外轉子分割鐵心高效精密小型電機
一、前 言
由于當前全球節能呼聲高漲,對于電氣產品來講采用高效率電機來降低電能消耗是今后發展的主流方向,同時家用電器和辦公自動化電器產品均不斷要求電機小型化;因此提高效率、縮小體積是電機發展的永恒課題。
在部分永磁同步電機領域,定子鐵心的分割連接技術發展曾經為電機的小型化、高效化立下汗馬功勞。即將電機的定子鐵心分割開來,繞好線再連接成完整的定子,使線圈的槽滿率提高;這種新的分割式定子鐵心現在越來越普及。但以往這種加工方法主要用于內轉子永磁電機,這是由于內轉子電機的定子鐵心分割加工后再組裝起來配置在外側,從外部焊接加工然后再裝入圓形外殼,相對加工比較方便。而外轉子機的定子鐵心分割后,連組裝部是在鐵心的內部,所以加工、連接、保持圓度有一定難度,因此以往認為分割式鐵心不太適合外轉予電機。但外轉子電機領域也同樣希望提高速度控制性能、降低振動、噪音和磁反應力矩;所以也希望采用分割式鐵心來提高電機性能;這對如何確保組裝的定子鐵心的精度就十分重要。到目前為止外轉子永磁電機還沒有采用分割式鐵心來實現小型化和高效化。
本文就家電和辦公自動化電器產品中常用的外轉子精密小型電機(圖1)為研究對象,介紹如何用分割式鐵心連接方式來實現小型、高效化。采用了分割鐵心可以提高槽滿率和鐵心設計的自由度,為了預測****設計常數同以往的設計研究范圍是否一致,可以通過對分割鐵心電機特有的設計常數范圍進行數據設定,先計算出這種電機結構的****性能;再通過制作的實際樣機評價來證實這一計算結果的正確性。
二、外轉子電視分割鐵心技術的研究
2.1新的連接方式
分割式外轉子電機的定子鐵心是先分割開來,分別進行高密度繞線,然后再連接起來。作為一種新的連接方式,既要考慮到大批量生產時的便利性,又要確?煽啃;現在有支架熱嵌接和支架塑性變形兩種連接方式。支架熱嵌接方式原理圖如圖2(a)所示,支架塑性變形方式如圖2(b)所示。熱嵌接方式是在每一個分割的定子t型磁極的內側部設置有楔形槽,在同支架組裝連接時,先將支架加熱再趁熱嵌入定子鐵心,這樣當支架冷卻后收縮時將鐵心向圓心方向收緊。支架嵌合部的寬度方向因升溫尺寸變化相對比較小,所以鐵心嵌入部的楔形槽尺寸只要確保支架膨脹后能插入就行。另外還有一種是塑性變形方式,鐵心插入支架后,在支架的嵌合部打入鋼性銷釘,使支架產生塑性變形擴張將組裝間隙充滿。由于產生彈性限度以上應力的塑料變形、所以在材料內部產生殘留應力。正是利用這種殘留應力將鐵心從外徑側拉向內徑側,達到收緊鐵心的目的。
為了確認鐵心連接的可行性,對熱嵌接方式進行了fem(仿真模擬試驗)的連接應力解析。解析軟件用的是市場有僖的abaqus,采用接觸元進行二維應力解析。材料的常數:鐵心是鐵,支架是鋁,分別采用一般的縱向彈性率和泊松比。圖3是定子鐵心和支架熱嵌接后的應力解析結果。熱應力的負荷是在鐵心同支架的溫差在150℃條件下測定的。從圖可以看出在支架嵌合部橫向困溫度變化尺寸產生的變化量少,可以滿足膨脹后鐵心也能插入的尺寸關系。當冷卻到常溫后徑向收縮大,使t形槽鐵心的接觸部產生向內徑側的收縮應力,這樣就將鐵心全部向圓心收緊。這種形式分割鐵心的連接應力在30mpa左右。
2.2分割定子鐵心樣機測試結果
通過實際制作的樣機的測試對fem預測的熱嵌式連接鐵心數據驗證。圖4是試制的定子鐵心的外蕊和分割部的詳細圖。連接后的鐵心連接應力用非接觸式殘留應力測定機(利用x射線分析)測定,結果產生的殘留應力l0-30mpa左右,同fev預計的應力值基本一致,并且確認連接方向應力起作用。再對連接后的鐵心周向磁阻進行測定,同不分割的鐵心相比較,采用磁性評價可以確認分割部的間隙量,分割鐵心每一個分割部的間隙0.0lmm,這和前面測定的結果基本一致。相對于永磁電機磁鋼的厚度十間隙幅度(本電機是8mm左右)分割部的這點間隙是很小的,所以對電機的影響很小。另外對定子鐵心的外徑圓度測定結果****為0. 03mm,滿足了電機的圓度指標,所以這種鐵心連接方式是實用 |