[发明专利]轴向磁场用定子铁心及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于电机的磁路零部件领域，具体地讲，本发明涉及一种轴向磁场电机用非晶、微晶或纳米晶合金定子铁心及其制造方法，这种定子铁心尤其适合应用在要求高效节能的高转速、高功率密度及高转矩密度电机。

背景技术

目前，电机的很多应用领域，例如电动汽车、航空航天、高速机床、高速压缩机等等，不仅要求电机具有高效率，还要求电机具有高功率密度、高转矩密度或者高转速等特性。传统硅钢电机的铁心损耗随着频率的升高迅速增加，很难甚至无法满足很多应用领域对电机提出的越来越苛刻的性能要求。非晶、微晶及纳米晶合金软磁材料一般都具有低损耗、高磁导率、高强度和耐腐蚀等特性，近年来用其替代硅钢应用于高频电机定子铁心的研究受到人们的高度重视。

一般，非晶、微晶及纳米晶合金带材都是具有恒定宽度的连续的薄带材料。在制作径向磁场定子铁心时，制作铁心的外径受到带材宽度的限制，而且材料的利用率也很低，一般在20％以内。然而，制作轴向磁场电机定子铁心时电机的最大功率受带材宽度的影响很小，材料的利用率也会大幅度提高，而且轴向磁场铁心还具有槽型简单且便于加工的优势。与径向磁场电机相比，轴向磁场电机具有功率密度和转矩密度高、轴向距离短而利于散热等优势，所以非晶、微晶及纳米晶合金应用于轴向磁场电机定子铁心更具优势。

1998年，美国LE公司的专利申请US005731649A尝试了使用卷绕后经树脂热固化成型的非晶块体组合成电机定子铁心。然而，由于直接使用卷绕的非晶圆柱作为定子铁心的齿部，铁心内部的涡旋电流构成环路，导致铁损较大。

2006年，美国LE公司在专利US7018498B2中公开了一种首先使用树脂热固化成型的方法制作出环形非晶合金块体，再铣削出轴向齿槽结构的制作非晶合金定子铁心的方法。由于经退火处理的非晶合金材料会变得很脆，尤其对于齿槽密集的铁心进行铣削加工容易发生齿部变形、损坏或者脱落的问题，从而会影响铁心成品率。此外，铣削加工将在铁心内部引入无法消除的加工引力，将在一定程度上导致铁心软磁性能下降。

2010年，日本株式会社日立产机系统的专利申请CN101741153A中也公开了一种轴向磁场电机用非晶合金定子铁心的制作方法。在该制作方法中，首先以树脂铸型的方式制作出环形非晶合金块，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，再使用圆盘状铁心保持部件将这些棒状非晶块组合成定子铁心。该方法制作的非晶合金定子铁心由多个小非晶块体组成，内部存在气隙，而且还需要使用铁心保持部件把分离的非晶铁心块体组合到一起，因此，工序复杂，结构稳定性也存在着隐患。

综上所述，现有轴向磁场非晶合金电机铁心的制作方法均采用树脂固化成型后再进行结构加工的方法，树脂成型会引入很强的粘结引力，导致铁心性能大幅度下降。

发明内容

为了解决现有技术中存在的以上问题，本发明提供了一种使用护盒成型制作高性能轴向磁场电机用非晶、微晶及纳米晶合金定子铁心的方法。

本发明的目的在于提供一种轴向磁场电机用非晶、微晶或纳米晶合金定子铁心及其制造方法，该方法制造的非晶、微晶或纳米晶合金定子铁心不仅软磁性能优异，而且生产工艺简单、产品成品率高。

根据本发明的上述特征、目的和优点通过提供一种轴向磁场用定子铁心的制造方法来实现，所述定子铁心为圆环体，并且在一个环形端面上具有多个轴向齿槽，其中，所述制造方法包括下述步骤：使用辊剪装置将成卷的合金宽带沿着合金宽带的长度方向辊剪成宽度与成品定子铁心的高度相同的合金带材，并将所述合金带材进行重新卷绕以形成具有预定的内径和外径的环形合金铁心；将所述环形合金铁心粘结在环形的第一护盒中；通过切割加工方式将所述环形合金铁心与所述第一护盒一起进行齿槽加工，以形成具有轴向齿槽结构的合金定子铁心；将所述合金定子铁心进行退火处理；将经退火处理的合金定子铁心装入结构与所述合金定子铁心的轴向齿槽结构对应的第二护盒中并进行粘结固定，从而得到成品定子铁心。

根据本发明，所述合金宽带为微晶合金宽带、非晶合金宽带或纳米晶合金宽带。根据本发明的一个实施例，所述合金宽带可以选自于铁基合金、铁镍基合金或钴基合金的微晶、非晶或纳米晶合金宽带。

根据本发明，所述第一护盒可以由能够承受380℃以上的退火温度的材料制成。根据本发明的一个实施例，所述第一护盒可以由硅钢、无磁不锈钢、铁、铁合金、铝、铝合金、铜、铜合金、钛或者钛合金制成。

根据本发明，可以利用第一粘结剂将所述环形合金铁心粘结在所述第一护盒中。根据本发明的一个实施例，所述第一粘结剂可以由能够承受380℃以上的退火温度的材料制成。