CN105119396A - 混合叠压定子铁芯及其在再制造动力电机中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合叠压定子铁芯及其在再制造动力电机中的应用，其特征是：混合叠压定子铁芯是由经拆卸的废旧电机的硅钢叠片铁芯与铁基非晶合金铁芯在轴向相互间隔叠压而成；本发明还公开了在动力电机中采用混合叠压定子铁芯。本发明使废旧电机的硅钢叠片铁芯、电机端盖以及转子部分都得到了有效利用，并能提高电机效率，其混合叠压定子铁芯不仅适用于电动汽车永磁同步电机，还适用于其他多极、高转速电机的再制造。

Description

混合叠压定子铁芯及其在再制造动力电机中的应用

技术领域

本发明涉及一种混合叠压定子铁芯及其在再制造动力电机中的应用，属于电机再制造领域。

背景技术

随着能源危机和环境污染日益严重，电动汽车发展迅猛。在我国，预计到2020年，永磁同步电机的报废量将达到20万台，在动力电机中铁芯的材料重量占电机重量的50％，其成本占电机本体的20％左右。因此报废电机硅钢片数量巨大，如果不能合理处理，将不仅带来环境污染问题，也会造成巨大的资源浪费。因此，对于电动汽车如何利用使用年限在5年以上的报废电机的旧永磁同步电机的再制造将是亟待解决的问题。

电动汽车永磁同步电机对于结构、材料和性能的要求导致了其再制造性能难以提升；永磁电机结构简单，定子铁芯损耗在永磁电机损耗中占有很大比例；在材料方面，定子铁芯材料是无取向硅钢片，硅钢片在磁感应强度较高或频率较高时，电机的损耗会严重增加；性能方面，永磁电机要求高转速、高功率密度、高效率。

中国专利CN103730994A提出了一种低效三相异步电动机的再制造方法，是将原有低效三相异步电动机的异步鼠笼转子替换为内置式永磁转子。这种方法不适用永磁电机，因为永磁电机定子铁芯损耗在电机中损耗的比重较大，转子上无铜耗，且转子铁芯损耗小。

中国专利CN104201833A提出了一种汽车发电机的再制造方法，其对定子总成的再制造仅仅是清洗、测试、重新绕线，无法满足电动汽车电机性能要求，忽略了电机定子铁芯在复杂工作环境服役后硅钢片磁性恶化造成的磁滞损耗增加和表面绝缘层老化造成的涡流损耗增加。

铁基非晶合金具有非常优异的软磁性能，其磁导率、电阻率较硅钢片高，矫顽力、涡流效应较硅钢片小，400Hz，1T时铁基非晶合金交流损耗仅是硅钢交流损耗的六分之一，但是其饱和磁密低于硅钢片饱和磁密，如果定子铁芯的磁通密度设计值高于铁基非晶合金饱和磁密，直接使用相同尺寸铁基非晶合金定子铁芯替换硅钢叠片定子铁芯会造成再制造电机转矩收缩。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种采用混合叠压定子铁芯的动力电机再制造方法，以期能够使报废电机硅钢片在电机再制造中得到再利用，一方面避免环境污染，同时也使资源得到充分利用。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明混合叠压定子铁芯的结构特点是：所述混合叠压定子铁芯是由经拆卸的废旧电机的硅钢叠片铁芯与铁基非晶合金铁芯在轴向相互间隔叠压而成。

本发明混合叠压定子铁芯的结构特点也在于：由多片硅钢片相互叠压形成硅钢叠片铁芯段，由多片铁基非晶合金片相互叠压形成铁基非晶合金铁芯段；以所述硅钢叠片铁芯段和铁基非晶合金铁芯段一一间隔共同叠压形成所述混合叠压定子铁芯；所述硅钢片是指所述经拆卸的废旧电机的硅钢叠片铁芯中的硅钢片。

本发明混合叠压定子铁芯的结构特点也在于：所述混合叠压定子铁芯在两端分别设置为硅钢叠片铁芯段。

本发明混合叠压定子铁芯的结构特点也在于：在所述混合叠压定子铁芯中，所述铁基非晶合金铁芯占所述混合叠压定子铁芯的体积分数为30％～50％。

本发明混合叠压定子铁芯的结构特点也在于：所述硅钢叠片铁芯段和铁基非晶合金铁芯段(均为圆环形段，所述各圆环形段的轴向长度为相等。

本发明混合叠压定子铁芯的结构特点也在于：所述硅钢叠片铁芯段中每片硅钢片的厚度为0.2mm、0.35mm或0.5mm；所述铁基非晶合金铁芯段中每片铁基非晶合金片的厚度为0.027～0.03mm。

一种再制造动力电机的结构特点是：在所述动力电机中采用权利要求1所述混合叠压定子铁芯。

本发明再制造动力电机的结构特点也在于：在所述再制造动力电机中，电机端盖和转子部分保持为所述经拆卸的废旧电机的电机端盖和转子部分。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、由于铁基非晶合金较低的铁芯损耗和饱和磁密，对于定子铁芯的磁通密度设计值低于铁基非晶合金饱和磁密的再制造电机，本发明将经拆卸的废旧电机的硅钢定子铁芯替换为混合叠压定子铁芯，额定转速时定子铁芯损耗是原来的40％-60％，随着转速的增加节能效果更明显，使得再制造后电机效率提高1-2％，对于定子铁芯的磁通密度设计值高于铁基非晶合金饱和磁密的再制造电机，混合叠压定子铁芯减少了直接采用铁基非晶合金替换造成的转矩收缩，并提高了电机效率。

2、本发明中混合叠压定子铁芯在轴向最外端设置为旧硅钢叠片段，并均匀间隔排列，有效避免了因铁基非晶合金叠片薄、脆及硬等可能带来的问题，能有效保护铁基非晶合金段铁芯，并能有效提高铁基非晶合金的叠压系数。

3、本发明不仅显著改善了原有电机的能效和性能，而且还充分利用了旧电机的零部件，降低了电机制造过程中的碳排放，节约了能源和资源。

4、本发明中混合叠压定子铁芯不仅适用于电动汽车永磁同步电机，还适用于其他多极、高转速电机。

附图说明

图1为本发明混合定子铁芯具体实施外观立体示意图；

图2为铁基非晶合金带材薄带叠块；

图3为电机空载损耗随转速变化趋势；

图中标号：1混合叠压定子铁芯，11硅钢叠片铁芯段，12铁基非晶合金铁芯段，121铁基非晶合金块。

具体实施方式

参见图1，本实施例中混合叠压定子铁芯1是由经拆卸的废旧电机的硅钢叠片铁芯与铁基非晶合金铁芯在轴向相互间隔叠压而成。

如图1和图2所示，由多片硅钢片相互叠压形成硅钢叠片铁芯段11，由多片铁基非晶合金片相互叠压形成铁基非晶合金块121，铁基非晶合金块121线切割加工成铁基非晶合金铁芯段12；以硅钢叠片铁芯段11和铁基非晶合金铁芯段12一一间隔共同叠压形成混合叠压定子铁芯1；硅钢片即是指经拆卸的废旧电机的硅钢叠片铁芯中的硅钢片。

具体实施中，相应的结构设置也包括：

混合叠压定子铁芯1在两端分别设置为硅钢叠片铁芯段11，由于铁基非晶合金叠片材料薄、硬、脆导致铁基非晶铁芯叠压系数较低、容易断裂剥落，将混合叠压定子铁芯两端设置为硅钢叠片铁芯段，能起到保护非晶合金材料并提高非晶合金叠片铁芯的叠压系数的作用。

在混合叠压定子铁芯1中，铁基非晶合金铁芯占混合叠压定子铁芯1的体积分数为30％～50％，再制造主要目的之一是在于节约材料，为了使得旧硅钢片大量循环再利用，铁基非晶合金铁芯段的体积分数上限为50％；尽管铁基非晶合金材料损耗仅是硅钢材料损耗的六分之一，但是其饱和磁密偏低造成电机转矩收缩，对于定子铁芯的磁通密度设计值高于铁基非晶合金饱和磁密的再制造电机，为了减少再制造电机转矩收缩并提高电机效率，铁基非晶合金铁芯段的体积分数下限为30％。

硅钢叠片铁芯段11和铁基非晶合金铁芯段12均为圆环形段，各圆环形段的轴向长度为相等。由于两种软磁材料的磁化特性不同，导致不同材料铁芯段及气隙磁场分布不同，为了保证混合铁芯电机轴向磁场的对称性，消除不同材料造成的电机内轴向磁场的不对称性，设置每段定子铁芯的轴向长度相等。

设置硅钢叠片铁芯段11中每片硅钢片的厚度为0.2mm、0.35mm或为0.5mm，铁基非晶合金铁芯段12中每片铁基非晶合金片的厚度为0.027～0.03mm。

在动力电机中采用混合叠压定子铁芯1，电机端盖和转子部分保持为经拆卸的废旧电机的电机端盖和转子部分。

本发明一方面充分利用了旧电机定子硅钢片；另一方面，由于铁基非晶合金优异的低损耗特性，使得混合叠压定子铁芯损耗是原定子铁芯损耗的40％-60％，使得再制造后电机效率提高1-2％，混合铁芯电机空载损耗随转速变化如图3所示，曲线A为旧电机空载损耗随转速变化趋势；曲线B为本发明混合铁芯再制造电机空载损耗随转速变化趋势。

混合叠压定子铁芯的段数取决于再制造电机定子铁芯的磁通密度设计值，以再制造电机效率提升且转矩满足要求为目标取得最优段数，此外，混合用的铁基非晶合金铁芯也可以换成其他性能优越的软磁材料。

Claims (8)

1.一种混合叠压定子铁芯，其特征是：所述混合叠压定子铁芯(1)是由经拆卸的废旧电机的硅钢叠片铁芯与铁基非晶合金铁芯在轴向相互间隔叠压而成。

2.根据权利要求1所述的混合叠压定子铁芯，其特征是：由多片硅钢片相互叠压形成硅钢叠片铁芯段(11)，由多片铁基非晶合金片相互叠压形成铁基非晶合金铁芯段(12)；以所述硅钢叠片铁芯段(11)和铁基非晶合金铁芯段(12)一一间隔共同叠压形成所述混合叠压定子铁芯(1)；所述硅钢片是指所述经拆卸的废旧电机的硅钢叠片铁芯中的硅钢片。

3.根据权利要求2所述的混合叠压定子铁芯，其特征是：所述混合叠压定子铁芯(1)在两端分别设置为硅钢叠片铁芯段(11)。

4.根据权利要求1所述的混合叠压定子铁芯，其特征是：在所述混合叠压定子铁芯(1)中，所述铁基非晶合金铁芯占所述混合叠压定子铁芯(1)的体积分数为30％～50％。

5.根据权利要求1所述的混合叠压定子铁芯，其特征是：所述硅钢叠片铁芯段(11)和铁基非晶合金铁芯段(12)均为圆环形段，所述各圆环形段的轴向长度为相等。

6.根据权利要求1所述的混合叠压定子铁芯，其特征是：所述硅钢叠片铁芯段(11)中每片硅钢片的厚度为0.2mm、0.35mm或0.5mm；所述铁基非晶合金铁芯段(12)中每片铁基非晶合金片的厚度为0.027～0.03mm。

7.一种再制造动力电机，其特征是：在所述动力电机中采用权利要求1所述混合叠压定子铁芯(1)。

8.根据权利要求7所述的再制造动力电机，其特征是：在所述再制造动力电机中，电机端盖和转子部分保持为所述经拆卸的废旧电机的电机端盖和转子部分。