混合疊壓定子鐵芯及其在再制造動力電機中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種混合疊壓定子鐵芯及其在再制造動力電機中的應(yīng)用，屬于電機再制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源危機和環(huán)境污染日益嚴重，電動汽車發(fā)展迅猛。在我國，預計到2020年，永磁同步電機的報廢量將達到20萬臺，在動力電機中鐵芯的材料重量占電機重量的50%，其成本占電機本體的20%左右。因此報廢電機硅鋼片數(shù)量巨大，如果不能合理處理，將不僅帶來環(huán)境污染問題，也會造成巨大的資源浪費。因此，對于電動汽車如何利用使用年限在5年以上的報廢電機的舊永磁同步電機的再制造將是亟待解決的問題。
[0003]電動汽車永磁同步電機對于結(jié)構(gòu)、材料和性能的要求導致了其再制造性能難以提升；永磁電機結(jié)構(gòu)簡單，定子鐵芯損耗在永磁電機損耗中占有很大比例；在材料方面，定子鐵芯材料是無取向硅鋼片，硅鋼片在磁感應(yīng)強度較高或頻率較高時，電機的損耗會嚴重增加；性能方面，永磁電機要求高轉(zhuǎn)速、高功率密度、高效率。
[0004]中國專利CN103730994A提出了一種低效三相異步電動機的再制造方法，是將原有低效三相異步電動機的異步鼠籠轉(zhuǎn)子替換為內(nèi)置式永磁轉(zhuǎn)子。這種方法不適用永磁電機，因為永磁電機定子鐵芯損耗在電機中損耗的比重較大，轉(zhuǎn)子上無銅耗，且轉(zhuǎn)子鐵芯損耗小。
[0005]中國專利CN104201833A提出了一種汽車發(fā)電機的再制造方法，其對定子總成的再制造僅僅是清洗、測試、重新繞線，無法滿足電動汽車電機性能要求，忽略了電機定子鐵芯在復雜工作環(huán)境服役后硅鋼片磁性惡化造成的磁滯損耗增加和表面絕緣層老化造成的渦流損耗增加。
[0006]鐵基非晶合金具有非常優(yōu)異的軟磁性能，其磁導率、電阻率較硅鋼片高，矯頑力、渦流效應(yīng)較硅鋼片小，400Hz，IT時鐵基非晶合金交流損耗僅是硅鋼交流損耗的六分之一，但是其飽和磁密低于硅鋼片飽和磁密，如果定子鐵芯的磁通密度設(shè)計值高于鐵基非晶合金飽和磁密，直接使用相同尺寸鐵基非晶合金定子鐵芯替換硅鋼疊片定子鐵芯會造成再制造電機轉(zhuǎn)矩收縮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種采用混合疊壓定子鐵芯的動力電機再制造方法，以期能夠使報廢電機硅鋼片在電機再制造中得到再利用，一方面避免環(huán)境污染，同時也使資源得到充分利用。
[0008]本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案:
[0009]本發(fā)明混合疊壓定子鐵芯的結(jié)構(gòu)特點是:所述混合疊壓定子鐵芯是由經(jīng)拆卸的廢舊電機的硅鋼疊片鐵芯與鐵基非晶合金鐵芯在軸向相互間隔疊壓而成。
[0010]本發(fā)明混合疊壓定子鐵芯的結(jié)構(gòu)特點也在于:由多片硅鋼片相互疊壓形成硅鋼疊片鐵芯段，由多片鐵基非晶合金片相互疊壓形成鐵基非晶合金鐵芯段；以所述硅鋼疊片鐵芯段和鐵基非晶合金鐵芯段一一間隔共同疊壓形成所述混合疊壓定子鐵芯；所述硅鋼片是指所述經(jīng)拆卸的廢舊電機的硅鋼疊片鐵芯中的硅鋼片。
[0011]本發(fā)明混合疊壓定子鐵芯的結(jié)構(gòu)特點也在于:所述混合疊壓定子鐵芯在兩端分別設(shè)置為硅鋼疊片鐵芯段。
[0012]本發(fā)明混合疊壓定子鐵芯的結(jié)構(gòu)特點也在于:在所述混合疊壓定子鐵芯中，所述鐵基非晶合金鐵芯占所述混合疊壓定子鐵芯的體積分數(shù)為30%?50%。
[0013]本發(fā)明混合置壓定子鐵芯的結(jié)構(gòu)特點也在于:所述娃鋼置片鐵芯段和鐵基非晶合金鐵芯段(均為圓環(huán)形段，所述各圓環(huán)形段的軸向長度為相等。
[0014]本發(fā)明混合疊壓定子鐵芯的結(jié)構(gòu)特點也在于:所述硅鋼疊片鐵芯段中每片硅鋼片的厚度為0.2mm,0.35mm或0.5mm ;所述鐵基非晶合金鐵芯段中每片鐵基非晶合金片的厚度為 0.027 ?0.03mm。
[0015]—種再制造動力電機的結(jié)構(gòu)特點是:在所述動力電機中采用權(quán)利要求1所述混合疊壓定子鐵芯。
[0016]本發(fā)明再制造動力電機的結(jié)構(gòu)特點也在于:在所述再制造動力電機中，電機端蓋和轉(zhuǎn)子部分保持為所述經(jīng)拆卸的廢舊電機的電機端蓋和轉(zhuǎn)子部分。
[0017]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在:
[0018]1、由于鐵基非晶合金較低的鐵芯損耗和飽和磁密，對于定子鐵芯的磁通密度設(shè)計值低于鐵基非晶合金飽和磁密的再制造電機，本發(fā)明將經(jīng)拆卸的廢舊電機的硅鋼定子鐵芯替換為混合疊壓定子鐵芯，額定轉(zhuǎn)速時定子鐵芯損耗是原來的40% -60%，隨著轉(zhuǎn)速的增加節(jié)能效果更明顯，使得再制造后電機效率提高1_2%，對于定子鐵芯的磁通密度設(shè)計值高于鐵基非晶合金飽和磁密的再制造電機，混合疊壓定子鐵芯減少了直接采用鐵基非晶合金替換造成的轉(zhuǎn)矩收縮，并提高了電機效率。
[0019]2、本發(fā)明中混合疊壓定子鐵芯在軸向最外端設(shè)置為舊硅鋼疊片段，并均勻間隔排列，有效避免了因鐵基非晶合金疊片薄、脆及硬等可能帶來的問題，能有效保護鐵基非晶合金段鐵芯，并能有效提高鐵基非晶合金的疊壓系數(shù)。
[0020]3、本發(fā)明不僅顯著改善了原有電機的能效和性能，而且還充分利用了舊電機的零部件，降低了電機制造過程中的碳排放，節(jié)約了能源和資源。
[0021]4、本發(fā)明中混合疊壓定子鐵芯不僅適用于電動汽車永磁同步電機，還適用于其他多極、高轉(zhuǎn)速電機。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明混合定子鐵芯具體實施外觀立體示意圖；
[0023]圖2為鐵基非晶合金帶材薄帶疊塊；
[0024]圖3為電機空載損耗隨轉(zhuǎn)速變化趨勢；
[0025]圖中標號:I混合疊壓定子鐵芯，11硅鋼疊片鐵芯段，12鐵基非晶合金鐵芯段，121鐵基非晶合金塊。
【具體實施方式】
[0026]參見圖1，本實施例中混合疊壓定子鐵芯I是由經(jīng)拆卸的廢舊電機的硅鋼疊片鐵芯與鐵基非晶合金鐵芯在軸向相互間隔疊壓而成。
[0027]如圖1和圖2所示，由多片硅鋼片相互疊壓形成硅鋼疊片鐵芯段11，由多片鐵基非晶合金片相互疊壓形成鐵基非晶合金塊121，鐵基非晶合金塊121線切割加工成鐵基非晶合金鐵芯段12 ;以硅鋼疊片鐵芯段11和鐵基非晶合金鐵芯段12 —一間隔共同疊壓形成混合置壓定子鐵芯I ;娃鋼片即是指經(jīng)拆卸的廢舊電機的娃鋼置片鐵芯中的娃鋼片。
[0028]具體實施中，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)置也包括:
[0029]混合疊壓定子鐵芯I在兩端分別設(shè)置為硅鋼疊片鐵芯段11，由于鐵基非晶合金疊片材料薄、硬、脆導致鐵基非晶鐵芯疊壓系數(shù)較低、容易斷裂剝落，將混合疊壓定子鐵芯兩端設(shè)置為硅鋼疊片鐵芯段，能起到保護非晶合金材料并提高非晶合金疊片鐵芯的疊壓系數(shù)的作用。
[0030]在混合疊壓定子鐵芯I中，鐵基非晶合金鐵芯占混合疊壓定子鐵芯I的體積分數(shù)為30%?50%，再制造主要目的之一是在于節(jié)約材料，為了使得舊硅鋼片大量循環(huán)再利用，鐵基非晶合金鐵芯段的體積分數(shù)上限為50% ;盡管鐵基非晶合金材料損耗僅是硅鋼材料損耗的六分之一，但是其飽和磁密偏低造成電機轉(zhuǎn)矩收縮，對于定子鐵芯的磁通密度設(shè)計值高于鐵基非晶合金飽和磁密的再制造電機，為了減少再制造電機轉(zhuǎn)矩收縮并提高電機效率，鐵基非晶合金鐵芯段的體積分數(shù)下限為30%。
[0031]硅鋼疊片鐵芯段11和鐵基非晶合金鐵芯段12均為圓環(huán)形段，各圓環(huán)形段的軸向長度為相等。由于兩種軟磁材料的磁化特性不同，導致不同材料鐵芯段及氣隙磁場分布不同，為了保證混合鐵芯電機軸向磁場的對稱性，消除不同材料造成的電機內(nèi)軸向磁場的不對稱性，設(shè)置每段定子鐵芯的軸向長度相等。
[0032]設(shè)置硅鋼疊片鐵芯段11中每片硅鋼片的厚度為0.2mm、0.35mm或為0.5mm，鐵基非晶合金鐵芯段12中每片鐵基非晶合金片的厚度為0.027?0.03mm。
[0033]在動力電機中采用混合疊壓定子鐵芯1，電機端蓋和轉(zhuǎn)子部分保持為經(jīng)拆卸的廢舊電機的電機端蓋和轉(zhuǎn)子部分。
[0034]本發(fā)明一方面充分利用了舊電機定子硅鋼片；另一方面，由于鐵基非晶合金優(yōu)異的低損耗特性，使得混合疊壓定子鐵芯損耗是原定子鐵芯損耗的40% -60%,使得再制造后電機效率提高1-2%，混合鐵芯電機空載損耗隨轉(zhuǎn)速變化如圖3所示，曲線A為舊電機空載損耗隨轉(zhuǎn)速變化趨勢；曲線B為本發(fā)明混合鐵芯再制造電機空載損耗隨轉(zhuǎn)速變化趨勢。
[0035]混合疊壓定子鐵芯的段數(shù)取決于再制造電機定子鐵芯的磁通密度設(shè)計值，以再制造電機效率提升且轉(zhuǎn)矩滿足要求為目標取得最優(yōu)段數(shù)，此外，混合用的鐵基非晶合金鐵芯也可以換成其他性能優(yōu)越的軟磁材料。
【主權(quán)項】
1.一種混合疊壓定子鐵芯，其特征是:所述混合疊壓定子鐵芯(I)是由經(jīng)拆卸的廢舊電機的娃鋼置片鐵芯與鐵基非晶合金鐵芯在軸向相互間隔置壓而成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合疊壓定子鐵芯，其特征是:由多片硅鋼片相互疊壓形成硅鋼疊片鐵芯段(11)，由多片鐵基非晶合金片相互疊壓形成鐵基非晶合金鐵芯段(12);以所述硅鋼疊片鐵芯段(11)和鐵基非晶合金鐵芯段(12) —一間隔共同疊壓形成所述混合疊壓定子鐵芯(I);所述硅鋼片是指所述經(jīng)拆卸的廢舊電機的硅鋼疊片鐵芯中的硅鋼片。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合疊壓定子鐵芯，其特征是:所述混合疊壓定子鐵芯(I)在兩端分別設(shè)置為硅鋼疊片鐵芯段(11)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合疊壓定子鐵芯，其特征是:在所述混合疊壓定子鐵芯(I)中，所述鐵基非晶合金鐵芯占所述混合疊壓定子鐵芯(I)的體積分數(shù)為30%?50%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合疊壓定子鐵芯，其特征是:所述硅鋼疊片鐵芯段(11)和鐵基非晶合金鐵芯段(12)均為圓環(huán)形段，所述各圓環(huán)形段的軸向長度為相等。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合疊壓定子鐵芯，其特征是:所述硅鋼疊片鐵芯段(11)中每片娃鋼片的厚度為0.2mm、0.35mm或0.5mm ;所述鐵基非晶合金鐵芯段(12)中每片鐵基非晶合金片的厚度為0.027?0.03mm。7.一種再制造動力電機，其特征是:在所述動力電機中采用權(quán)利要求1所述混合疊壓定子鐵芯(I)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的再制造動力電機，其特征是:在所述再制造動力電機中，電機端蓋和轉(zhuǎn)子部分保持為所述經(jīng)拆卸的廢舊電機的電機端蓋和轉(zhuǎn)子部分。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種混合疊壓定子鐵芯及其在再制造動力電機中的應(yīng)用，其特征是：混合疊壓定子鐵芯是由經(jīng)拆卸的廢舊電機的硅鋼疊片鐵芯與鐵基非晶合金鐵芯在軸向相互間隔疊壓而成；本發(fā)明還公開了在動力電機中采用混合疊壓定子鐵芯。本發(fā)明使廢舊電機的硅鋼疊片鐵芯、電機端蓋以及轉(zhuǎn)子部分都得到了有效利用，并能提高電機效率，其混合疊壓定子鐵芯不僅適用于電動汽車永磁同步電機，還適用于其他多極、高轉(zhuǎn)速電機的再制造。
【IPC分類】H02K1/12
【公開號】CN105119396
【申請?zhí)枴緾N201510601058
【發(fā)明人】宋守許, 譚浩, 王文哲, 許可
【申請人】合肥工業(yè)大學
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年9月18日