一种电机铁芯的制备方法

文档序号:10666207阅读:536来源:国知局
一种电机铁芯的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种电机铁芯的制备方法.其主要步骤为:1)将软磁金属带材叠片,固定;2)利用激光对叠片进行切割,得到带材切片;3)将带材切片堆叠到一定厚度,进行气氛退火;4)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,在高速电机制造领域中有广阔的应用前景。
【专利说明】
_种电机铁芯的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电机铁芯的制备方法,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。
【背景技术】
[0002] 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。而随着近年来电动汽车,磁记 录等技术的发展,越来越需要电机工作在几百赫兹的频率高频率下。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。
[0003] 非晶软磁带材是利用熔体快淬法一次成型的厚度为20~30um的新型软磁金属材 料。晶体结构上表现为非晶形态,具有高电阻率,高饱和磁通密度。将非晶软磁材料在一定 温度下退火,可以得到纳米晶软磁材料,进一步改善其饱和磁通密度。由于非晶纳米晶软磁 材料特殊的晶体结构特性,使得其具有高的硬度和韧性,利用传统的冲床加工方法加工非 晶纳米晶软磁材料时,容易出现掉边,边缘毛刺不平整,边缘开裂等加工缺陷,并且由于其 具有高的强度,对磨具会产生极大的损耗。
[0004] 专利200810007282.2中公布了一种电机非晶合金铁芯的制备方法,是将合金带材 切割,叠层,粘接固化后,采用复杂的线切割方法最终制得铁芯。专利201511019957.1中公 布了一种轴向磁场电机用非晶、纳米晶定子铁芯的制造方法,是将非晶纳米晶带材卷绕,粘 接,固化后,采用钻孔刀或者切割刀对铁芯进行开槽。专利201510964663.X公布了一种高速 砂轮加工凹槽的方法。专利201110336946.1公布了一种对非晶纳米晶卷材连续冲床加工制 备铁芯的方法。专利201110332934.1公布了一种基于连续冲片加工的护盒式非晶、微晶或 纳米晶合金定子铁芯及其制备方法。综上所述可以发现,目前利用非晶纳米晶软磁材料制 备电机铁芯的方法都是基于冲床加工,线切割,钻孔,砂轮加工等机械加工方法,导致的后 果是会产生边缘掉片,破损,加工速度慢,引入应力等不利因素,直接影响了非晶纳米晶电 机铁芯的大规模高效生产。

【发明内容】

[0005] 为了解决现在技术中存在的问题,本发明提供了一种电机铁芯的制备方法。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片。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: 1) 软磁金属带材叠片,固定 将软磁金属带材横向剪切成一定长度的片段,在夹具中进行叠片,叠片厚度为0.03~ 30mm,用夹具夹紧,得到软磁金属带材叠片; 2) 激光切割 将软磁金属带材叠片置于激光枪口,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 200~8000W,切割速度为1~120m/min,得到软磁金属带材切片; 3) 退火 利用专用模具,将软磁金属带材切片堆叠到铁芯设计高度,夹紧,进行气氛退火。退火 温度为250~480 °C,退火时间为0.5~2h; 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。 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。 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) 本发明的制备方法生产速度极快,最快一分钟即可加工好一个电机铁芯所需叠片, 且切削量少,几乎不会存在废品,不会受到铁芯形状复杂度的影响,特别适合于大规模生 产。
【附图说明】
[0007] 图1为本发明所述的对软磁金属带材进行叠片,制备带材切片的夹具示意图; 图2为本发明所述的制备出的软磁金属带材切片; 图3为本发明所述的将软磁金属带材切片组装为电机铁芯的夹具示意图; 图4为本发明所制备的电机铁芯的示意图。
[0008] 其中,附图标记如下: 1、 软磁金属带材叠片上夹具; 2、 软磁金属带材叠片; 3、 软磁金属带材叠片下夹具; 4、 铁芯夹具底座; 5、 铁芯夹具压紧片; 6、 铁芯夹具紧固件; 7、 铁芯夹具螺杆。
【具体实施方式】
[0009] 本发明的电机铁芯的制备方法是将软磁金属带材叠片,固定后利用激光对叠片进 行切割,将带材切片堆叠到一定厚度,进行气氛退火,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,在高速电机制 造领域中有广阔的应用前景。
[0010]本发明采用具体的步骤如下: 1) 软磁金属带材叠片,固定 将硅钢带,铁基非晶带,铁钴基非晶带,铁基纳米晶带中的一种横向剪切成一定长度的 片段,在夹具中进行叠片,叠片厚度为0.03~30mm,用夹具夹紧,得到带材叠片; 2) 激光切割 将带材叠片置于激光枪口,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,激光由二氧化碳激光器,YAG固体激光器或者光纤激光器中的一种产生。激光切割路径 和入射角度由马达驱动,同时通以同轴空气,氩气,氮气或者氧气中的一种,激光功率为200 ~8000W,切割速度为1~120m/min,得到软磁金属带材切片; 3) 退火 利用专用模具,将软磁金属带材切片堆叠到铁芯设计高度,夹紧,进行气氛退火,气氛 为氮气,氩气,氢气或者空气中的一种。退火温度为250~480°C,退火时间为0.5~2h; 4) 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。
[0011] 下面结合附图和具体实例对本发明做进一步说明,但本发明并不仅仅局限于本文附图 和以下实施例。
[0012] 实施例1: FeSiB非晶带,宽度213mm,厚度30um,剪切成2m长片段,在夹具中进行叠片,叠片厚度为 5mm,用如附图1所示叠片夹具夹紧,得到带材叠片。将带材叠片置于光纤激光器激光枪口, 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30m/min,得到如附图2所示软磁金属带材切片。利用如附图3所示模具,将软磁金属 带材切片堆叠到铁芯设计高度,夹紧,进行氮气气氛退火,退火温度为250°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,得到最终广品。
[0013] 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0.794W/kg,在1000Hz,0.2T工况 下,损耗为2.336W/kg,相同工况下,损耗为传统硅钢铁芯的50%。
[0014] 实施例2: FeSiB非晶带,宽度170,厚度30um,剪切成2m长片段,在夹具中进行叠片,叠片厚度为 3_,用如附图1所示叠片夹具夹紧,得到带材叠片。将带材叠片置于YAG激光器激光枪口,将 激光聚焦,垂直入射到软磁金属带材叠片上,同时通以同轴氧气,激光功率为500W,切割速 度为20m/min,得到如附图2所示软磁金属带材切片。利用如附图3所示模具,将软磁金属带 材切片堆叠到铁芯设计高度,夹紧,进行氩气气氛退火,退火温度为300°C,退火时间为 1.5h。将退火后的铁芯置入粘接剂溶液中保持1.5h,使得粘接剂渗入单层叠片之中,粘接剂 溶液为环氧树脂的丙酮溶液,然后进行固化,固化温度为150°C,固化时间为2h,固化后对铁 芯进彳丁喷漆,得到最终广品。
[0015] 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0.523W/kg,在1000Hz,0.2T工况 下,损耗为1.817W、kg,相同工况下,损耗为传统硅钢铁芯的45%。
[0016] 实施例3: 硅钢带,宽度150mm,厚度35um,剪切成2m长片段,在夹具中进行叠片,叠片厚度为5mm, 用如附图1所示叠片夹具夹紧,得到带材叠片。将带材叠片置于光纤激光器激光枪口,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1000W,切割速 度为50m/min,得到如附图2所示软磁金属带材切片。利用如附图3所示模具,将软磁金属带 材切片堆叠到铁芯设计高度,夹紧,进行氢气气氛退火,退火温度为450°C,退火时间为 1.5h。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,得到最终广品。
[0017] 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0.672W/kg,在1000Hz,0.2T工况 下,损耗为1.684W、kg,相同工况下,损耗为传统硅钢铁芯的80%。
[0018] 实施例4: FeCuNbSiB非晶带,宽度140mm,厚度30um,剪切成2m长片段,在夹具中进行叠片,叠片厚 度为20mm,用如附图1所示叠片夹具夹紧,得到带材叠片。将带材叠片置于光纤激光器激光 枪口,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 4000W,切割速度为3m/min,得到如附图2所示软磁金属带材切片。利用如附图3所示模具, 将软磁金属带材切片堆叠到铁芯设计高度,夹紧,进行氮气气氛退火,退火温度为250°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250°C,固化时间为2h,固化后对铁 芯进彳丁喷漆,得到最终广品。
[0019] 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0.812W/kg,在1000Hz,0.2T工况 下,损耗为2.556W/kg,相同工况下,损耗为传统硅钢铁芯的62%。
【主权项】
1. 一种电机铁芯的制备方法,其特征在于它的步骤为: 1) 软磁金属带材叠片,固定 将软磁金属带材横向剪切成一定长度的片段,在夹具中进行叠片,叠片厚度为0.03~ 30mm,用夹具夹紧,得到软磁金属带材叠片; 2) 激光切割 将软磁金属带材叠片置于激光枪口,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 200~8000W,切割速度为1~120m/min,得到软磁金属带材切片; 3) 退火 利用专用模具,将软磁金属带材切片堆叠到铁芯设计高度,夹紧,进行气氛退火,退火 温度为250~480 °C,退火时间为0.5~2h; 4) 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。2. 根据权利要求1所述的一种电机铁芯的制备方法,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。3. 根据权利要求1所述的一种电机铁芯的制备方法,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。4. 根据权利要求1所述的一种电机铁芯的制备方法,其特征在于所述的同轴辅助气体 是空气,氩气,氮气或者氧气中的一种。5. 根据权利要求1所述的一种电机铁芯的制备方法,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。6. 根据权利要求1所述的一种电机铁芯的制备方法,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】H02K15/12GK106033919SQ201610588530
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年7月25日
【发明人】白国华
【申请人】白国华
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