大功率永磁同步電機拆裝工藝方案分析及工藝優化研究

劉向萍 李兆軍

摘要：本文針對大容量（300kW及以上）永磁同步電機進行總裝時，由于永磁電機轉子內嵌永磁體，帶有很大的磁力，對定子等導磁材料吸附能力較強，會導致轉子由于磁力作用無法裝入定子中去，而且定轉子極易相互吸引碰撞，造成絕緣損傷，使電機使用壽命減少，帶來質量隱患。通過跟蹤、改進、驗證，目前已研制一種既效率高又裝配質量好的裝備—專用臥式導向定位裝配夾具設計，該夾具是一種既可以導向轉子又可將轉子推入定子內膛的新方案。與以往的方案相比（小功率電機裝配可采用自重吊裝），該方案可操作性強，在行業內具備大規模推廣的價值。

關鍵詞：永磁同步電機;定轉子合裝吸附;夾具設計;優化工藝

中圖分類號：TM341? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）12-0030-03

0? 引言

近些年，永磁同步電動機得到較快發展，其特點是功率因數高、效率高，許多場合開始逐步取代最常用的交流異步電機，在新能源汽車驅動方面尤為突出，是一種很有前途的節能電機。但是，永磁電機的總裝工藝較傳統電機的總裝工藝有所不同，轉子內嵌永磁體，帶有很大的磁力，對定子等零部件吸附能力較強，尤其是定轉子合裝部分，是永磁電機總裝成功的關鍵。

本文從永磁同步電機的性能分析出發[1]，描述了永磁同步電機的主要關鍵技術，調研了永磁同步電機在新能源汽車行業的發展現狀，根據工信部收集調查的數據顯示，永磁同步電機已成為新能源汽車行業發展的主力軍，成為未來驅動電機行業的主流發展。因其節能減排、排放環保致使永磁同步電機作為新能源汽車電驅動系統的重要組成部分，將成為未來的研究重點。

永磁同步電動機特別適合重啟動輕運行的使用場合，推廣使用永磁同步電動機具有積極的經濟效益和社會效益，對節能減排意義重大。在可靠性和穩定性方面，永磁同步電動機也具有可貴的優勢。選用高效永磁同步電動機是一項一次性投資長期受益的過程。

1? 目前工藝方法存在的主要問題

永磁同步電機[2]定轉子之間的氣隙很小（2～3.5mm的雙邊間隙），定轉子合裝時，轉子在下落過程中受到定轉子之間強大的磁力作用，轉子越往下，和定子交疊的部分越多，受到的磁力越強。剛開始，轉子受到的磁力作用小于自身的重力，轉子可以緩慢下落，當下落到一定距離，轉子受到的磁力和自身的重力相等時，轉子便不再下落，使得定轉子合裝無法完成。

2? 裝配困難現狀分析

2.1 當前裝配工藝系統組成

由當前的工藝過程作出工作流程圖，見圖1。

通過當前裝配工藝系統的組件模型圖分析，主要問題點為：裝配時，當轉子的磁力大于重力時，吸附碰撞，損傷絕緣。裝配時，當轉子與定子吸附碰撞，轉子的中心發生變化，損壞鏜床主軸精度。

2.2 因果鏈分析，找問題關鍵點

根據實際工作過程，找出定子裝配困難的原因，見圖2。

由因果分析圖2可知，造成永磁電機定、轉子裝配困難的關鍵問題點：磁力太強，定轉子不能正常裝配;產品性能要求定轉子之間間隙太小。

3? 新工藝方案的探討與設計思路

3.1 從電機裝配時，磁力太強，定轉子不能正常裝配為入手點解決問題

電機裝配時，根據電磁學的知識，由于定轉子都是對稱圓周結構，倘若定、轉子絕對同心，即定、轉子的軸向中心線完全重合，則轉子對定子的電磁力為零，這樣定轉子之間便不再有吸附力的作用，電機組裝便可順利完成。定、轉子軸向中心線偏離的越大，定轉子之間的磁力越強，轉子便越易向靠近的一方相吸。所以，設計高精導向桿是解決該難點的關鍵，其導向裝置圖見圖3。

3.2 從定轉子之間的間隙小（極易吸附）為入手點解決問題

根據分析時找出的問題，如果定轉子之間的間隙大，那么容易裝配，導致電機的性能及機械效率低。在所述問題中存在矛盾著的狀態，即要間隙大（因為容易裝配），又不能大（因為影響電機的性能及質量），在確定保證定轉子之間間隙合適的情況下，保證電機質量。要定轉子之間間隙小，因為要保證電機的正常使用;但是，定轉子之間間隙小，容易碰傷絕緣放電，導致灼傷或損壞電機。因此在定子與轉子的裝配空間上，通過增加一個雙半圓的不導磁定位圈見圖4，提高裝配質量。

4? 結構設計

目前需要研制一種使用性強的裝備[4]來滿足裝配過程以解決該難題。針對存在問題，通過跟蹤、改進、驗證，目前已研制一種既效率高又裝配質量好的裝配夾具[3]，見圖5。該夾具是一種既可以導向轉子又可將轉子推入定子內膛的新方案。與以往的方案相比（小功率電機因磁力相對小一些，裝配可采用自重吊裝），該方案足以保證大功率電機裝配質量且可操作性較強。該方案[5]在行業內具備大規模推廣的價值。

5? 結論

通過分析探討，定子固定，轉子移動，確保定子內圓與轉子外圓之間的間隙相等，以此保證裝配質量。以軸為定位導向通過泵電機將轉子推入定子內腔，完成裝配。裝配夾具設計時，應考慮在機殼端部裝一個不導磁兩半環與機殼端部用螺栓固定，其尺寸與轉子外圓采用小間隙配合。將傳統自重裝配（磁力與重力相等時不再下落）變換臥式組裝，再通過泵電機將轉子水平壓入定子內，完成定轉子合裝;非傳動端使用假軸和導向套定位，傳動端使用高精度導向桿導向;使用泵電機將轉子水平壓入定子內，完成定轉子合裝。

該裝配夾具，便于裝配，可操作性強;成本低，在行業用途廣泛;技術系統在較小成本的改動下，能使得電機定轉子的裝配質量達到最佳。使電機正常工作時，無振動、噪音及發熱等質量問題。

從質量檢查記錄可以看出[4]，采用新裝配工藝及夾具以來，不僅提高了電機的運行質量，而且大大減少了定轉子的絕緣損壞數量，節省了維修及返修成本，而且為某公司帶來了經濟效益。

參考文獻：

[1]程義，柯寶平，潘岱松，吳先坤.一種新能源汽車用永磁同步電機磁路優化分析[J].客車技術，2019（06）：17-19.

[2]古海江.新能源汽車用永磁同步電機的設計與分析[D].河北工業大學，2016.

[3]王光斗.機床夾具設計手冊[S].機械工業出版社，2015.

[4]萬宏鋼.《機械設計基礎》課程實驗教學的探討[J].南方農機，2019，50（23）：196.

[5]朱耀祥，浦林祥.現代夾具設計手冊[M].機械工業出版社，2013.