一種電機鐵芯的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種電機鐵芯的制備方法.其主要步驟為：1）將軟磁金屬帶材疊片，固定；2）利用激光對疊片進行切割，得到帶材切片；3）將帶材切片堆疊到一定厚度，進行氣氛退火；4）浸入粘接劑固化，噴漆；本發明的優點是利用激光切割制備電機鐵芯加工精度高，沒有毛邊，內應力小，可以加工形狀復雜的電機鐵芯。利用激光法制備電機鐵芯可以簡化生產工藝，提高加工速度，降低成本，在高速電機制造領域中有廣闊的應用前景。
【專利說明】
_種電機鐵芯的制備方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種電機鐵芯的制備方法，具體涉及一種采用激光切割方法制備的電 機鐵芯，屬于電機設計和制造技術領域。
【背景技術】
[0002] 傳統電機鐵芯一般為硅鋼片采用沖床加工方法制備而成，硅鋼片厚度在500um以 上，由于硅鋼電阻率低，硅鋼片厚度大，只能在低頻率下使用。而隨著近年來電動汽車，磁記 錄等技術的發展，越來越需要電機工作在幾百赫茲的頻率高頻率下。在這種工況下，要求電 機鐵芯的疊片單片厚度盡可能薄，電阻率盡可能高，從而減少損耗和電機發熱。因此具有超 薄形態的硅鋼片或者其他金屬軟磁材料，特別是非晶納米晶軟磁帶材，天生具有應用于高 頻電機的優勢。
[0003] 非晶軟磁帶材是利用熔體快淬法一次成型的厚度為20~30um的新型軟磁金屬材 料。晶體結構上表現為非晶形態，具有高電阻率，高飽和磁通密度。將非晶軟磁材料在一定 溫度下退火，可以得到納米晶軟磁材料，進一步改善其飽和磁通密度。由于非晶納米晶軟磁 材料特殊的晶體結構特性，使得其具有高的硬度和韌性，利用傳統的沖床加工方法加工非 晶納米晶軟磁材料時，容易出現掉邊，邊緣毛刺不平整，邊緣開裂等加工缺陷，并且由于其 具有高的強度，對磨具會產生極大的損耗。
[0004] 專利200810007282.2中公布了一種電機非晶合金鐵芯的制備方法，是將合金帶材 切割，疊層，粘接固化后，采用復雜的線切割方法最終制得鐵芯。專利201511019957.1中公 布了一種軸向磁場電機用非晶、納米晶定子鐵芯的制造方法，是將非晶納米晶帶材卷繞，粘 接，固化后，采用鉆孔刀或者切割刀對鐵芯進行開槽。專利201510964663.X公布了一種高速 砂輪加工凹槽的方法。專利201110336946.1公布了一種對非晶納米晶卷材連續沖床加工制 備鐵芯的方法。專利201110332934.1公布了一種基于連續沖片加工的護盒式非晶、微晶或 納米晶合金定子鐵芯及其制備方法。綜上所述可以發現，目前利用非晶納米晶軟磁材料制 備電機鐵芯的方法都是基于沖床加工，線切割，鉆孔，砂輪加工等機械加工方法，導致的后 果是會產生邊緣掉片，破損，加工速度慢，引入應力等不利因素，直接影響了非晶納米晶電 機鐵芯的大規模高效生產。
【發明內容】
[0005] 為了解決現在技術中存在的問題，本發明提供了一種電機鐵芯的制備方法。該方 法利用激光來切割非晶納米晶金屬軟磁帶材或者超薄硅鋼片。當激光入射到材料表面時， 會瞬間在一個很小的區域內形成熔池，利用輔助氣體移除熔池即可實現切割。與傳統的電 機鐵芯中機械切割方式相比，本發明采用的激光加工方法不會產生掉片，破損等缺陷，也不 會在鐵芯中產生應力，而且操作簡單，生產速度快，加工形狀靈活，無需磨具，特別適合于大 規模生產。
[0006] 本發明的目的是提供一種電機鐵芯的制備方法。其步驟為： 1) 軟磁金屬帶材疊片，固定 將軟磁金屬帶材橫向剪切成一定長度的片段，在夾具中進行疊片，疊片厚度為0.03~ 30mm，用夾具夾緊，得到軟磁金屬帶材疊片； 2) 激光切割 將軟磁金屬帶材疊片置于激光槍口，將激光聚焦，垂直或以一定角度入射到軟磁金屬 帶材疊片上，激光切割路徑和入射角度由馬達驅動，同時通以同軸輔助氣體，激光功率為 200~8000W，切割速度為1~120m/min，得到軟磁金屬帶材切片； 3) 退火 利用專用模具，將軟磁金屬帶材切片堆疊到鐵芯設計高度，夾緊，進行氣氛退火。退火 溫度為250~480 °C，退火時間為0.5~2h; 所述的軟磁金屬帶材為硅鋼帶，鐵基非晶帶，鐵鈷基非晶帶，鐵基納米晶帶中的一種。 所用的激光器為二氧化碳激光器，YAG固體激光器或者光纖激光器中的一種。所述的同軸輔 助氣體是空氣，氬氣，氮氣或者氧氣中的一種。所述的氣氛退火為氮氣，氬氣，氫氣或者空氣 退火中的一種。所述的粘接劑溶液中粘接劑為環氧樹脂，酚醛樹脂，聚乙烯醇，聚乙烯醇縮 丁醛或者玻璃粉中的一種;溶劑為水，酒精，丙酮中的一種。 本發明與現有技術相比具有以下優點： 1) 本發明制備的電機鐵芯不會產生掉片，破損等機械性缺陷和內部應力，因此鐵芯軟 磁性能較傳統制備方法優異； 2) 本發明的制備方法生產速度極快，最快一分鐘即可加工好一個電機鐵芯所需疊片， 且切削量少，幾乎不會存在廢品，不會受到鐵芯形狀復雜度的影響，特別適合于大規模生 產。
【附圖說明】
[0007] 圖1為本發明所述的對軟磁金屬帶材進行疊片，制備帶材切片的夾具示意圖； 圖2為本發明所述的制備出的軟磁金屬帶材切片； 圖3為本發明所述的將軟磁金屬帶材切片組裝為電機鐵芯的夾具示意圖； 圖4為本發明所制備的電機鐵芯的示意圖。
[0008] 其中，附圖標記如下： 1、 軟磁金屬帶材疊片上夾具； 2、 軟磁金屬帶材疊片； 3、 軟磁金屬帶材疊片下夾具； 4、 鐵芯夾具底座； 5、 鐵芯夾具壓緊片； 6、 鐵芯夾具緊固件； 7、 鐵芯夾具螺桿。
【具體實施方式】
[0009] 本發明的電機鐵芯的制備方法是將軟磁金屬帶材疊片，固定后利用激光對疊片進 行切割，將帶材切片堆疊到一定厚度，進行氣氛退火，粘接劑固化，噴漆。本發明的優點是利 用激光切割制備電機鐵芯加工精度高，沒有毛邊，內應力小，可以加工形狀復雜的電機鐵 芯。利用激光法制備電機鐵芯可以簡化生產工藝，提高加工速度，降低成本，在高速電機制 造領域中有廣闊的應用前景。
[0010]本發明采用具體的步驟如下： 1) 軟磁金屬帶材疊片，固定 將硅鋼帶，鐵基非晶帶，鐵鈷基非晶帶，鐵基納米晶帶中的一種橫向剪切成一定長度的 片段，在夾具中進行疊片，疊片厚度為0.03~30mm，用夾具夾緊，得到帶材疊片； 2) 激光切割 將帶材疊片置于激光槍口，將激光聚焦，垂直或以一定角度入射到軟磁金屬帶材疊片 上，激光由二氧化碳激光器，YAG固體激光器或者光纖激光器中的一種產生。激光切割路徑 和入射角度由馬達驅動，同時通以同軸空氣，氬氣，氮氣或者氧氣中的一種，激光功率為200 ~8000W，切割速度為1~120m/min，得到軟磁金屬帶材切片； 3) 退火 利用專用模具，將軟磁金屬帶材切片堆疊到鐵芯設計高度，夾緊，進行氣氛退火，氣氛 為氮氣，氬氣，氫氣或者空氣中的一種。退火溫度為250~480°C，退火時間為0.5~2h; 4) 固化噴漆 將退火后的鐵芯置入粘接劑溶液中保持0.2~5h，使得粘接劑滲入單層疊片之中，然后 進行固化，固化溫度為80~250°C，固化時間為0.5~5h，固化后對鐵芯進行噴漆，得到最終產 品。
[0011] 下面結合附圖和具體實例對本發明做進一步說明，但本發明并不僅僅局限于本文附圖 和以下實施例。
[0012] 實施例1: FeSiB非晶帶，寬度213mm，厚度30um，剪切成2m長片段，在夾具中進行疊片，疊片厚度為 5mm，用如附圖1所示疊片夾具夾緊，得到帶材疊片。將帶材疊片置于光纖激光器激光槍口， 將激光聚焦，垂直入射到軟磁金屬帶材疊片上，同時通以同軸空氣，激光功率為800W，切割 速度為30m/min，得到如附圖2所示軟磁金屬帶材切片。利用如附圖3所示模具，將軟磁金屬 帶材切片堆疊到鐵芯設計高度，夾緊，進行氮氣氣氛退火，退火溫度為250°C，退火時間為 lh。將退火后的鐵芯置入粘接劑溶液中保持lh，使得粘接劑滲入單層疊片之中，粘接劑溶液 為環氧樹脂的酒精溶液，然后進行固化，固化溫度為120°C，固化時間為2h，固化后對鐵芯進 行噴漆，得到最終廣品。
[0013] 制備出的鐵芯表面沒有破損，掉皮等缺陷，就有良好的磁性能，磁導率尚于傳統娃鋼鐵 芯，損耗遠遠低于硅鋼鐵芯，在500Hz，0.2T工況下，損耗為0.794W/kg，在1000Hz，0.2T工況 下，損耗為2.336W/kg，相同工況下，損耗為傳統硅鋼鐵芯的50%。
[0014] 實施例2: FeSiB非晶帶，寬度170,厚度30um，剪切成2m長片段，在夾具中進行疊片，疊片厚度為 3_，用如附圖1所示疊片夾具夾緊，得到帶材疊片。將帶材疊片置于YAG激光器激光槍口，將 激光聚焦，垂直入射到軟磁金屬帶材疊片上，同時通以同軸氧氣，激光功率為500W，切割速 度為20m/min，得到如附圖2所示軟磁金屬帶材切片。利用如附圖3所示模具，將軟磁金屬帶 材切片堆疊到鐵芯設計高度，夾緊，進行氬氣氣氛退火，退火溫度為300°C，退火時間為 1.5h。將退火后的鐵芯置入粘接劑溶液中保持1.5h，使得粘接劑滲入單層疊片之中，粘接劑 溶液為環氧樹脂的丙酮溶液，然后進行固化，固化溫度為150°C，固化時間為2h，固化后對鐵 芯進彳丁噴漆，得到最終廣品。
[0015] 制備出的鐵芯表面沒有破損，掉皮等缺陷，就有良好的磁性能，磁導率尚于傳統娃鋼鐵 芯，損耗遠遠低于硅鋼鐵芯，在500Hz，0.2T工況下，損耗為0.523W/kg，在1000Hz，0.2T工況 下，損耗為1.817W、kg，相同工況下，損耗為傳統硅鋼鐵芯的45%。
[0016] 實施例3: 硅鋼帶，寬度150mm，厚度35um，剪切成2m長片段，在夾具中進行疊片，疊片厚度為5mm， 用如附圖1所示疊片夾具夾緊，得到帶材疊片。將帶材疊片置于光纖激光器激光槍口，將激 光聚焦，垂直入射到軟磁金屬帶材疊片上，同時通以同軸空氣，激光功率為1000W，切割速 度為50m/min，得到如附圖2所示軟磁金屬帶材切片。利用如附圖3所示模具，將軟磁金屬帶 材切片堆疊到鐵芯設計高度，夾緊，進行氫氣氣氛退火，退火溫度為450°C，退火時間為 1.5h。將退火后的鐵芯置入粘接劑溶液中保持Ih，使得粘接劑滲入單層疊片之中，粘接劑溶 液為酚醛樹脂的酒精溶液，然后進行固化，固化溫度為180°C，固化時間為2h，固化后對鐵芯 進行噴漆，得到最終廣品。
[0017] 制備出的鐵芯表面沒有破損，掉皮等缺陷，就有良好的磁性能，磁導率尚于傳統娃鋼鐵 芯，損耗遠遠低于硅鋼鐵芯，在500Hz，0.2T工況下，損耗為0.672W/kg，在1000Hz，0.2T工況 下，損耗為1.684W、kg，相同工況下，損耗為傳統硅鋼鐵芯的80%。
[0018] 實施例4: FeCuNbSiB非晶帶，寬度140mm，厚度30um，剪切成2m長片段，在夾具中進行疊片，疊片厚 度為20mm，用如附圖1所示疊片夾具夾緊，得到帶材疊片。將帶材疊片置于光纖激光器激光 槍口，將激光聚焦，垂直入射到軟磁金屬帶材疊片上，同時通以同軸空氣，激光功率為 4000W，切割速度為3m/min，得到如附圖2所示軟磁金屬帶材切片。利用如附圖3所示模具， 將軟磁金屬帶材切片堆疊到鐵芯設計高度，夾緊，進行氮氣氣氛退火，退火溫度為250°C，退 火時間為lh。將退火后的鐵芯置入粘接劑溶液中保持lh，使得粘接劑滲入單層疊片之中，粘 接劑溶液為玻璃粉的水溶液，然后進行固化，固化溫度為250°C，固化時間為2h，固化后對鐵 芯進彳丁噴漆，得到最終廣品。
[0019] 制備出的鐵芯表面沒有破損，掉皮等缺陷，就有良好的磁性能，磁導率尚于傳統娃鋼鐵 芯，損耗遠遠低于硅鋼鐵芯，在500Hz，0.2T工況下，損耗為0.812W/kg，在1000Hz，0.2T工況 下，損耗為2.556W/kg，相同工況下，損耗為傳統硅鋼鐵芯的62%。
【主權項】
1. 一種電機鐵芯的制備方法，其特征在于它的步驟為： 1) 軟磁金屬帶材疊片，固定 將軟磁金屬帶材橫向剪切成一定長度的片段，在夾具中進行疊片，疊片厚度為0.03~ 30mm，用夾具夾緊，得到軟磁金屬帶材疊片； 2) 激光切割 將軟磁金屬帶材疊片置于激光槍口，將激光聚焦，垂直或以一定角度入射到軟磁金屬 帶材疊片上，激光切割路徑和入射角度由馬達驅動，同時通以同軸輔助氣體，激光功率為 200~8000W，切割速度為1~120m/min，得到軟磁金屬帶材切片； 3) 退火 利用專用模具，將軟磁金屬帶材切片堆疊到鐵芯設計高度，夾緊，進行氣氛退火，退火 溫度為250~480 °C，退火時間為0.5~2h; 4) 固化噴漆 將退火后的鐵芯置入粘接劑溶液中保持0.2~5h，使得粘接劑滲入單層疊片之中，然后 進行固化，固化溫度為80~250°C，固化時間為0.5~5h，固化后對鐵芯進行噴漆，得到最終產 品。2. 根據權利要求1所述的一種電機鐵芯的制備方法，其特征在于所述的軟磁金屬帶材 為硅鋼帶，鐵基非晶帶，鐵鈷基非晶帶，鐵基納米晶帶中的一種。3. 根據權利要求1所述的一種電機鐵芯的制備方法，其特征在于所用的激光器為二氧 化碳激光器，YAG固體激光器或者光纖激光器中的一種。4. 根據權利要求1所述的一種電機鐵芯的制備方法，其特征在于所述的同軸輔助氣體 是空氣，氬氣，氮氣或者氧氣中的一種。5. 根據權利要求1所述的一種電機鐵芯的制備方法，其特征在于所述的氣氛退火為氮 氣，氬氣，氫氣或者空氣退火中的一種。6. 根據權利要求1所述的一種電機鐵芯的制備方法，其特征在于所述的粘接劑溶液中 粘接劑為環氧樹脂，酚醛樹脂，聚乙烯醇，聚乙烯醇縮丁醛或者玻璃粉中的一種;溶劑為水， 酒精，丙酮中的一種。
【文檔編號】H02K15/12GK106033919SQ201610588530
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年7月25日
【發明人】白國華
【申請人】白國華