一种轴向磁通电机铁芯及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种轴向磁通电机铁芯及其制备方法。主要包含如下步骤：将软磁金属带材通过横向和纵向激光切割，加工出对称或者非对称开口槽，并进行卷绕，固定；2）对带材卷进行气氛退火；3）将带材卷浸入粘接剂固化，喷漆；本发明的优点是利用激光切割制备电机铁芯加工精度高，没有毛边，内应力小，可以加工形状复杂的电机铁芯。利用激光法制备电机铁芯可以简化生产工艺，提高加工速度，降低成本，在高速电机，高功率密度电机，高转矩密度电机制造领域中有广阔的应用前景。
【专利说明】
一种轴向磁通电机铁芯及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种轴向磁通电机铁芯及其制备方法，具体涉及一种采用激光切割方法制备的电机铁芯，属于电机设计和制造技术领域。
[0002]
【背景技术】
[0003]传统电机铁芯一般为硅钢片采用冲床加工方法制备而成，硅钢片厚度在500um以上，由于硅钢电阻率低，硅钢片厚度大，只能在低频率下使用，随着频率的升高，铁损迅速增加，严重降低发电机效率，甚至由于发热严重而无法工作。而随着近年来电动汽车，高速机床，高速风机等技术的发展，越来越需要电机工作在几百赫兹的高频率下，在这种工况下，要求电机铁芯的叠片单片厚度尽可能薄，电阻率尽可能高，从而减少损耗和电机发热。因此具有超薄形态的硅钢片或者其他金属软磁材料，特别是非晶纳米晶软磁带材，天生具有应用于高频电机的优势。
[0004]美国专利US7018498B2中公开了一种非晶带材卷固化成型制备出环形非晶合金铁芯，接着在一个断面铣销轴向凹槽制作非晶合金定子铁芯的方法。由于该发明采用铣销法加工凹槽，而非晶纳米晶铁芯比较脆，加工时切槽容易断裂，很难保证铁芯槽切面的光洁度，影响性能。专利201510964663.X中公开了一种非晶带材卷成环形件，且在卷带过程中进行粘接剂涂覆，最终制备成环形非晶合金铁芯，然后利用高速砂轮进行开凹槽的电机铁芯制备方法。该方法利用高速砂轮对铁芯进行机械加工，依然造成非晶铁芯切槽断裂，很难保证铁芯槽切面的光洁度。专利201110336946.1公布了一种利用冲床对非晶带材卷冲槽，然后进行卷绕，最后再对带材卷切割等分制备电机铁芯的工艺。该方法利用冲床和线切割对非晶带材和铁芯进行冲槽切割，依然难以避免铁芯切槽的断裂，难以保证铁芯槽切面的光洁度。
【发明内容】
[0005]为了解决现在技术中存在的问题，本发明提供了一种轴向磁通电机铁芯及其制备方法。该方法利用激光来切割非晶纳米晶金属软磁带材或者超薄硅钢带。当激光入射到材料表面时，会瞬间在一个很小的区域内形成熔池，利用辅助气体移除熔池即可实现切割。与传统的电机铁芯中机械切割方式相比，本发明采用的激光加工方法不会产生掉片，破损等缺陷，也不会在铁芯中产生应力，而且操作简单，生产速度快，加工形状灵活，无需磨具，特别适合于大规模生产。
[0006]本发明的目的是提供一种电机铁芯的制备方法。其步骤为:
I)软磁金属带材卷置于被动旋转辊上，通过定位辊将带材引导至激光加工平台，依次进行横向激光开槽和纵向激光切割从而形成相对于带材长度方向对称或者非对称的开槽阵列，每个开槽形状相同；将切割后的带材通过定位辊引导在高精度数控分度头控制的旋转棍上进行卷绕。
[0007]2)退火
将卷绕好的软磁金属带材进行气氛退火，退火温度为250?480°C，退火时间为0.5?2h;
3)固化喷漆
将退火后的铁芯置入粘接剂溶液中保持0.2?5h，使得粘接剂渗入单层叠片之中，然后进行固化，固化温度为80?250°C，固化时间为0.5?5h，固化后对铁芯进行喷漆，得到最终产品O
[0008]所述的软磁金属带材为硅钢带，铁基非晶带，铁钴基非晶带，铁基纳米晶带中的一种，为单层卷或者多重卷，多重卷层数低于400层。所用的激光器为二氧化碳激光器，YAG固体激光器或者光纤激光器中的一种。所述的同轴辅助气体是空气，氩气，氮气或者氧气中的一种。所述的带材开槽过程中纵向激光切割可选开启；若开启，则可以制备非对称铁芯，若关闭，则可以制备对称铁芯。所述的气氛退火为氮气，氩气，氢气或者空气退火中的一种。所述的粘接剂溶液中粘接剂为环氧树脂，酚醛树脂，聚乙烯醇，聚乙烯醇缩丁醛或者玻璃粉中的一种;溶剂为水，酒精，丙酮中的一种。
[0009]本发明与现有技术相比具有以下优点:
1)本发明制备的电机铁芯不会产生掉片，破损等机械性缺陷和内部应力，因此铁芯软磁性能较传统制备方法优异；
2)本发明的制备方法采用开槽后连续卷绕的方法，避免了机械加工难，复杂槽型加工难的问题，降低了生产成本，提高了生产效率和成品率；
3)本发明制备的铁芯损耗远低于机械加工法制备的铁芯铁芯，磁导率远高，具有低温升、高效率的优势，特别适合于应用于高转速电机、高功率密度和高转矩密度电机。
【附图说明】
[0010]图1为本发明所述的轴向磁通电机铁芯制备过程示意图；
图2为本发明所述的对称槽型铁芯示意图；
图3为本发明所述的非对称槽型铁芯示意图；
其中，附图标记如下:
1、被动辊；
2、软磁金属带材卷；
3、软磁金属带材；
4、定位轮；
5、定位轮；
6、定位轮；
7、横向激光头；
8、纵向激光头；
9、激光切割台；
10、切料回收器；
11、定位轮；
12、定位轮；
13、定位轮； 14、定位轮；
15、高精度分度头；
16、开槽带材卷；
17、对称铁芯带材开槽示意图；
18、非对称铁芯带材开槽示意图。
【具体实施方式】
[0011]本发明的电机铁芯的制备方法是将软磁金属带材通过横向和纵向激光切割，加工出对称或者非对称开口槽，并进行卷绕，固定;对带材卷进行气氛退火;将带材卷浸入粘接剂固化，喷漆。本发明的优点是本制备的电机铁芯不会产生掉片，破损等机械性缺陷和内部应力，因此铁芯软磁性能较传统制备方法优异;采用开槽后连续卷绕的方法，避免了机械加工难，复杂槽型加工难的问题，降低了生产成本，提高了生产效率和成品率;铁芯损耗远低于机械加工法制备的铁芯铁芯，磁导率远高，具有低温升、高效率的优势，特别适合于应用于高转速电机、高功率密度和高转矩密度电机。
[0012]本发明采用具体的步骤如下:
I)软磁金属带材卷置于被动旋转辊上，通过定位辊将带材引导至激光加工平台，依次进行横向激光开槽和纵向激光切割从而形成相对于带材长度方向对称或者非对称的开槽阵列，每个开槽形状相同；将切割后的带材通过定位辊引导在高精度数控分度头控制的旋转棍上进行卷绕。
[0013]2)退火
将卷绕好的软磁金属带材进行气氛退火，退火温度为250?480°C，退火时间为0.5?2h;
3)固化喷漆
将退火后的铁芯置入粘接剂溶液中保持0.2?5h，使得粘接剂渗入单层叠片之中，然后进行固化，固化温度为80?250°C，固化时间为0.5?5h，固化后对铁芯进行喷漆，得到最终产品O
[0014]
下面结合实例对本发明做进一步说明，但本发明并不仅仅局限于以下实施例。
[0015]实施例1:
FeSiB非晶带，单层，宽度213mm，厚度30um，待制作非晶合金铁芯外径为180mm，内径为100mm，高60mm，槽深40mm，齿数16。将非晶带材通过定位棍引导在激光切割台上，置于光纤激光器激光枪口，纵向激光切割开启，将激光聚焦，垂直入射到软磁金属带材叠片上，同时通以同轴空气，激光功率为100W，切割速度为120m/min，对带材卷绕后得到非对称槽型铁芯。对铁芯进行氮气气氛退火，退火温度为250 °C，退火时间为Ih。将退火后的铁芯置入粘接剂溶液中保持Ih，使得粘接剂渗入单层叠片之中，粘接剂溶液为环氧树脂的酒精溶液，然后进行固化，固化温度为120°C，固化时间为2h，固化后对铁芯进行喷漆，得到最终产品。
[00? 6]制备出的铁芯表面没有破损，掉皮等缺陷，具有良好的磁性能，磁导率尚于传统娃钢铁芯，损耗远远低于硅钢铁芯，在500Hz，0.2T工况下，损耗为0.681ff/kg，在1000Hz，0.2T工况下，损耗为2.132ff/kg，相同工况下，损耗为传统硅钢铁芯的50%。
[0017] 实施例2: FeCoSiB非晶带，10层，宽度170mm，厚度30um，待制作非晶合金铁芯外径为160mm，内径为100mm，高60mm，槽深40mm，齿数30。将非晶带材通过定位棍引导在激光切割台上，置于光纤激光器激光枪口，纵向激光切割开启，将激光聚焦，垂直入射到软磁金属带材叠片上，同时通以同轴空气，激光功率为400W，切割速度为60m/min，对带材卷绕后得到非对称槽型铁芯。对铁芯进行氮气气氛退火，退火温度为200 °C，退火时间为Ih。将退火后的铁芯置入粘接剂溶液中保持Ih，使得粘接剂渗入单层叠片之中，粘接剂溶液为环氧树脂的酒精溶液，然后进行固化，固化温度为150°C，固化时间为2h，固化后对铁芯进行喷漆，得到最终产品。
[0018]制备出的铁芯表面没有破损，掉皮等缺陷，就有良好的磁性能，磁导率高于传统硅钢铁芯，损耗远远低于硅钢铁芯，在500Hz，0.2T工况下，损耗为0.546ff/kg，在1000Hz，0.2T工况下，损耗为1.927ff/kg，相同工况下，损耗为传统硅钢铁芯的45%。
[0019]实施例3:
娃钢带，5层宽度100mm，厚度35um，待制作非晶合金铁芯外径为120mm，内径为80mm，高100mm，槽深30mm，齿数16。将带材通过定位棍引导在激光切割台上，置于二氧化碳激光器激光枪口，纵向激光切割关闭，将激光聚焦，垂直入射到软磁金属带材叠片上，同时通以同轴空气，激光功率为300W，切割速度为70m/min，对带材卷绕后得到对称槽型铁芯。对铁芯进行氮气气氛退火，退火温度为440°C，退火时间为lh。将退火后的铁芯置入粘接剂溶液中保持lh，使得粘接剂渗入单层叠片之中，粘接剂溶液为酚醛树脂的酒精溶液，然后进行固化，固化温度为180°C，固化时间为2h，固化后对铁芯进行喷漆，得到最终产品。
[0020]制备出的铁芯表面没有破损，掉皮等缺陷，就有良好的磁性能，磁导率高于传统硅钢铁芯，损耗远远低于硅钢铁芯，在500Hz，0.2T工况下，损耗为0.655ff/kg，在1000Hz，0.2T工况下，损耗为1.784W/kg，相同工况下，损耗为传统硅钢铁芯的80%。
[0021]实施例4:
FeCuNbSiB非晶带，30层，宽度170mm，厚度30um，待制作非晶合金铁芯外径为200mm，内径为120mm，高80mm，槽深40mm，齿数16。将带材通过定位棍引导在激光切割台上，置于YAG激光器激光枪口，纵向激光切割关闭，将激光聚焦，垂直入射到软磁金属带材叠片上，同时通以同轴空气，激光功率为800W，切割速度为20m/min，对带材卷绕后得到对称槽型铁芯。对铁芯进行氩气气氛退火，退火温度为200°C，退火时间为lh。将退火后的铁芯置入粘接剂溶液中保持lh，使得粘接剂渗入单层叠片之中，粘接剂溶液为玻璃粉的水溶液，然后进行固化，固化温度为150°C，固化时间为2h，固化后对铁芯进行喷漆，得到最终产品。
[0022]制备出的铁芯表面没有破损，掉皮等缺陷，就有良好的磁性能，磁导率高于传统硅钢铁芯，损耗远远低于硅钢铁芯，在500Hz，0.2T工况下，损耗为0.9142W/kg，在1000Hz，0.2T工况下，损耗为2.836ff/kg，相同工况下，损耗为传统硅钢铁芯的62%。
【主权项】
1.一种轴向磁通电机铁芯及其制备方法，其特征在于它的步骤为: 1)软磁金属带材卷置于被动旋转辊上，通过定位辊将带材引导至激光加工平台，依次进行横向激光开槽和纵向激光切割从而形成相对于带材长度方向对称或者非对称的开槽阵列，每个开槽形状相同；将切割后的带材通过定位辊引导在高精度数控分度头控制的旋转棍上进行卷绕； 2)退火 将卷绕好的软磁金属带材进行气氛退火，退火温度为250?480°C，退火时间为0.5?2h; 3)固化喷漆 将退火后的铁芯置入粘接剂溶液中保持0.2?5h，使得粘接剂渗入单层叠片之中，然后进行固化，固化温度为80?250°C，固化时间为0.5?5h，固化后对铁芯进行喷漆，得到最终产品O2.根据权利要求1所述的一种轴向磁通电机铁芯及其制备方法，其特征在于所述的软磁金属带材为硅钢带，铁基非晶带，铁钴基非晶带，铁基纳米晶带中的一种，为单层卷或者多重卷，多重卷层数低于400层。3.根据权利要求1所述的一种轴向磁通电机铁芯及其制备方法，其特征在于所用的激光器为二氧化碳激光器，YAG固体激光器或者光纤激光器中的一种;激光切割时，将软磁金属带材置于激光枪口，将激光聚焦，垂直或以一定角度入射到软磁金属带材叠片上，激光切割路径和入射角度由马达驱动，同时通以同轴辅助气体，激光功率为100?8000W，切割速度为I?120m/min，得到软磁金属带材切片;所述的同轴辅助气体是空气，氩气，氮气或者氧气中的一种。4.根据权利要求1所述的一种轴向磁通电机铁芯及其制备方法，其特征在于所述的带材开槽过程中，带材的移动和激光器的开槽动作是由高精度数控分度头控制；高精度数控分度头旋转一步，带动带材移动，同时激光器完成一次横向开槽动作，开槽形状可以为矩形，半椭圆等任意形状。5.根据权利要求1所述的一种轴向磁通电机铁芯及其制备方法，其特征在于所述的带材开槽过程中纵向激光切割可选开启；若开启，则可以制备非对称铁芯，若关闭，则可以制备对称铁芯。6.根据权利要求1所述的一种轴向磁通电机铁芯及其制备方法，其特征在于所述的气氛退火为氮气，氩气，氢气或者空气退火中的一种。7.根据权利要求1所述的一种轴向磁通电机铁芯及其制备方法，其特征在于所述的粘接剂溶液中粘接剂为环氧树脂，酚醛树脂，聚乙烯醇，聚乙烯醇缩丁醛或者玻璃粉中的一种;溶剂为水，酒精，丙酮中的一种。
【文档编号】H02K15/02GK106026555SQ201610598229
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月27日
【发明人】白国华
【申请人】白国华