一种同直径多层叠加的组合式电机定子及其制备方法 |
|||||||
| 申请号 | CN202410033730.5 | 申请日 | 2024-01-10 | 公开(公告)号 | CN118054586A | 公开(公告)日 | 2024-05-17 |
| 申请人 | 沙洲职业工学院; | 发明人 | 钟怀玉; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种同直径多层 叠加 的组合式 电机 定子 及其制备方法，包括：高强度定子以及高饱和磁感应强度定子，高饱和磁感应强度的多个相同直径的定子分别嵌入高强度的定子中通过层状叠加排列的方式组合而成。通过上述方式，本发明一种同直径多层叠加的组合式电机定子及其制备方法，可以制备具有低 铁 损、高饱和磁感应强度、高 加速 梯度、低热应 力 、长寿命的电机用定子，提高了电机的效率和使用寿命，能够在高速电机领域可得到广泛应用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种同直径多层叠加的组合式电机定子的制备方法，其特征在于，组合式电机定子包括高强度定子以及高饱和磁感应强度定子，若干个相同直径的高强度定子和高饱和磁感应强度定子轴向连接以形成电机定子； |
||||||
| 说明书全文 | 一种同直径多层叠加的组合式电机定子及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及电机定子制备技术领域，特别是涉及一种同直径多层叠加的组合式电机定子及其制备方法。 背景技术[0002] 高硅钢一般是指含4.5％～6.7％Si的合金，随着硅含量的提高，高硅钢的电阻率上升、涡流损耗下降，当Si含量达到6.5wt％时，高硅钢的磁性能最佳，主要体现为高电阻率、高磁导率、低的磁晶各向异性和接近零的磁致伸缩系数。尤其在高频下，高硅钢铁芯损耗和噪音污染大幅降低，优势十分突出，因此，高硅钢是适用于制作高频高速电机、高频和音频变压器、扼流线圈和高频磁屏蔽器的软磁材料。 [0003] 但是，高硅钢因固溶强化而导致的加工性下降也十分显著，室温下有序相的存在进一步加剧了其冷加工的脆性，而有序相会导致变形时位错移动困难，所以很难采用普通硅钢的生产方法制造高硅钢。 [0004] 现有技术中，在实验室采用小型真空冶炼炉及模铸方法进行高硅钢的冶炼及铸造时，形成的铸锭最大宽度不超过150mm。高硅钢导热性能较差，宽度越大，铸坯表面温差越难控制，越容易形成边裂、角裂及内部裂纹，因此应用于电机定子和转子时，会直接影响电机的使用寿命和功率，需要进行改进。 发明内容[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是： [0006] 提供一种同直径多层叠加的组合式电机定子及其制备方法，包括组合式电机定子，组合式电机定子包括高强度定子以及高饱和磁感应强度定子，若干个相同直径的高强度定子和高饱和磁感应强度定子轴向连接以形成电机定子； [0007] 组合式电机定子的制备方法的步骤包括： [0008] (1)真空冶炼：将高强度定子的原材料和高饱和磁感应强度定子的原材料分别放置在对应的真空感应炉中进行冶炼，以得到高强度定子铸锭和高饱和磁感应强度定子铸锭，其中，真空感应炉的温度均为800℃～1600℃； [0009] 高强度定子原材料中的成分及其质量百分比包括：Si：0.05％～6.8％、Mn：5.80～8.50％、Cu：0.5～1％、B：0.001～0.003％、Nb：0.05～0.07％、余量为Fe和不可避免的杂质； [0010] 高饱和磁感应强度定子原材料中的成分及其质量百分比包括：Si：1.50～8.3％、C：0.10～0.22％、、Co：0.05～7.6％、RE：0.005％～0.5％、Cr：0.05～0.30％、余量为Fe和不可避免的杂质； [0011] (2)锻造：将高强度定子铸锭和高饱和磁感应强度定子铸锭分别加热到600～1200℃，保温时间为30min，以锻成高强度定子钢坯和高饱和磁感应强度定子钢坯； [0012] (3)热处理：将高强度定子钢坯和高饱和磁感应强度定子钢坯置于气氛炉内，并向气氛炉中通入混合气体，以进行退火处理，退火温度为850℃～1000℃之间，升温速度为10℃/min，退火时间为6～12h，随后进行淬火； [0013] (4)机加工处理：首先采用除锈剂对热处理后的定子钢坯的表面进行除锈处理；然后采用清洗剂对定子钢坯进行超声清洗，以确保定子绝缘良好并防止缝隙腐蚀；采用光纤激光切割机分别对内外圈定子钢坯进行切割，以形成最终的高强度定子和高饱和磁感应强度定子； [0014] (5)定子组装：将切割好的多个相同直径的高饱和磁感应强度定子分别嵌入高强度定子中，以通过层状叠加排列的方式组合形成电机定子。 [0015] 在本发明一个较佳实施例中，高强度定子和/或高饱和磁感应强度定子的轴向端面上设置有突出连接部，高饱和磁感应强度定子和/或高强度定子上设置有连接凹槽，且所述连接凹槽与所述突出连接部相连接，以实现高强度定子和高饱和磁感应强度定子的组合。其中，高强度定子和高饱和磁感应强度定子中部的轴孔相连通，高强度定子和高饱和磁感应强度定子的排列顺序和数量没有限定，可以根据具体的使用需求进行调节连接。 [0016] 在本发明一个较佳实施例中，位于组合后的电机定子的最外侧的高强度定子和/或高饱和磁感应强度定子的轴向端面上不设置突出连接部和连接凹槽。 [0017] 在本发明一个较佳实施例中，突出连接部与高强度定子和/或高饱和磁感应强度定子为一体式结构。 [0018] 在本发明一个较佳实施例中，步骤(1)中，所述RE成分包括镧、铈、钕、钇的一种或多种。 [0019] 在本发明一个较佳实施例中，步骤(3)中，所述混合气体为氢气与氮气混合气体，氢气和氮气的体积百分比分别为70％～90％和10％～30％。 [0021] 电机定子性能的评价指标：高饱和磁感应强度定子的饱和磁感应强度为1.8～2.2(T)、抗拉强度>700MPa；高强度定子的饱和磁感应强度>1.4(T)、抗拉强度900～1600MPa。 [0023] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中： [0024] 图1是本发明的一种同直径多层叠加的组合式电机定子及其制备方法一较佳实施例的结构示意图。 具体实施方式[0025] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。 [0026] 请参阅图1，本发明实施例包括： [0027] 具体实施例一 [0028] 一种同直径多层叠加的组合式电机定子的制备方法，其步骤包括： [0029] a、真空冶炼：高强度定子原材料按质量百分比包括Si：6.8％、Mn：8.50％、Cu：1％、B：0.003％、Nb：0.07％、余量为Fe和不可避免的杂质；高饱和磁感应强度定子原材料按质量百分比包括Si：6.5％、C：22％、、Co：7.6％、RE：0.5％、Cr：0.30％、余量为Fe和不可避免的杂质。 [0030] 将高强度定子的原材料和高饱和磁感应强度定子的原材料分别放置在1600℃下用真空感应炉进行冶炼，以得到高强度定子铸锭和高饱和磁感应强度定子铸锭。 [0031] b、锻造：将步骤a熔炼好的高强度定子铸锭和高饱和磁感应强度定子铸锭加热至温度为1200℃,保温时间为30min，锻成一定尺寸的高强度定子钢坯和高饱和磁感应强度定子钢坯。 [0032] c、热处理：将步骤b预处理后的高强度定子钢坯和高饱和磁感应强度定子钢坯置于气氛炉内进行退火处理，退火温度1000℃之间，升温速度为10℃/min，通入氢气75％与氮气25％的混合气体，退火时间为8h，随后进行淬火。 [0033] d、机加工处理：首先用除锈剂对处理后的定子钢坯的表面进行除锈处理，然后采用丙酮和乙醇，对定子钢坯进行超声清洗，以确保绝缘良好并防止缝隙腐蚀，之后采用光纤激光切割机将钢坯分别切割成规定尺寸的定子，切割定位精度为±0.1mm，以形成最终的高强度定子和高饱和磁感应强度定子。 [0034] e、定子组装：将切割好的多个相同直径的高饱和磁感应强度定子1和高强度定子2呈上下位置进行排列连接，以通过层状叠加排列的方式组合形成电机定子。 [0035] 所制备的高饱和磁感应强度定子的饱和磁感应强度为2.0T、抗拉强度850MPa；高强度定子的饱和磁感应强度1.7T、抗拉强度1000Mpa，组合后的定子在专门的电动机试验台上进行负载试验，电机输出功率为49991W、效率为85.35％。 [0036] 具体实施例二 [0037] 一种同直径多层叠加的组合式电机定子的制备方法，其步骤包括： [0038] a、真空冶炼：高强度定子原材料按质量百分比包括Si：6.5％、Mn：7.50％、Cu：1％、B：0.002％、Nb：0.07％、余量为Fe和不可避免的杂质；高饱和磁感应强度定子原材料按质量百分比包括Si：6.5％、C：0.21％、、Co：7.6％、RE：0.4％、Cr：0.30％余量为Fe和不可避免的杂质。 [0039] 将高强度定子的原材料和高饱和磁感应强度定子的原材料分别放置在1600℃下用真空感应炉进行冶炼，以得到高强度定子铸锭和高饱和磁感应强度定子铸锭。 [0040] b、锻造：将步骤a熔炼好的铸锭加热至温度1200℃，保温时间为30min，锻成一定尺寸的高强度定子钢坯和高饱和磁感应强度定子钢坯。 [0041] c、热处理：将步骤b预处理后的钢坯置于气氛炉内进行退火处理，退火温度900℃，升温速度为10℃/min，通入氢气70％与氮气30％的混合气体，退火时间为8h，随后进行淬火。 [0042] d、首先用除锈剂对处理后的定子钢坯的表面进行除锈处理，然后采用丙酮和乙醇，对定子钢坯进行超声清洗，以确保绝缘良好并防止缝隙腐蚀，之后采用光纤激光切割机将钢坯分别切割成规定尺寸的定子，切割定位精度为±0.1mm，以形成最终的高强度定子和高饱和磁感应强度定子。 [0043] e、定子组装：将切割好的多个相同直径的高饱和磁感应强度定子和高强度定子呈上下位置进行排列连接，以通过层状叠加排列的方式组合形成电机定子。 [0044] 所制备的高饱和磁感应强度定子的饱和磁感应强度为2.2T、抗拉强度650MPa；高强度定子的饱和磁感应强度1.7T、抗拉强度970Mpa，组合后的定子在专门的电动机试验台上进行负载试验，电机输出功率为50001W、效率为80.35％。 [0045] 具体实施例三 [0046] 一种同直径多层叠加的组合式电机定子的制备方法，其步骤包括： [0047] a、真空冶炼：高强度定子原材料按质量百分比包括Si：6.5％、Mn：7.50％、Cu：1％、B：0.002％、Nb：0.07％、余量为Fe和不可避免的杂质；高饱和磁感应强度定子原材料按质量百分比包括Si：6.5％、C：0.21％、、Co：7.6％、RE：0.4％、Cr：0.30％余量为Fe和不可避免的杂质。 [0048] 将高强度定子的原材料和高饱和磁感应强度定子的原材料分别放置在1600℃下用真空感应炉进行冶炼，以得到高强度定子铸锭和高饱和磁感应强度定子铸锭。 [0049] b、锻造：将步骤a熔炼好的铸锭加热温度为1200℃，保温时间为30min，锻成一定尺寸的高强度定子钢坯和高饱和磁感应强度定子钢坯。 [0050] c、热处理：将步骤b预处理后的钢坯置于气氛炉内进行退火处理，退火温度900℃，升温速度为10℃/min，通入氢气70％与氮气30％的混合气体，退火时间为8h，随后进行淬火。 [0051] d、首先用除锈剂对处理后的定子钢坯的表面进行除锈处理，然后采用丙酮和乙醇，对定子钢坯进行超声清洗，以确保绝缘良好并防止缝隙腐蚀，之后采用光纤激光切割机将钢坯分别切割成规定尺寸的定子，切割定位精度为±0.1mm，以形成最终的高强度定子和高饱和磁感应强度定子。 [0052] e、定子组装：将切割好的多个相同直径的高饱和磁感应强度定子和高强度定子呈上下位置进行排列连接，以通过层状叠加排列的方式组合形成电机定子。 [0053] 所制备的高饱和磁感应强度定子的饱和磁感应强度为2.0T、抗拉强度590MPa；高强度定子的饱和磁感应强度1.6T、抗拉强度980Mpa，组合后的定子在专门的电动机试验台上进行负载试验，电机输出功率为50001W、效率为80.35％。 [0054] 本发明一种同直径多层叠加的组合式电机定子及其制备方法的有益效果是： [0055] 1、本发明制备的定子具有杂质较少、化学成分分布均匀、结构致密的特点，区别于传统方法制备的硅钢，拥有更好的力学性能，脆性得到改善，并且饱和磁感应强度提高，降低了铁损。 |
||||||
