粘接工藝在轉子磁鋼固定中的分析與應用

田雁飛，黨銘銘，郭永艷，伍惠玲，歐 宇

(湖南有色金屬職業(yè)技術學院，湖南 株洲 412006)

0 引 言

目前永磁電機轉子內(nèi)的磁鋼大部分采用注塑、灌膠等方式進行固定，注塑、灌膠工藝主要適合磁鋼與鐵心之間間隙大的情況[1]，VPI壓力滾浸工藝適合磁鋼與鐵心之間間隙小的情況，但該工藝操作時間長，滾浸后表面難于清理且不利于電機批量生產(chǎn)[2]。通過對比之前的磁鋼固定工藝，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的磁鋼固定工藝無法滿足轉子鐵心槽與磁鋼之間的間隙比較小的情況。本文對小間隙的轉子磁鋼固定工藝進行研究，對粘接膠的性能進行分析，并對粘接工藝進行分析。

1 EP型環(huán)氧膠性能檢測驗證

1.1 膠的剪切強度檢測

本文參考標準GB/T7124進行制樣，制樣及測試過程如下[3-4]：

(1)制樣：將清洗后的測試片在恒溫環(huán)境下靜置2h，隨后涂膠裝配(試件搭接面積為25 mm×12.5 mm)，并在恒溫環(huán)境下固化24 h；

(2)熱剪切強度測試：將固化24 h的測試件分別放入到室溫、60 ℃、100 ℃、150 ℃、180 ℃靜置1 h，隨后趁熱迅速完成剪切強度測試，并繪制成剪切強度-溫度曲線。

(3)熱老化強度測試：將固化24 h的測試件放入到180 ℃的烘箱分別老化50 h、100 h、200 h、300 h，隨后取出冷卻至常溫后，測試剪切強度并繪制180 ℃下老化時間-剪切強度曲線，如圖1所示。

通過剪切強度-溫度曲線和老化時間-剪切強度曲線可以看出，EP型環(huán)氧膠具有良好的常態(tài)粘接性能以及耐高溫性能。

圖1 剪切強度-溫度曲線及180 ℃下剪切強度-老化時間曲線

1.2 容油污檢測

為了評估EP型環(huán)氧膠在有異物(油污)的情況下，剪切強度是否有變化。如轉子鐵心段所用的沖片之間大多數(shù)都包含有松香油(沖片制作設備潤滑)。

首先徹底清洗打磨出來的測試片，隨后同樣的結構膠及兩款防銹油一起放入恒溫室靜置至少2 h以上；將稱重好的膠液中分別混入1%、2%、3%、4%、5%的防銹油GY-2及KGK-031，攪拌均勻后用于試件粘接裝配，然后放置與恒溫環(huán)境下固化24 h，再進行測試常溫下的剪切強度。

在膠液中混入1%～5%的防銹油GY-2及KGK-031，剪切強度略有升高。從總體來看，混入少量防銹油對膠的剪切強度無影響其結果如圖2所示。

圖2 容油性強度測試

1.3 耐氟性能檢測

由于部分產(chǎn)品是用于制冷行業(yè)，需考慮EP型環(huán)氧膠耐氟性能，因此需要對環(huán)氧膠的耐氟性能進行分析。

(1)常溫下剪切強度測試：使用EP型環(huán)氧膠按標準GB/T7124制成粘接碳鋼剪切試片[5]，在恒溫室固化24 h，其剪切強度粘接示意圖如圖3所示。

(2)氟利昂浸泡后性能測試：測試常溫下試片，將剩余試片放置在氟利昂R134a環(huán)境中，六天后取出，恢復到室溫后再測試其剪切強度，其試片浸泡及強度測試如圖4所示。

圖4 試片浸泡及強度測試

表1 氟利昂浸泡前后強度測試

從表1的測試數(shù)據(jù)可以看出經(jīng)過六天在氟利昂氛圍中的放置，EP型環(huán)氧膠所粘接的試樣強度沒受影響，強度略有升高，可能的原因一是在粘接試樣強度誤差波動范圍，二是環(huán)氧膠粘劑隨著固化時間的延長都會有一定程度的后固化。

2 不同條件下粘接工藝可行性及可靠性驗證

為了確定不同鐵心段的磁鋼槽與磁鋼之間的間隙、鐵心段單槽內(nèi)磁鋼數(shù)、磁鋼高度等因素對磁鋼粘接工藝的影響；確定粘接固定磁鋼的轉子其動平衡穩(wěn)定性及例行試驗電機振動穩(wěn)定性。本文特選取A、B、C、D四種產(chǎn)品進行相關性的測試，產(chǎn)品具體參數(shù)如表2：

表2 測試產(chǎn)品結構參數(shù)

2.1 粘接工藝產(chǎn)品的推力測試

本文分別選取C產(chǎn)品轉子鐵心段與磁鋼(單邊間隙0.1 mm)，A產(chǎn)品轉子鐵心段與磁鋼(單邊間隙0.1 mm)、B產(chǎn)品轉子鐵心段與磁鋼(單邊間隙0.05 mm)，D產(chǎn)品轉子鐵心段與磁鋼(單邊間隙0.05 mm)，分別進行正常粘接工藝作業(yè)，然后再分析磁鋼固定后的剪切強度。圖5和圖6為C產(chǎn)品轉子鐵心段粘接固定磁鋼的過程。

圖5 粘接前鐵心段狀態(tài)

圖6 粘接過程鐵心段狀態(tài)

在測試過程中分別對D型號鐵心段、B型號鐵心段、C型號鐵心段采用EP型環(huán)氧膠進行固定磁鋼，待膠完全固化后對鐵心段內(nèi)的磁鋼進行推力試驗，如圖6所示，測試磁鋼粘接后的緊固程度，推力數(shù)據(jù)如表3所示。

圖7 磁鋼粘接后的推力測試

表3 測試推力數(shù)據(jù)

(1)從推力值來看：磁鋼膠抗破壞的最大推力力大多數(shù)處于1.7kN～3.9 kN，對應的抗破壞剪切應力1.2 MPa～2.3 MPa，按推力大小來排序,C型號鐵心段

(2)推力結果顯示，單邊間隙0.1的C型號磁鋼有一面基本上沒有粘膠，而單邊間隙0.05的B型號雙面粘膠比較理想。因此結合磁鋼插入作業(yè)順利程度及磁鋼粘接情況，對采用粘接工藝產(chǎn)品，建議磁鋼與鐵心槽之間的間隙為單邊0.05 mm。

(3)C型號產(chǎn)品所用磁鋼是本次驗證最高的磁鋼,磁鋼過高，磁鋼高度方向上膠的接觸不會完全均勻，建議磁鋼高度不超過20 mm；

2.2 粘接工藝產(chǎn)品的可靠性測試

本文選擇1臺A型號電機產(chǎn)品，轉子磁鋼全部采用所驗證的膠進行粘接，然后按照正常工藝進行轉子動平衡測試，及電機組裝后進行例行試驗測試[6]。評估采用EP型環(huán)氧膠粘接工藝后，產(chǎn)品各項性能的穩(wěn)定性及可靠性。

(1)轉子動平衡測試

分別對完成疊壓的轉子進行3次動平衡量測試(原始狀態(tài))，及校正動平衡后的轉子進行3次動平衡量測試，分別評估其穩(wěn)定性，其測量數(shù)據(jù)如表4和表5所示。

表4 轉子原始不平衡量穩(wěn)定性

表5 轉子校正后不平衡量穩(wěn)定性

分別對轉子原始動平衡量及校正后的不平衡量3次測量，轉子兩端的不平衡量均非常穩(wěn)定，方差相對很小(這個變化基本上可以認為是設備測試波動)。因此可以認為，磁鋼通過粘接工藝固化后，已經(jīng)完全固定，動平衡量很穩(wěn)定。

(2)電機組裝后例行試驗測試

用EP環(huán)氧膠粘接一臺轉子后的轉子與定子合裝后進行例行試驗測試，評估其振動值情況，其振動數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 轉子振動試驗數(shù)據(jù)

通過本文的振動數(shù)據(jù)分析：轉子組裝成電機后例行試驗，轉速5000 r/min及以下時，各方向的振動值都在1 mm/s以內(nèi)(最大0.93)，電機例行試驗穩(wěn)定，因此可以認為通過粘接工藝后，轉子磁鋼已經(jīng)完全固定，采用粘接工藝固定磁鋼的轉子運行可靠。

3 結 論

本文所提供的環(huán)氧結構膠能滿足所要求的剪切強度、容油污、耐氟等檢測，符合所需的要求。

(1)采用該型環(huán)氧結構膠粘接固定磁鋼后，轉子磁鋼固定良好，轉子動平衡穩(wěn)定，例行試驗振動穩(wěn)定，環(huán)氧結構膠性能符合要求。

(2)對采用粘接工藝，建議磁鋼高度約20 mm，磁鋼與鐵心槽之間間隙為0.05 mm；為保證磁鋼與膠水有效接觸，并兼顧作業(yè)過程順利，建議單槽磁鋼數(shù)不超過2層；單槽磁鋼數(shù)量超過2塊時，在磁鋼插入前，需重新粘接。

(3)磁鋼插入后，在膠水固化前，需將鐵心段壓緊并確保磁鋼都在鐵心槽內(nèi)。