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        一種新型雙線制電樞鐵芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

        2022-03-24 07:28:38林,進(jìn)
        汽車電器 2022年3期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)

        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。

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