6MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子扇形沖片鐵心疊壓模設(shè)計(jì)及應(yīng)用

許竹君，余 冰

（國(guó)電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)（宜興）有限公司，江蘇 宜興 214200）

前言

本公司試制的6MW雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)所用定子沖片外圓直徑Φ1340mm，材質(zhì)為0.5mm厚的硅鋼片，而市場(chǎng)上銷售的硅鋼片最大寬度1200mm，故采用由6個(gè)扇形片的形式拼接成一塊整體定子沖片，從而降低了模具制作成本。扇形沖片的沖制特點(diǎn)是一次復(fù)沖成形，生產(chǎn)效率高，沖片精度好，不足之處是模具制作復(fù)雜，且不能通用，疊壓過(guò)程速度慢。

風(fēng)機(jī)鐵心采用斜槽的目的是削弱電機(jī)齒諧波磁場(chǎng)而引起的附加轉(zhuǎn)矩和電磁噪音，提高電機(jī)效率。對(duì)于一般的轉(zhuǎn)子鼠籠電機(jī)都采用轉(zhuǎn)子斜槽，而對(duì)于帶絕緣的繞線轉(zhuǎn)子就不方便了。繞線式異步電機(jī)削弱齒諧波的措施就是定子鐵心采用斜槽結(jié)構(gòu)，即在整個(gè)鐵心長(zhǎng)度上下齒槽斜過(guò)一個(gè)齒距，其目的是為了有效減少諧波的產(chǎn)生，降低諧波損耗，提高效率，并且提高了輸出波形質(zhì)量。由于該結(jié)構(gòu)的特殊性，這不僅給疊壓扇形沖片帶來(lái)了一定的困難，而且為疊壓模的制作精度增加了難度。針對(duì)疊壓工藝過(guò)程的困難，經(jīng)過(guò)反復(fù)論證研究，我們?cè)O(shè)計(jì)了定子扇形沖片疊壓模，成功地解決了定子扇形片疊壓困難的問(wèn)題。

必須保證的兩個(gè)角度如圖1。

圖1

1 疊壓模的設(shè)計(jì)思路

定子沖片疊壓的尺寸精度要求取決于疊壓模的制造精度，由于定子鐵心斜槽結(jié)構(gòu)，所以六個(gè)扇形必須有六根斜長(zhǎng)鍵定位來(lái)保證其傾斜角度，每根斜長(zhǎng)鍵沿圓周60°等分。整個(gè)疊壓過(guò)程中，必須保證疊壓模的兩個(gè)角度，即（1）斜長(zhǎng)鍵的傾斜角度 2.5°。（2）每根斜長(zhǎng)鍵沿圓周之間的夾角60°，這樣才能保證每個(gè)扇形片不會(huì)交錯(cuò)，順利完成定子鐵心的疊壓。本公司設(shè)計(jì)制作的定子扇形沖片疊壓模在生產(chǎn)中不但解決了尺寸精度的問(wèn)題，而且疊壓方法操作簡(jiǎn)便，脫模順利。

疊壓模的結(jié)構(gòu)：定子沖片的疊壓所使用的專用扇形沖片疊壓模，其結(jié)構(gòu)由下壓板、周向定位塊、螺桿、胎芯、吊環(huán)螺釘、上壓板、斜長(zhǎng)鍵、預(yù)壓壓圈等組成，如圖2所示。

其中胎芯是由一個(gè)圓筒體外側(cè)三個(gè)固定筋板條和三個(gè)帶斜長(zhǎng)鍵的定位筋板組成，這樣的設(shè)計(jì)一方面保證每個(gè)扇形片內(nèi)圓弧邊都有兩個(gè)點(diǎn)定位，另一方面減少了鐵心內(nèi)圓與胎芯外圓接觸面積，降低了摩擦力，便于脫模。

圖2 疊壓模結(jié)構(gòu)示意圖

2 疊壓原理分析

定子鐵心疊壓采用兩張扇形沖片為一疊，拼接成一圈后再旋轉(zhuǎn)30°疊第二層，接縫錯(cuò)開，交叉疊裝，依次層層疊裝，并穿插疊入通風(fēng)槽板，由于是斜槽結(jié)構(gòu)，疊壓模需用六根斜長(zhǎng)鍵扭斜螺旋角2.5°來(lái)定位扇形沖片，定子鐵心內(nèi)孔尺寸由胎芯外徑來(lái)確定，每疊層槽形利用十二根較短的槽樣棒來(lái)保證。疊壓過(guò)半時(shí)，采用預(yù)壓壓圈進(jìn)行預(yù)壓，壓力參數(shù)2.4-3MPa，保壓15min。疊壓過(guò)程中，定子壓圈由上下壓板定位，并使用壓圈周向定位塊。因胎芯為非脹胎結(jié)構(gòu)，給定子鐵心脫模帶來(lái)困難。為保證順利脫模，疊壓模上下壓板設(shè)置了4個(gè)螺桿固定住鐵心。保壓狀態(tài)下焊接筋板，焊接采用氣體保護(hù)焊，焊接順序?yàn)檩S向交錯(cuò)焊接，周向?qū)ΨQ焊接，待鐵心冷卻后再撤除壓力，如此可盡量減少焊接變形，同時(shí)保證鐵心內(nèi)圓和槽形的整齊。

3 疊壓后鐵心尺寸精度分析

脫模焊接后對(duì)定子鐵心各部位的尺寸進(jìn)行檢測(cè)，槽口用通規(guī)能順利通過(guò)，內(nèi)孔尺寸發(fā)現(xiàn)下端比上端要大0.14mm，如圖3所示。

分析原因：（1）脫模時(shí)由于張力引起沖片擴(kuò)張。（2）疊壓加壓后疊片之間產(chǎn)生蠕動(dòng)、位移。通過(guò)測(cè)量疊壓后的定子鐵心內(nèi)孔尺寸在公差范圍之內(nèi)，但是為確保鐵心尺寸精度，仍需對(duì)疊壓模進(jìn)行改進(jìn)。為此，我們將鐵心外圓增添了哈夫抱箍結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

圖3 定子鐵心外圓位移示意圖

圖4 定子鐵心加壓后變形示意圖

通過(guò)對(duì)鐵心外圓的緊固，有效地防止了疊壓時(shí)沖片產(chǎn)生的蠕動(dòng)和位移。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析，工藝方案制定及疊壓模具驗(yàn)證說(shuō)明該沖片疊壓模的設(shè)計(jì)切實(shí)可行，達(dá)到工藝要求與圖紙的設(shè)計(jì)要求，解決了扇形沖片疊壓的尺寸精度要求，槽形整齊而無(wú)需修理，一次成形，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沖片精度好，操作方便，為發(fā)電機(jī)批量生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣應(yīng)用。

[1]方日杰. 電機(jī)制造工藝學(xué)[M]. 北京： 北京機(jī)械工業(yè)出版社, 1995.