左 林， 李 進(jìn)

（星宇電子（寧波） 有限公司， 浙江 寧波 315504）

1 前言

隨著社會(huì)對(duì)汽車節(jié)能減排要求的不斷提升， 節(jié)能減排將成為社會(huì)主流設(shè)計(jì)思想， 減輕汽車質(zhì)量成為其中一個(gè)設(shè)計(jì)方向。 汽車起動(dòng)機(jī)是汽車起動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件， 輕量化、大扭矩起動(dòng)機(jī)成為汽車起動(dòng)機(jī)研制的主要方向。 其中電樞繞組有單線制和雙線制兩種狀態(tài)， 在定子尺寸、 磁鋼性能固定不變的情況下， 雙線制結(jié)構(gòu)電樞能輸出更大的扭矩，滿足汽車發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的需求。 普通結(jié)構(gòu)的雙線制電樞鐵芯嵌入雙層導(dǎo)線后， 為了確保電樞在高轉(zhuǎn)速時(shí)導(dǎo)線不被甩出，需要使用特制工裝在鐵芯槽口邊上進(jìn)行鉚點(diǎn)處理， 工藝復(fù)雜、 生產(chǎn)效率低， 又存在品質(zhì)隱患。 本文闡述開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的一種新型電樞鐵芯， 使用該新型電樞鐵芯的汽車用永磁起動(dòng)機(jī)能提高輸出功率。

2 新型電樞鐵芯的開(kāi)發(fā)技術(shù)背景

汽車永磁起動(dòng)機(jī)具有低壓、 大電流、 電樞反應(yīng)強(qiáng)烈等特點(diǎn)。 電樞導(dǎo)線較粗， 一般分為單線制和雙線制。 電樞鐵芯片上均設(shè)置繞組槽， 其繞組槽形基本上可分為半開(kāi)口槽（圖1）、 全開(kāi)口槽 （圖2） 兩種形式。 槽口寬度尺寸大于導(dǎo)線直徑是全開(kāi)口槽型， 槽口寬度尺寸約為導(dǎo)線的1/3為半開(kāi)口槽型。 槽內(nèi)導(dǎo)線數(shù)是2根的為單層線結(jié)構(gòu)， 槽內(nèi)導(dǎo)線數(shù)是4根的為雙層線結(jié)構(gòu)。 電樞鐵芯的槽寬尺寸和槽內(nèi)導(dǎo)線的層數(shù)對(duì)起動(dòng)機(jī)性能參數(shù)有著關(guān)鍵影響。 槽口寬度尺寸過(guò)大會(huì)存在高轉(zhuǎn)速時(shí)導(dǎo)線被甩出的品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)， 槽口寬度尺寸過(guò)小會(huì)影響鐵芯沖片成型的工藝和浸絕緣漆的效果， 一般以半開(kāi)口槽為最佳。 導(dǎo)線層數(shù)越多， 參與切割磁力線的導(dǎo)線就越多， 性能就越好。 雙層線結(jié)構(gòu)的電機(jī)具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、電機(jī)輸出性能好的優(yōu)點(diǎn)。 半開(kāi)口槽電樞鐵芯在導(dǎo)線進(jìn)入槽內(nèi)時(shí)只能用插入法， 只限于單層線結(jié)構(gòu)， 工藝比較簡(jiǎn)單。雙層線結(jié)構(gòu)的電樞在導(dǎo)線進(jìn)入槽內(nèi)時(shí)只能用嵌入法， 所以必須選用全開(kāi)口槽的電樞鐵芯結(jié)構(gòu)， 導(dǎo)線進(jìn)入全開(kāi)口槽的槽內(nèi)后， 為了防止電樞在高轉(zhuǎn)速時(shí)導(dǎo)線被甩出， 需要使用特制工具在鐵芯槽口邊上進(jìn)行鉚點(diǎn)處理， 工藝復(fù)雜， 生產(chǎn)效率低， 又存在品質(zhì)隱患。

圖1 半開(kāi)口槽鐵芯

圖2 全開(kāi)口槽鐵芯

由于全開(kāi)口槽鐵芯片雙線制電樞生產(chǎn)效率低， 又存在品質(zhì)隱患， 不適合大批量生產(chǎn)作業(yè)。 半開(kāi)口槽鐵芯片槽口小、 機(jī)械強(qiáng)度高、 品質(zhì)穩(wěn)定， 但只限于劈拉成型或沖壓成型的發(fā)卡形導(dǎo)線繞組 （圖3）， 故只能用于單層繞組結(jié)構(gòu)的電樞， 由于雙層繞組 （圖4） 成型后是O形封閉的， 無(wú)法滿足雙層繞組結(jié)構(gòu)電樞的制作工藝， 需要設(shè)計(jì)新型的電樞鐵芯來(lái)解決這一問(wèn)題。

圖3 發(fā)卡形開(kāi)口導(dǎo)線

圖4 O形封閉導(dǎo)線

3 雙線制鐵芯槽傳統(tǒng)電樞結(jié)構(gòu)

全開(kāi)口槽鐵芯片由于槽口開(kāi)口相對(duì)較大， 通常用于雙層繞組結(jié)構(gòu)的電樞 （圖5）， 但因槽口尺寸大電樞在高轉(zhuǎn)速時(shí)導(dǎo)線容易被甩出， 需要使用特制工具 （圖6） 在鐵芯槽口邊上進(jìn)行鉚點(diǎn)處理， 通過(guò)鉚點(diǎn)使電樞槽口局部變窄， 鉚點(diǎn)處鐵芯擠壓絕緣紙固定住導(dǎo)線 （圖7）， 防止電樞在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)導(dǎo)線被甩出。 如壓機(jī)行程穩(wěn)定性控制得不好， 容易造成槽絕緣紙受損， 導(dǎo)致鐵芯槽壁與導(dǎo)線短路， 工藝可靠性差、 品質(zhì)不穩(wěn)定、 報(bào)廢率高， 將會(huì)增加制造成本， 降低產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

圖5 傳統(tǒng)全開(kāi)口鐵芯槽

圖6 鉚點(diǎn)工具

圖7 鉚點(diǎn)后傳統(tǒng)電樞結(jié)構(gòu)

4 新型雙線制電樞鐵芯結(jié)構(gòu)圖

圖8所示是新型雙線制電樞鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖。 其特征在于： 全開(kāi)口槽的槽口二側(cè)分別設(shè)置向外凸起的耳朵型部位（圖9）， 繞組槽中完成雙層導(dǎo)線繞組后， 所述2個(gè)耳朵型部位的自由端可向槽口內(nèi)側(cè)移動(dòng)而使全開(kāi)型槽變成半開(kāi)口型槽， 這一點(diǎn)不同于傳統(tǒng)的電樞鐵芯。

圖8 新型電樞鐵芯結(jié)構(gòu)

圖9 二側(cè)向外凸耳朵型結(jié)構(gòu)

5 新型雙線制電樞結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)及電樞制造工藝

5.1 新型雙線制電樞結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

全開(kāi)口型槽的槽口二側(cè)分別設(shè)置向外凸起的耳朵型部位， 槽口尺寸大于導(dǎo)線直徑， 導(dǎo)線繞組在嵌入電樞槽內(nèi)時(shí)不會(huì)受到干擾， 可方便地嵌入 （圖10）； 然后在外壓力作用下， 將耳朵型部位的自由端向槽口內(nèi)側(cè)移動(dòng)而使全開(kāi)型槽變成半開(kāi)口型槽， 得到新型雙線制電樞鐵芯 （圖11）。 由此集成了半開(kāi)口槽和雙層線結(jié)構(gòu)二者之優(yōu)點(diǎn)， 其不但去除了鐵芯與導(dǎo)線短路的隱患， 而且還大大提高了生產(chǎn)效率， 使電機(jī)具有更好的性能、 更低的成本。

圖10 新型鐵芯嵌入導(dǎo)線

圖11 新型電樞鐵芯結(jié)構(gòu)

5.2 新型雙線制電樞制造工藝

本設(shè)計(jì)的新型雙線制電樞制造時(shí)， 電樞嵌線過(guò)程分2個(gè)步驟： 第1步先將繞組嵌入電樞槽內(nèi)， 第2步再整型成半開(kāi)口狀。 因此， 導(dǎo)線繞組制作及嵌入保持傳統(tǒng)成熟的工藝，省略了鉚點(diǎn)處理工藝， 只增加一道整型工序， 使產(chǎn)品就可以保留半開(kāi)口槽和雙層線結(jié)構(gòu)的功能優(yōu)點(diǎn)， 其既能解決現(xiàn)有轉(zhuǎn)子雙層繞組困難的問(wèn)題， 又能解決因開(kāi)口槽寬存在影響電機(jī)氣隙磁場(chǎng)、 導(dǎo)致空載鐵損增加的問(wèn)題， 從而大幅度提高生產(chǎn)效率， 而且能提高電機(jī)的性能。

6 結(jié)語(yǔ)

本文主要是針對(duì)傳統(tǒng)雙線制全開(kāi)口槽電樞生產(chǎn)效率低、工藝可靠性差、 品質(zhì)不穩(wěn)定、 報(bào)廢率高， 提出一個(gè)切實(shí)可行、 不增加成本的解決方法。 該新型雙線制鐵芯槽在設(shè)計(jì)上需要注意： 兩則向外凸起的耳朵避免出現(xiàn)尖角， 要考慮耳朵根部強(qiáng)度， 避免整型后耳朵斷裂； 耳朵根部角度大小要適中， 要考慮整型后工藝上的可行性。