永磁電機(jī)表貼式磁鋼固定工藝分析

張婷　張曉燕　張航

摘 要：本文對(duì)目前永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子表貼式磁鋼的常用的幾種固定工藝進(jìn)行介紹，并逐一分析各個(gè)固定工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，將幾種固定工藝進(jìn)行比較，為表貼式永磁電機(jī)的磁鋼固定工藝的改進(jìn)以及選擇提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：永磁電機(jī)；轉(zhuǎn)子；磁鋼；固定

中圖分類號(hào)：TM351 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2017）06-0096-02

Fixing Technology of Surface-mount Magnet for Permanent-magnet Motor

Zhang Ting Zhang Xiaoyan Zhang Hang

（Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office，SIPO，Henan，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： This paper introduced several commonly magnets fixing processes of rotor of the permanent-magnet motor， in which the magnets are disposed on the peripheral surface of rotor core， and analyzed the advantages and disadvantages of each fixing process one by one， then compared several fixing processes. It provides the theoretical basis for the improvement and selection of the magnets fixing process for the permanent-magnet motor.

Keywords： permanent-magnet motor；rotor；magnet；fixing

永磁電機(jī)具有高效節(jié)能、重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出扭矩大、運(yùn)行平穩(wěn)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在國防、航空航天、工農(nóng)業(yè)以及日常生活等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。按照永磁體安裝方式，可以將永磁電機(jī)分為表貼式和內(nèi)嵌式兩種類型。表貼式永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路的永磁體，通常采用瓦片狀磁鋼結(jié)構(gòu)，提供徑向磁通[1]。表貼式永磁電機(jī)的瓦片狀磁鋼的固定方法應(yīng)用較多的是無緯帶綁扎固定、粘結(jié)劑粘結(jié)固定、轉(zhuǎn)子磁鋼套套接固定以及槽楔卡接固定等。本文將針對(duì)幾種常見的表貼式永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁瓦的固定方法，進(jìn)行概括總結(jié)和優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析，為表貼式永磁電機(jī)的磁鋼固定工藝的改進(jìn)以及選擇提供理論基礎(chǔ)。

1 常見固定工藝介紹

1.1 螺釘固定

螺釘固定方法是直接在轉(zhuǎn)子鐵芯外圓上開設(shè)加工螺孔，在磁鋼上開設(shè)加工通孔，采用螺釘穿過磁鋼上的通孔，并鎖到轉(zhuǎn)子鐵芯上的螺孔內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)磁鋼的徑向以及周向的固定。螺釘固定方法最簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是螺孔的加工偏差以及螺釘和磁鋼上的通孔的間隙配合，會(huì)使得磁鋼在周向上的排布上存在不均勻的情況，從而使電機(jī)的振動(dòng)和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)變大。

1.2 無緯帶綁扎固定

無緯帶綁扎固定是根據(jù)無緯帶的綁扎張力，將其以一定的速度纏繞在磁鋼外表面，綁扎過程中需要邊綁扎、邊涂抹常溫的環(huán)氧樹脂，綁扎過程可以采用手工綁扎或是利用機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)綁扎，綁扎結(jié)束后需要鎖緊尾端以防止張力損失[2]。無緯帶綁扎固定方法為加工方法簡(jiǎn)單、可靠性高、磁鋼不易飛脫；缺點(diǎn)是纏繞的絲帶會(huì)出現(xiàn)由發(fā)熱造成的膨脹現(xiàn)象，容易發(fā)生掃膛現(xiàn)象，并且安裝過程復(fù)雜，批量生產(chǎn)效率低。作為變形，無緯帶可以采用不銹鋼帶或是非磁性不銹鋼絲來替代，從而提高磁鋼固定的可靠性和穩(wěn)固性，并且有利于散熱。

1.3 粘結(jié)劑粘結(jié)固定

粘結(jié)劑粘結(jié)固定是最常見的固定方法之一，對(duì)于轉(zhuǎn)子磁鋼的粘貼來說，粘結(jié)工藝的重點(diǎn)在于以下幾個(gè)方面。首先，粘結(jié)劑的選擇?？紤]到電機(jī)溫升，粘結(jié)劑的工作范圍一般在40～200℃，為確保粘結(jié)的牢固性，需要關(guān)注粘結(jié)劑在200℃時(shí)的抗剪強(qiáng)度。其次，磁鋼表面清潔度。磁鋼表面清潔度是否達(dá)標(biāo)直接影響磁鋼的粘結(jié)是否牢靠。最后，粘結(jié)劑的使用量以及烘烤、保溫時(shí)間。粘結(jié)劑粘結(jié)固定方法工藝簡(jiǎn)單、可批量自動(dòng)化加工、效率高；缺點(diǎn)是需要等待，牢固程度檢測(cè)難度大，粘結(jié)劑粘附力有限。粘結(jié)劑粘結(jié)固定通常與其他固定工藝結(jié)合使用，僅采用粘結(jié)劑粘結(jié)固定的電機(jī)轉(zhuǎn)子適用于中低速電機(jī)。

1.4 轉(zhuǎn)子磁鋼套套接固定

轉(zhuǎn)子磁鋼套套接固定，主要是利用圓筒狀的包覆體結(jié)構(gòu)連接至轉(zhuǎn)子以包覆磁鋼，通常磁鋼套采用金屬非磁性材料制成，可以最小化電機(jī)中的電損耗，并且采用導(dǎo)熱性良好的金屬材料，還能提高轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的散熱性能[3]。這種安裝方法能夠增加轉(zhuǎn)子組件的機(jī)械強(qiáng)度，允許電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)；缺點(diǎn)是由于包覆體圍繞磁鋼的整個(gè)外周面連接，因此磁鋼外徑和包覆體內(nèi)徑之間必須存在尺寸差，并且磁鋼套加工難度大、費(fèi)用高，為了安裝磁鋼套需要增大電機(jī)的氣隙長(zhǎng)度，降低永磁電機(jī)性能，導(dǎo)致電機(jī)體積浪費(fèi)。作為變形，轉(zhuǎn)子磁鋼套套接固定可以采用固定箍來替代磁鋼套，僅在轉(zhuǎn)子兩端設(shè)置兩個(gè)固定箍來實(shí)現(xiàn)固定，并且通過在磁鋼上開設(shè)凹槽來容納固定箍，來達(dá)到減小氣隙長(zhǎng)度和提高電機(jī)性能的目的。

1.5 極間壓條固定

極間壓條固定方式是在電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯的外表面開設(shè)多個(gè)槽口，并且制造多個(gè)與槽口配合的具有壓條結(jié)構(gòu)的槽楔；安裝時(shí)，先將每片磁鋼貼裝在轉(zhuǎn)子鐵芯的外周表面上，再將多個(gè)槽楔依次插入槽口中，槽楔與槽口過盈配合或通過螺釘將槽楔固定在槽口中，并使槽楔的壓條結(jié)構(gòu)壓緊磁鋼外表面。采用該方法進(jìn)行安裝時(shí)，為了配合槽楔的壓條結(jié)構(gòu)，保證壓裝效果，通常需要適當(dāng)調(diào)整磁鋼的結(jié)構(gòu)，使磁鋼能夠與槽楔的壓條緊密壓合。該安裝方法的優(yōu)點(diǎn)為安裝簡(jiǎn)單快捷、制造難度低、對(duì)電機(jī)氣隙影響小；缺點(diǎn)是存在壓條或螺釘先于磁鋼飛出的可能，在電機(jī)高度旋轉(zhuǎn)或者頻繁啟動(dòng)電機(jī)中使用受限。作為變形，極間壓條固定也可以不采用槽口與槽楔配合的方式，而僅采用壓條結(jié)構(gòu)來壓緊磁鋼，壓條設(shè)置兩個(gè)軸向端部結(jié)構(gòu)，利用螺釘固定在轉(zhuǎn)子鐵芯上。

1.6 轉(zhuǎn)子端板固定

轉(zhuǎn)子端板固定是將左右兩個(gè)端板結(jié)構(gòu)安裝在轉(zhuǎn)子軸向兩端，利用轉(zhuǎn)子端板實(shí)現(xiàn)磁鋼在軸向兩端的限位，防止磁鋼脫落。轉(zhuǎn)子端板的固定常采用螺栓固定，在轉(zhuǎn)子鐵芯以及端板上開孔，將長(zhǎng)螺栓依次穿過端板和鐵芯，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子端板在轉(zhuǎn)子鐵芯軸向兩端的固定。作為改進(jìn)，轉(zhuǎn)子端板固定可以將轉(zhuǎn)子鐵芯設(shè)計(jì)成中空的環(huán)形結(jié)構(gòu)，直接利用長(zhǎng)螺桿貫穿左右兩個(gè)端板，來實(shí)現(xiàn)固定安裝，以避免對(duì)轉(zhuǎn)子鐵芯打孔，并且將端板的與磁鋼接觸的部分設(shè)計(jì)為倒角結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高磁鋼固定效果，而磁鋼周向的固定是利用轉(zhuǎn)子鐵芯沿周向間隔設(shè)置的卡槽和位于卡槽內(nèi)的卡條實(shí)現(xiàn)。采用轉(zhuǎn)子端板固定方式的優(yōu)點(diǎn)為不需要粘結(jié)劑粘貼，能夠防止磁鋼翹起，組裝速度快，安裝可靠；缺點(diǎn)是端板加工復(fù)雜，通用性差。

2 常見固定工藝對(duì)比

從上述介紹中可以看出，以上6種不同的磁鋼固定工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)，其側(cè)重點(diǎn)以及應(yīng)用的場(chǎng)合并不相同，通過對(duì)比可以進(jìn)一步明確各種固定工藝的適用場(chǎng)合，在應(yīng)用時(shí)可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行合理選擇。具體如表1所示。

隨著永磁電機(jī)性能要求的逐漸提高，磁鋼固定工藝也必須不斷改進(jìn)和完善，在現(xiàn)有的幾種常見的固定工藝的基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)變形有針對(duì)性地改善不足，例如，采用不銹鋼帶來替代無緯帶，提高機(jī)械強(qiáng)度，改善散熱；在電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端采用固定箍來代替磁鋼套，節(jié)省材料，提高安裝便捷性。除此之外，將多種固定工藝組合在一起使用，能夠充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，取得更好的固定效果，例如，將粘結(jié)劑粘結(jié)固定工藝與磁鋼套套接固定工藝相結(jié)合，先利用粘結(jié)劑將磁鋼粘接在轉(zhuǎn)子鐵芯上，再在外側(cè)安裝磁鋼套；或者將轉(zhuǎn)子端板固定與極間壓條固定相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)軸向和周向的雙重固定。

3 結(jié)語

表貼式永磁電機(jī)的磁鋼固定工藝目前發(fā)展相對(duì)較成熟。本文對(duì)各固定工藝方法分別進(jìn)行梳理介紹，為今后改進(jìn)磁鋼固定工藝提供基礎(chǔ)，為不同應(yīng)用場(chǎng)合的電機(jī)制造工藝提供選擇。

參考文獻(xiàn)：

[1]王秀和.永磁電機(jī)[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]鄭耀斌.電機(jī)轉(zhuǎn)子用無緯帶綁扎的可靠性分析[J].大電機(jī)技術(shù)，1989（3）：20-24.

[3]劉平宙，張漢允，方丹.磁鋼固定工藝對(duì)永磁同步電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的影響[J].電機(jī)技術(shù)，2012（7）：11-20.