目不少于2即可。图3是本发明的定子铁心中包括的每个叠体的俯视图。每个叠体130 (即，叠体131、132、133、134、135、136中的每个)包括沿着圆周方向依次布置并形成一个圆周的多个叠体单元，例如，在图3中示出为沿着圆周方向依次布置的8个叠体单元130a、130b、130c、130d、130e、130f、130g、130h。相邻的两个叠体单元可以彼此接触或连接。每个叠体130的结构可以相同。多个叠体单元可具有相同的结构。虽然图3中示出了每个叠体130包括8个叠体单元，但本发明不限于此，其可包括沿着圆周方向依次布置并形成一个圆周的任意数量的叠体单元。图4是本发明的定子铁心中包括的每个叠体的叠体单元的俯视图。8个叠体单元130a至130h中的每个叠体单元，例如叠体单元130a，包括轭部130al和从轭部130al延伸的内齿130a2。轭部130al是圆弧形的平坦的片或板的形式，并具有圆弧形的第一边130all、圆弧形的第二边130al2、将第一边130all的第一端与第二边130al2的第一端连接的第三边130al3、以及将第一边130all的第二端与第二边130al2的第二端连接的第四边130al4。第一边130all和第二边130al2具有同一个圆心，即，第一边130all和第二边130al2是同心圆弧。第一边130all所在的圆弧的半径大于第二边130al2所在的圆弧的半径。第三边130al3的延长线和第四边130al4的延长线均穿过第一边130all和第二边130al2的同一个圆心，然而本发明不限于此，第三边130al3的延长线和第四边130al4的延长线可以不穿过第一边130all和第二边130al2的同一个圆心。轭部130al包括供连接构件140的杆141 (将在下面描述)穿过的孔130al5。在图4中，孔130al5示出为具有圆形，以与杆141的形状匹配，但本发明不限于此，孔130al5可具有与杆141的形状匹配的任意形状。孔130al5形成在除了轭部130al的中心之外的位置，即，孔130al5不形成在第三边130al3和第四边130al4之间的中线上。在图4中，孔130al5被示出为靠近第三边130al3,而远离第四边130al4。因为多个叠体130中的每个叠体的多个叠体单元具有相同的结构，所以多个叠体130的多个叠体单元的多个第一边130all形成第一圆，多个叠体130的多个叠体单元的多个第二边130al2形成第二圆，第一圆和第二圆是同心圆，第一圆的半径大于第二圆的半径。如图4所示，内齿130a2大体为平坦的矩形片或矩形板的形式，可以从轭部130al向轭部130al的圆心延伸(即，沿着定子铁心100的径向延伸)。内齿130a2具有从轭部130al的第二边130al2的第一位置朝第二边130al2的内侧延伸的第一边130a21、从轭部130al的第二边130al2的第二位置朝第二边130al2的内侧延伸的第二边130a22以及将第一边130a21和第二边130a22的末端彼此连接的第三边130a23。如图4所示，第一边130a21和第二边130a22彼此基本平行，且第三边130a23基本垂直于第一边130a21和第二边130a22。然而，虽然未在图4中示出，但是第三边130a23可以是弧形的边，更具体地讲，第三边130a23可以与轭部130al的第一边130all和第二边130al2是同心圆弧，在这种情
况下，内齿大体为平坦的弧形片或弧形板的形式。本领域技术人员可以合适地确定第一边130a21和第二边130a22的长度，第一边130a21和第二边130a22可具有相等的长度。第一边130a21和第二边130a22之间的平行于第一边130a21和第二边130a22的中线(未示出)的延长线可穿过轭部130al的第一边130all和第二边130al2的同一个圆心。第一位置和第二位置的中点不与第二边130al2的第一端和第二边130al2的第二端的中点重叠，也就是说，内齿130a2不从轭部130al的中心处延伸，而是从偏离轭部130al的中心的位置延伸。换言之，内齿130a2两侧的轭部并不对称。在图4中，内齿130a2被示出为靠近第四边130al4,而远离第三边130al3。虽然图4中示出了内齿130a2大体为矩形片的形式，但本发明不限于此，例如，内齿可大体为平坦的三角形片或三角形板的形式，可以从轭部130al向轭部130al的圆心延伸。在这种情况下，内齿具有从轭部130al的第二边130al2的第一位置朝第二边130al2的内侧延伸的第一边、从轭部130al的第二边130al2的第二位置朝第二边130al2的内侧延伸的第二边，内齿的第一边和内齿的第二边相交。本领域技术人员可以合适地确定内齿的第一边和第二边的长度，内齿的第一边和第二边可具有相等的长度。第一位置和第二位置的中点不与第二边130al2的第一端和第二边130al2的第二端的中点重叠，也就是说，内齿130a2不从轭部130al的中心处延伸，而是从偏离轭部130al的中心的位置延伸。此外，本发明不限于此，内齿可以是从轭部向轭部的圆心延伸的任意形状的平坦的片或板的形式，只要相邻的内齿适用于保持线圈即可。虽然上面描述了供连接构件140的杆141 (将在下面描述)穿过的孔形成在叠体单元的轭部中，但是本发明不限于此。例如，供连接构件140的杆141穿过的孔可以形成在内齿130a2中。如图2所示，每个连接构件140可包括杆141 (作为连接件)和紧固件142。杆141基本上垂直穿过多个叠体130，更具体地讲，基本上垂直穿过每个叠体130的每个叠体单元的孔。杆141的下端固定到下端板110，例如焊接到下端板110，或铆接到下端板110，或通过另外的紧固件(例如下端板110下方的螺母，未示出)固定到下端板110。紧固件142固定到杆141的上端，并将上端板120紧固到第六叠体136，从而紧固多个叠体130，即，将多个叠体130固定在下端板110与上端板120之间。例如，紧固件142焊接到杆141的上端和/或上端板120，或铆接到杆141的上端和/或上端板120，或作为螺母配合到杆141的上端的外螺纹，从而压紧多个叠体130，即，将多个叠体130固定在下端板110与上端板120之间。虽然上面描述了每个连接构件140包括杆141和紧固件142，但本发明不限于此。例如，连接构件140可以不包括紧固件142，在这种情况下，可以将杆141直接插接到或焊接到上端板120。多个连接构件140的多个杆141可以均匀地分布在多个叠体130的叠体单元的第一边或第二边所在的圆(即，上述第一圆和第二圆)的同心圆上。此外，多个杆141的数量可以与一个叠体130的多个叠体单元的数量相同。因为每个叠体130的结构可以相同，并且每个叠体130中包括的多个叠体单元可具有相同的结构，因此多个叠体130可以完全重叠。更具体地讲，彼此相邻的两个叠体130可以完全重叠，S卩，多个叠体130的轭部(由每个叠体中包括的多个叠体单元的轭部连接而 成)可以沿着杆141的方向完全重叠，多个叠体130的内齿可以沿着杆141的方向完全重叠。这可以通过使每个杆141穿过多个叠体130的孔来实现。在一个叠体130 (例如，第一叠体131)中，多个叠体单元130a至130h (例如，多个叠体单元131a至131h)沿着圆周方向依次布置，彼此连接或接触并形成一个圆周。因此，第一叠体131的多个叠体单元131a至131h中相邻的两个叠体单元形成多个接缝SI。在另一个叠体130 (例如，第二叠体132)中，多个叠体单元130a至130h (例如，多个叠体单元132a至132h)沿着圆周方向依次布置，彼此连接或接触并形成一个圆周。因此，第二叠体132的多个叠体单元132a至132h中相邻的两个叠体单元形成多个接缝S2。多个接缝SI和多个接缝S2彼此不叠置。也就是说，相邻叠体的多个接缝不叠置，例如第一叠体的多个接缝与相邻于第一叠体的第二叠体的多个接缝不叠置。因此，可以增大包括多个叠体130的定子铁心100的机械强度。因为如上所述，孔130al5可形成在轭部130al的除了其中心之外的位置，并且叠体单元的内齿130a2不从轭部130al的中心处延伸而是从偏离轭部130al的中心的位置延伸，所以可通过相对于一个叠体的叠体单元镜像翻转相邻的另一个叠体的叠体单元，来实现相邻叠体的多个接缝不叠置并实现多个叠体130的内齿可以沿着杆141的方向完全重叠。换句话说，从基本垂直于多个叠体的方向(即，沿着杆141的方向)上看，一个叠体的叠体单元可相对于相邻的另一个叠体的叠体单元成镜像对称，即，相邻的两个叠体的叠体单元成镜像对称。例如，从基本垂直于多个叠体的方向(即，沿着杆141的方向)上看，同一个杆141所穿过的相邻两个叠体单元可相对于彼此成镜像对称。又例如，从基本垂直于多个叠体的方向(即，沿着杆141的方向)上看，相邻的两个叠体的被不同杆141穿过的两个叠体单元可相对于彼此成镜像对称。参照图5，下端板110包括环形的轭部111和从轭部111向内延伸的多个内齿112。轭部111与多个叠体130的轭部(由每个叠体中包括的多个叠体单元的轭部连接而成)可以沿着杆141的方向完全重叠。多个内齿112与多个叠体130的内齿可以沿着杆141的方向完全重叠。参照图5，上端板120包括环形的轭部121和从轭部121向内延伸的多个内齿122。轭部121与多个叠体130的轭部(由每个叠体中包括的多个叠体单元的轭部连接而成)可以沿着杆141的方向完全重叠。多个内齿122与多个叠体130的内齿可以沿着杆141的方向完全重叠。
本发明的定子铁心100还可包括包覆在下端板110、上端板120、多个叠体130、多个连接构件140的至少一部分上的绝缘包覆层(未示出)。绝缘包覆层不仅可以提高线圈与定子铁心100之间的绝缘性，还可以作为定子铁心100的保护层，防止定子铁心100造成物理损坏。下端板110、上端板120和连接构件140均可由铁、铜、铝、钛等金属或其合金材料制成，优选地由无磁不锈钢制成。多个叠体130可由适用于制造定子铁心的非晶、微晶或纳米晶合金(例如，合金薄带)制成，例如由铁基、铁镍基、钴基的非晶、微晶或纳米晶合金制成。在一个具体的实施例中，多个叠体130由非晶合金Fe8tlSi9B11 (at. % )制成。绝缘包覆层可由绝缘树脂、绝缘陶瓷和磷酸盐中的至少一种制成，绝缘树脂包括环氧树脂、丙烯酸树月旨、聚氨酯树脂、有机硅树脂中的至少一种，绝缘陶瓷可以是纳米粉体形式或细粉形式的绝缘陶瓷(例如，SiO2纳米粉或MgO细粉)。下端板110和上端板120的厚度可根据定子铁 心100的大小及多个叠体的叠片系数(例如O. 78 O. 98，更具体地O. 95)而定。虽然上面描述了多个叠体中的每个包括结构相同的多个叠体单元，每个叠体单元包括一个轭部和从该轭部延伸的一个内齿，但是本发明不限于此。例如，上面描述的多个叠体单元中的至少两个叠体单元可以组合而形成一个叠体单元，这样形成的叠体单元可以相同或者不同(例如，有的叠体单元包括上面描述的两个叠体单元，有的叠体单元包括上面描述的三个叠体单元)，只要如此形成的多个叠体单元沿着圆周方向依次布置，彼此连接或接触并形成一个圆周，并且多个叠体的轭部(由每个叠体中包括的多个叠体单元的轭部连接而成)可以沿着杆的方向完全重叠，多个叠体的内齿可以沿着杆的方向完全重叠，多个叠体中的相邻叠体的多个接缝不叠置即可。虽然上面描述了每个叠体单元具有一个孔，但是本发明不限于此。例如，可以在一个叠体单元的轭部和内齿(例如，内齿的中线)上均形成供连接构件的杆穿过的孔，可以在一个叠体单元的轭部上形成至少两个供连接构件的杆穿过的孔，可以在一个叠体单元的内齿上形成至少两个供连接构件的杆穿过的孔。本发明的定子铁心具有优异的软磁性能和高结构稳定型，可以用作中、大型电动机或发电机的磁路零部件，具体地，可以用于径向磁场电动机。下面将描述本发明的定子铁心的制造方法。本发明的定子铁心的制造方法包括下述步骤(a)制造多个叠体单元；(b)通过多个连接构件140将多个叠体单元安装在下端板110上，从而形成包括多个叠体130的结构；
(c)对包括多个叠体130的结构包覆绝缘涂层，并将多个叠体130压实在下端板110和上端板120之间，从而形成压实的结构；(d)对压实的结构进行退火处理；以及(e)对退火后的结构包覆绝缘涂层。可采用将合金带材冲成片的方法制造多个叠体单元。然而，本发明不限于此，可以采用本领域中任何合适的方法制造多个叠体单元，例如，可通过切割的方法来制造多个叠体单元，所述切割的方法包括电火花切割、火焰切割、等离子切割、激光切割、水切割和化学腐蚀切割中的至少一种。图6是用于制造本发明的定子铁心中包括的叠体的叠体单元的冲片法的示意图。参照图6，将成卷的合金带材I放置在可以自动输送合金带材I的第一旋转辊2上，合金带材I经由第一感应板3被供应到第一支撑辊4和送带辊5之间。第一感应板3的作用是感应与之接触的合金带材I。具体地说，当合金带材I不能与第一感应板3接触时，第一旋转棍2自动旋转送带；当合金带材I接触到第一感应板3时，第一旋转辊2停止送带。送带辊5下沉后将合金带材I压在其与第一支撑辊4之间，然后通过旋转将合金带材I送入冲台6。送带辊5的旋转可通过高精度伺服电机控制，工作时每隔一定时间送带一次，送带长度等于第一冲头7和第二冲头8的中心点之间的距离。第一冲头7和冲台6上的冲孔10配合冲出叠体单元或用于形成叠体单元的冲片的孔，冲下的废料掉入第一装料盒11以备回收利用。第二冲头8与叠体单元的形状一致，与冲台6上的冲孔12配合冲下叠体单元或用于形成叠体单元的冲片，冲下的叠体单元或用于形成叠体单元的冲片有序地落入第二装料盒13中。在冲片过程中,送带棍5将合金带材I送到冲台6之后,压台9首先将合金带材I压实，接着第一冲头7和第二冲头8同时下冲，完成冲片后第一冲头7和第二冲头8同时迅速抬起，接着压台9抬起,送带棍5再次送带,开始下一次冲片。冲片之后的合金带材I经由第二支撑辊14下垂到第二感应板15时，第二旋转辊16开始旋转收卷，当收卷至合金带材I接触不到第二感应板15时停止收卷。最后，第二旋转辊16把完成冲片处理的合金带材废料卷成带材卷17，以便回收利用。在上述冲片过程中，使用的合金带材I可以为单层，也可以为多层，但一般在10层以下。在一个具体的实施例中，使用的合金带材I的层数为 2层。在一个具体的实施例中，合金带材I由非晶合金Fe8tlSi9B11 (at. % )制成,合金带材I的厚度为30±1μπι，宽度为213mm，表面平整光洁。图7是制造本发明的定子铁心中包括的叠体的叠体单元的冲片法所获得的合金带材废料的示意图。如图7所示，合金带材废料17可具有与叠体单元的孔130al5对应的孔171和与叠体单元对应的孔172。在步骤(b)中，使连接构件140的杆141穿过构成第一叠体131的多个叠体单元(多个叠体单元131a至131h)的孔，使得多个叠体单元沿着圆周方向依次布置，彼此连接或接触并形成一个圆周，从而在下端板110上形成第一叠体131。这里，叠体单元可以是参照图6描述的冲片法制造的冲片，也可以是通过堆叠多个所述冲片而形成的结构。在叠体单元是通过堆叠多个所述冲片而形成的结构的情况下，叠片系数可以是O. 78 O. 98，更具体地可以是O. 95，叠体单元的厚度可以是100mm。然后，使连接构件140的杆141穿过构成第二叠体132的多个叠体单元(多个叠体单元132a至132h)的孔，使得多个叠体单元沿着圆周方向依次布置，彼此连接或接触并形成一个圆周，从而在第一叠体131上形成第二叠体132。在使连接构件140的杆141穿过构成第二叠体132的多个叠体单元(多个叠体单元132a至132h)的孔的过程中，使得构成第二叠体132的多个叠体单元之间的接缝不与构成第一叠体131的多个叠体单元之间的接缝叠置。因此，可以增大包括多个叠体130的定子铁心100的机械强度。因为如上所述，孔130al5可形成在轭部130al的除了其中心之外的位置，并且叠体单元的内齿130a2不从轭部130al的中心处延伸而是从偏离轭部130al的中心的位置延伸，所以可通过相对于一个叠体(例如，第一叠体131)的叠体单元镜像翻转相邻的另一个叠体(例如，第二叠体132)的叠体单元，来实现相邻叠体(例如，第一叠体131和第二叠体132)的多个接缝不叠置并实现多个叠体130的内齿可以沿着杆141的方向完全重叠。换句话说，从基本垂直于多个叠体的方向(即，沿着杆141的方向)上看，一个叠体的叠体单元可相对于相邻的另一个叠体的叠体单元成镜像对称，即，相邻的两个叠体的叠体单元成镜像对称。例如，从基本垂直于多个叠体的方向(即，沿着杆141的方向)上看，同一个杆141所穿过的相邻两个叠体单元可相对于彼此成镜像对称。又例如，从基本垂直于多个叠体的方向(即，沿着杆141的方向)上看，相邻的两个叠体的被不同杆141穿过的两个叠体单元可相对于彼此成镜像对称。按照与上面设置第一叠体131和第二叠体132的方式相同的方式，在第二叠体132上形成第三叠体133，在第三叠体133上形成第四叠体134，在第四叠体134上形成第五叠体135，在第五叠体135上形成第六叠体136。多个叠体131-136的轭部(由每个叠体中包括的多个叠体单元的轭部连接而成)可以沿着杆141的方向完全重叠，多个叠体130的内齿可以沿着杆141的方向完全重叠。多个叠体131-136中的相邻叠体的多个接缝不叠置。在一个具体的实施例中，上端板120和下端板110的材质为无磁不锈钢，厚度均为8mm。在一个具体的实施例中，杆141的直径为10mm。在步骤(c)中，可将包括下端板110和多个叠体130的结构(该结构可以包括上 端板120，也可以不包括上端板120)整体浸入绝缘涂层液中，浸溃充分后取出包括多个叠体130的结构，然后将多个叠体130压实在下端板110和上端板120之间。然后，可通过杆140的紧固件142 (例如，紧固螺母)将上端板120紧固到第六叠体136，从而紧固多个叠体130，即，将多个叠体130固定在下端板110与上端板120之间。在连接构件140不包括紧固件142的情况下，可以将杆141直接插接到或焊接到上端板120。由此，形成压实的结构。在将多个叠体130压实在下端板110和上端板120之间的过程中，可控制叠片系数在O. 78 O. 98之间(例如，O. 95)，多个叠体130的厚度可为600mm(100mmX6)。步骤(c)中使用的绝缘涂层液可以是5wt. %的SiO2纳米粉、90wt. %的乙醇和5wt. %的去离子水的混合物，或者8wt. %的正硅酸乙酯、87. 999wt. %的酒精、4wt. %的去离子水和O. OOlwt. %的盐酸的混合物,或者6wt. %的MgO细粉、90wt. %的乙醇和4wt. %的去离子水的混合物。在步骤(d)中，可以在氮气、氩气或者氢气的保护气氛下，且在加磁场的条件下，将压实的结构加热至300°C 560°C，然后保温不超过5小时(例如，O. 5小时至5小时)，之后冷却(例如，快冷或缓冷)至室温。其中，磁场强度可为20mT IOOOmT,磁场方向可为沿定子铁心的圆周方向。退火处理的目的是烘干绝缘涂层液以及消除定子铁心的内部应力，进而提高定子铁心的软磁性能。烘干绝缘涂层液的温度一般在100°C 150°C，消除内部应力的温度一般在300°C 560°C。在一个具体的实施例中，按下述步骤执行步骤(d):将压实的结构放入高温炉内，对炉体抽真空后充入氮气再以20°C /min的加热速率升温至120°C，在该温度保温60min ；再次对炉体抽真空后充入氮气，接着以60°C /min的升温速率升温至390°C，并且在380°C保温120min ;然后启动快冷装置对炉体降温，以30°C /min的速率降温至90°C以下取出压实的结构。在步骤(e)中，可使用浸涂或喷涂对退火后的结构的整体或者退火后的结构的齿槽面(即，多个叠体的内齿的表面)包覆绝缘涂层。所述绝缘涂层的材料可以选自于绝缘树脂、绝缘陶瓷和磷酸盐，绝缘树脂包括环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂中的至少一种，绝缘陶瓷可以是纳米粉体形式或细粉形式的绝缘陶瓷(例如，SiO2纳米粉或MgO细粉)。绝缘涂层不仅可以提高线圈与定子铁心100之间的绝缘性，还可以作为定子铁心100的保护层，防止定子铁心100造成物理损坏。在一个具体的实施例中，将退火后的结构整体浸溃在环氧树脂中，然后取出滤掉多余树脂后在烘箱中烘干。在一个具体的实施例中，由上述步骤制造的定子铁心的外径为520mm，轴向高度为约600mm，共有8个径向内齿，均匀分布在内圆周上。本发明的定子铁心或其制造方法可以实现下述技术效果中的至少一个(I)本发明的定子铁心及其制造方法省去了浸漆和固化工艺，只需冲出多个包含内齿和轭部的一种规格的合金冲片，就可以通过骨架(上下端板和连接构件)成型的方法组合出定子铁心，该定子铁心的软磁性能优异且结构稳定。(2)本发明的定子铁心及其制造方法使用成型骨架对非晶、微晶或纳米晶合金冲 片叠体进行轴向及圆周方向固定，取代目前的树脂热固化处理、切割模块再拼接成型的方式，能够保证非晶、微晶或纳米晶合金定子铁心结构的稳定性，避免了使用热固化成型的定子铁心存在的层间开裂的隐患的问题。(3)本发明的定子铁心及其制造方法不使用粘结剂进行层间粘接，便不会在铁心内部引入粘接应力，避免了由于粘结应力的存在导致铁心软磁性能的大幅度下降的问题。(4)本发明的定子铁心及其制造方法是通过对非晶、微晶或纳米晶合金带材进行冲压制作出多个包含内齿和轭部的合金冲片，然后通过骨架成型，可以避免切割成型时由于产生瞬间高温造成非晶、微晶或纳米晶合金材料的结构变化导致磁性恶化的问题。(5)使用本发明的定子铁心的制造方法制备的非晶、微晶或纳米晶合金定子铁心通过骨架成型取代了环氧树脂的层间粘结，所以可以对加工成形的合金定子铁心进行整体退火，进而可以完全消除制作过程在合金定子铁心中引入的各种应力，使非晶合金优异的软磁性能在铁心中得到最大程度的体现。(6)使用本发明的定子铁心的制造方法制备的非晶、微晶或纳米晶定子铁心与层间浸漆粘结方法制备的铁心相比，具有损耗更低、磁导率更高的特点。(7)使用本发明的定子铁心的制造方法制备的非晶、微晶或纳米晶定子铁心的外径基本不受带材宽度限制，应用于中、大型电机时可以大幅度降低电机的铁心损耗、提高电机的效率。
权利要求
1.一种定子铁心，所述定子铁心包括 下端板； 上端板； 多个叠体，层叠在下端板与上端板之间；以及 多个连接构件，穿过多个叠体并连接下端板和上端板； 其中，多个叠体中的每个叠体包括沿着圆周方向依次布置并形成一个圆周的多个叠体单元，每个叠体单元包括轭部和内齿，轭部是圆弧形的平坦的片或板的形式，内齿为平坦的片或板的形式并从轭部向轭部的圆心延伸，轭部和内齿中的至少一个包括孔，每个叠体的多个叠体单元中相邻的叠体单元形成接缝， 每个连接构件包括杆，杆穿过叠体单元的孔，杆的下端固定到下端板，杆的上端固定到上端板， 多个叠体的轭部沿着杆的方向重叠，多个叠体的内齿沿着杆的方向重叠，多个叠体中的相邻叠体的多个接缝不叠置。
2.根据权利要求I所述的定子铁心，其中，轭部具有圆弧形的第一边、圆弧形的第二边、将第一边的第一端与第二边的第一端连接的第三边、以及将第一边的第二端与第二边的第二端连接的第四边，第一边和第二边具有同一个圆心，第一边的半径大于第二边的半径。
3.根据权利要求2所述的定子铁心，其中，内齿具有从轭部的第二边的第一位置朝轭部的第二边的内侧延伸的第一边、从轭部的第二边的第二位置朝轭部的第二边的内侧延伸的第二边以及将内齿的第一边的末端和内齿的第二边的末端彼此连接的第三边，内齿的第一边和内齿的第二边彼此基本平行，内齿的第一边和内齿的第二边之间的平行于内齿的第一边和内齿的第二边的中线的延长线穿过轭部的圆心，第一位置和第二位置之间的中点不与轭部的第二边的第一端和轭部的第二边的第二端之间的中点重叠，内齿的第三边基本垂直于内齿的第一边和内齿的第二边或者内齿的第三边是与轭部的第一边和轭部的第二边具有同一个圆心的弧形边。
4.根据权利要求3所述的定子铁心，其中，内齿靠近轭部的第四边，而远离轭部的第三边。
5.根据权利要求2所述的定子铁心，其中，内齿大体为平坦的三角形片或三角形板的形式，并具有从轭部的第二边的第一位置朝轭部的第二边的内侧延伸的第一边、从轭部的第二边的第二位置朝轭部的第二边的内侧延伸的第二边，内齿的第一边和内齿的第二边相交，第一位置和第二位置之间的中点不与轭部的第二边的第一端和轭部的第二边的第二端之间的中点重叠。
6.根据权利要求2所述的定子铁心，其中，所述孔形成轭部上，并且不处于第三边和第四边之间的中线上。
7.根据权利要求6所述的定子铁心，其中，所述孔靠近第三边，而远离第四边。
8.根据权利要求I所述的定子铁心，其中，从沿着杆的方向上看，一个叠体的叠体单元相对于相邻的另一个叠体的叠体单元成镜像对称。
9.根据权利要求I所述的定子铁心，其中，下端板包括环形的轭部和从下端板的轭部向内延伸的多个内齿，下端板的轭部与多个叠体的轭部沿着杆的方向重叠，下端板的多个内齿与多个叠体的内齿沿着杆的方向重叠，上端板包括环形的轭部和从上端板的轭部向内延伸的多个内齿，上端板的轭部与多个叠体的轭部沿着杆的方向重叠，上端板的多个内齿与多个叠体的内齿沿着杆的方向重叠。
10.根据权利要求I所述的定子铁心，所述定子铁心还包括包覆在下端板、上端板、多个叠体、多个连接构件的至少一部分上的绝缘包覆层。
11.根据权利要求I所述的定子铁心，其中，下端板、上端板和多个连接构件均独立地由铁、铜、铝、钛或其合金材料制成，多个叠体由非晶、微晶或纳米晶合金制成。
12.一种制造根据权利要求I至11中的任意一项所述的定子铁心的方法，所述方法包括下述步骤 (a)制造多个叠体单元； (b)通过多个连接构件将多个叠体单元安装在下端板上，从而形成包括多个叠体的结构； (c)对包括多个叠体的结构包覆绝缘涂层，并将多个叠体压实在下端板和上端板之间，从而形成压实的结构； (d)对压实的结构进行退火处理；以及 (e)对退火后的结构包覆绝缘涂层。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，采用将合金带材冲成片的方法制造多个叠体单元，合金带材冲成的单个片直接用作叠体单元或将合金带材冲成的多个片堆叠来形成叠体单元。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，在步骤(c)中，将包括多个叠体的结构整体浸入绝缘涂层液中，浸溃充分后取出包括多个叠体的结构，然后将多个叠体压实在下端板和上端板之间，之后将上端板紧固到多个叠体。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，在步骤(d)中，在氮气、氩气或者氢气的保护气氛下，且在加磁场的条件下，将压实的结构加热至300°C 560°C，然后保温不超过5小时，之后冷却至室温,其中，磁场的强度为20mT IOOOmT,磁场的方向为沿定子铁心的圆周方向。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，在步骤(e)中，使用浸涂或喷涂对退火后的结构的整体或者退火后的结构中的多个叠体的内齿表面包覆绝缘涂层。
全文摘要
本发明提供了一种定子铁心及其制造方法。该定子铁心包括下端板；上端板；多个叠体，层叠在下端板与上端板之间；多个连接构件，穿过多个叠体并连接下端板和上端板；其中，每个叠体包括沿着圆周方向依次布置并形成一个圆周的多个叠体单元，每个叠体单元包括轭部和内齿，轭部是圆弧形的平坦的片或板的形式，内齿为平坦的片或板的形式并从轭部向轭部的圆心延伸，轭部和内齿中的至少一个包括孔，每个叠体的多个叠体单元中相邻的叠体单元形成接缝，每个连接构件包括杆，杆穿过叠体单元的孔，杆的下端固定到下端板，杆的上端固定到上端板，多个叠体的轭部沿着杆的方向重叠，多个叠体的内齿沿着杆的方向重叠，多个叠体中的相邻叠体的多个接缝不叠置。
文档编号H02K15/02GK102868241SQ20121035189
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月20日 优先权日2012年9月20日
发明者周少雄, 张广强, 王立军, 李山红 申请人:安泰科技股份有限公司