永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子灌封工藝

孟凡勝,叢鵬泉,何大亮,畢遠(yuǎn)見,王鐵柱,孫 羽,郭海濤

(1.中國第一汽車集團(tuán)有限公司，長春 130000；2.富奧汽車零部件股份有限公司傳動(dòng)軸分公司，長春 130000)

0 引 言

永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)按照磁鋼與鐵心的裝配結(jié)構(gòu)分為磁鋼表貼式與內(nèi)置式兩種結(jié)構(gòu)方式[1]，其中內(nèi)置式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子以結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、耐久性好、能量密度大、調(diào)速范圍廣等優(yōu)勢(shì)，成為新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主流。

內(nèi)置式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子要求磁鋼嵌入鐵心后完全固定二者相對(duì)位置，避免電機(jī)工作過程中磁鋼受力產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而損壞磁鋼；同時(shí)需要保證磁鋼與鐵心間的緊密接觸避免磁鋼過熱退磁[2]。磁鋼結(jié)構(gòu)損壞與過熱退磁均可導(dǎo)致電機(jī)報(bào)廢的嚴(yán)重后果，須嚴(yán)格避免。因此，需要用環(huán)氧樹脂膠填充磁鋼與鐵心間的縫隙。

由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)及性能的要求，磁鋼與鐵心間的填充縫隙寬度僅為0.277 mm，灌封過程中要求環(huán)氧樹脂膠完全填滿所有這些極窄的縫隙，且不能產(chǎn)生直徑大于2 mm的氣泡[3]。為確保該工藝順利實(shí)施，對(duì)磁鋼灌封效果及灌封工藝進(jìn)行了相關(guān)驗(yàn)證。

1 環(huán)氧灌封膠量計(jì)算

為保證灌封膠填充充分，并且在發(fā)生溢膠或灌膠不足時(shí)找到原因，需要精確掌控灌膠量，因此，有必要分析鐵心及磁鋼結(jié)構(gòu)，計(jì)算出理論環(huán)氧灌封膠用量。

由于產(chǎn)品互換性要求，需要根據(jù)圖樣上最大、最小極限尺寸計(jì)算出灌封空間的最大體積Vgmax及最小體積Vgmin：

Vgmax=Vccmax-Vcgmin

(1)

Vgmin=Vccmin-Vcgmax

(2)

式中：Vcgmax，Vcgmin分別為磁鋼的最大、最小體積；Vccmax，Vccmin分別為磁鋼槽的最大、最小體積。

取平均值作為灌膠用量：

Vavg=0.5×(Vgmax+Vgmin)

(3)

2 工藝

2.1 灌封工裝設(shè)計(jì)

由于尚未固化的環(huán)氧樹脂膠呈現(xiàn)液態(tài)，所以灌封工裝要保證具有足夠的密封性，不得漏膠，并且需要防止環(huán)氧樹脂膠與密封結(jié)構(gòu)粘接問題的發(fā)生。本文采用橡膠墊密封，并采用螺母螺桿機(jī)構(gòu)提供密封正壓力，如圖1所示。

圖1 灌封工裝

橡膠墊與環(huán)氧樹脂膠粘接問題分四組對(duì)比實(shí)驗(yàn)尋求解決方案，各方案效果如表1所示。

表1 防粘接方法對(duì)比

通過工藝驗(yàn)證得出，只有用保鮮膜隔離的方式，才能夠達(dá)到防粘接的目的，其他工藝方式均導(dǎo)致工裝與工件的粘接并且難以清理。

2.2 灌封程序編制

環(huán)氧密封膠采用某公司生產(chǎn)的樹脂A和胺固化劑B產(chǎn)品，混合前需要各自加熱至80 ℃，并按照一定的比例配膠。灌膠過程采用環(huán)氧灌膠機(jī)設(shè)備，如圖2所示，此環(huán)氧灌膠機(jī)可以完成兩組分別預(yù)熱、攪拌、配膠，并能精確控制注膠量及注膠路徑，提高注膠質(zhì)量。

圖2 環(huán)氧灌膠機(jī)

計(jì)算注膠總時(shí)間：

t=Vavg/Q

(4)

式中:Q為灌膠機(jī)設(shè)備注膠流量。

此環(huán)氧灌膠機(jī)采用PLC模塊化語言編程，程序如表2所示。

表2 灌膠程序

注膠過程從注膠槽底部開始緩慢向上注膠，保證注膠充分。當(dāng)前注膠槽注膠完成后，注膠頭加速抬起，利用慣性力作用斷膠，避免弄臟鐵心表面。編程過程中應(yīng)注意：

t=t1+t2

(5)

以實(shí)現(xiàn)注膠量的精確控制。

2.3 磁鋼裝配工藝

驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心總成的磁極結(jié)構(gòu)形式較為復(fù)雜，如圖3所示。磁極通常由多個(gè)不同角度排列的磁鋼形成，即使其中一個(gè)磁鋼磁極裝反，整體也能表現(xiàn)出最終磁極，故安裝完成后難以檢驗(yàn)每個(gè)磁鋼磁極是否正確，給分裝帶來很大困難。

圖3 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

如圖4所示，采用磁極檢測片，并探索各種磁鋼磁極裝錯(cuò)情況下磁極檢測片顯影差異規(guī)律，解決了磁鋼磁極安裝正確性檢驗(yàn)難題，保證了產(chǎn)品裝配質(zhì)量及合格率。

圖4 磁極檢測

2.4 灌封工藝方法探索

方法1：冷態(tài)鐵心直接灌封注膠，灌膠后15h自然固化。

方法2：冷態(tài)鐵心直接灌封注膠，灌膠后放入烘箱內(nèi)加熱2h固化。

方法3：將鐵心預(yù)熱至80 ℃再灌封注膠，灌膠后15h自然固化。

方法4：將鐵心預(yù)熱至80 ℃再灌封注膠，灌膠后放入烘箱內(nèi)加熱2h固化。

從以上灌封工藝的結(jié)果可以得到：

方法1：最為節(jié)能，但是灌封效果不盡人意，內(nèi)部氣泡較多；且經(jīng)過15h自然固化，其心部環(huán)氧樹脂膠尚未固化完全，不滿足使用要求。

方法2：增加加熱固化工序，使得環(huán)氧樹脂膠充分固化，但內(nèi)部氣泡問題仍然存在。

方法3：將鐵心預(yù)熱至環(huán)氧樹脂膠預(yù)熱溫度，在灌封過程中能夠保證環(huán)氧膠的流動(dòng)性，因此氣泡問題得到解決，但自然固化不充分。

方法4：集合各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，最終內(nèi)部無明顯氣泡，且內(nèi)部固化完全，心部與外部固化硬度相當(dāng)。因此，此種灌封工藝方法最為適宜。

3 結(jié) 語

采用全新的灌封工藝對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子總成進(jìn)行灌封，采取多種措施保證裝配及灌封過程質(zhì)量，使得磁鋼被正確且牢固地固定在鐵心磁鋼槽中，灌封填充均勻且無明顯氣泡，滿足設(shè)計(jì)圖樣要求。