永磁電機轉子灌封工藝

孟凡勝,叢鵬泉,何大亮,畢遠見,王鐵柱,孫 羽,郭海濤

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

0 引 言

永磁同步電動機轉子結構按照磁鋼與鐵心的裝配結構分為磁鋼表貼式與內置式兩種結構方式[1]，其中內置式結構轉子以結構強度高、耐久性好、能量密度大、調速范圍廣等優勢，成為新能源汽車驅動電機的主流。

內置式結構轉子要求磁鋼嵌入鐵心后完全固定二者相對位置，避免電機工作過程中磁鋼受力產生相對運動而損壞磁鋼；同時需要保證磁鋼與鐵心間的緊密接觸避免磁鋼過熱退磁[2]。磁鋼結構損壞與過熱退磁均可導致電機報廢的嚴重后果，須嚴格避免。因此，需要用環氧樹脂膠填充磁鋼與鐵心間的縫隙。

由于驅動電機結構及性能的要求，磁鋼與鐵心間的填充縫隙寬度僅為0.277 mm，灌封過程中要求環氧樹脂膠完全填滿所有這些極窄的縫隙，且不能產生直徑大于2 mm的氣泡[3]。為確保該工藝順利實施，對磁鋼灌封效果及灌封工藝進行了相關驗證。

1 環氧灌封膠量計算

為保證灌封膠填充充分，并且在發生溢膠或灌膠不足時找到原因，需要精確掌控灌膠量，因此，有必要分析鐵心及磁鋼結構，計算出理論環氧灌封膠用量。

由于產品互換性要求，需要根據圖樣上最大、最小極限尺寸計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 灌封工裝設計

由于尚未固化的環氧樹脂膠呈現液態，所以灌封工裝要保證具有足夠的密封性，不得漏膠，并且需要防止環氧樹脂膠與密封結構粘接問題的發生。本文采用橡膠墊密封，并采用螺母螺桿機構提供密封正壓力，如圖1所示。

圖1 灌封工裝

橡膠墊與環氧樹脂膠粘接問題分四組對比實驗尋求解決方案，各方案效果如表1所示。

表1 防粘接方法對比

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

2.2 灌封程序編制

環氧密封膠采用某公司生產的樹脂A和胺固化劑B產品，混合前需要各自加熱至80 ℃，并按照一定的比例配膠。灌膠過程采用環氧灌膠機設備，如圖2所示，此環氧灌膠機可以完成兩組分別預熱、攪拌、配膠，并能精確控制注膠量及注膠路徑，提高注膠質量。

圖2 環氧灌膠機

計算注膠總時間：

t=Vavg/Q

(4)

式中:Q為灌膠機設備注膠流量。

此環氧灌膠機采用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。編程過程中應注意：

t=t1+t2

(5)

以實現注膠量的精確控制。

2.3 磁鋼裝配工藝

驅動電機轉子鐵心總成的磁極結構形式較為復雜，如圖3所示。磁極通常由多個不同角度排列的磁鋼形成，即使其中一個磁鋼磁極裝反，整體也能表現出最終磁極，故安裝完成后難以檢驗每個磁鋼磁極是否正確，給分裝帶來很大困難。

圖3 轉子結構

如圖4所示，采用磁極檢測片，并探索各種磁鋼磁極裝錯情況下磁極檢測片顯影差異規律，解決了磁鋼磁極安裝正確性檢驗難題，保證了產品裝配質量及合格率。

圖4 磁極檢測

2.4 灌封工藝方法探索

方法1：冷態鐵心直接灌封注膠，灌膠后15h自然固化。

方法2：冷態鐵心直接灌封注膠，灌膠后放入烘箱內加熱2h固化。

方法3：將鐵心預熱至80 ℃再灌封注膠，灌膠后15h自然固化。

方法4：將鐵心預熱至80 ℃再灌封注膠，灌膠后放入烘箱內加熱2h固化。

從以上灌封工藝的結果可以得到：

方法1：最為節能，但是灌封效果不盡人意，內部氣泡較多；且經過15h自然固化，其心部環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，使得環氧樹脂膠充分固化，但內部氣泡問題仍然存在。

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

方法4：集合各項優勢，最終內部無明顯氣泡，且內部固化完全，心部與外部固化硬度相當。因此，此種灌封工藝方法最為適宜。

3 結 語

采用全新的灌封工藝對驅動電機轉子總成進行灌封，采取多種措施保證裝配及灌封過程質量，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，滿足設計圖樣要求。