大功率永磁同步電機拆裝工藝方案分析及工藝優(yōu)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(jìn)行總裝時，由于永磁電機轉(zhuǎn)子內(nèi)嵌永磁體，帶有很大的磁力，對定子等導(dǎo)磁材料吸附能力較強，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子由于磁力作用無法裝入定子中去，而且定轉(zhuǎn)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(zhì)量隱患。通過跟蹤、改進(jìn)、驗證，目前已研制一種既效率高又裝配質(zhì)量好的裝備—專用臥式導(dǎo)向定位裝配夾具設(shè)計，該夾具是一種既可以導(dǎo)向轉(zhuǎn)子又可將轉(zhuǎn)子推入定子內(nèi)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(yè)內(nèi)具備大規(guī)模推廣的價值。

關(guān)鍵詞：永磁同步電機;定轉(zhuǎn)子合裝吸附;夾具設(shè)計;優(yōu)化工藝

中圖分類號：TM341? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)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(fā)展，其特點是功率因數(shù)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(qū)動方面尤為突出，是一種很有前途的節(jié)能電機。但是，永磁電機的總裝工藝較傳統(tǒng)電機的總裝工藝有所不同，轉(zhuǎn)子內(nèi)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(zhuǎn)子合裝部分，是永磁電機總裝成功的關(guān)鍵。

本文從永磁同步電機的性能分析出發(fā)[1]，描述了永磁同步電機的主要關(guān)鍵技術(shù)，調(diào)研了永磁同步電機在新能源汽車行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，根據(jù)工信部收集調(diào)查的數(shù)據(jù)顯示，永磁同步電機已成為新能源汽車行業(yè)發(fā)展的主力軍，成為未來驅(qū)動電機行業(yè)的主流發(fā)展。因其節(jié)能減排、排放環(huán)保致使永磁同步電機作為新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)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(jīng)濟效益和社會效益，對節(jié)能減排意義重大。在可靠性和穩(wěn)定性方面，永磁同步電動機也具有可貴的優(yōu)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(zhuǎn)子之間的氣隙很小（2～3.5mm的雙邊間隙），定轉(zhuǎn)子合裝時，轉(zhuǎn)子在下落過程中受到定轉(zhuǎn)子之間強大的磁力作用，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子受到的磁力作用小于自身的重力，轉(zhuǎn)子可以緩慢下落，當(dāng)下落到一定距離，轉(zhuǎn)子受到的磁力和自身的重力相等時，轉(zhuǎn)子便不再下落，使得定轉(zhuǎn)子合裝無法完成。

2? 裝配困難現(xiàn)狀分析

2.1 當(dāng)前裝配工藝系統(tǒng)組成

由當(dāng)前的工藝過程作出工作流程圖，見圖1。

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

2.2 因果鏈分析，找問題關(guān)鍵點

根據(jù)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(zhuǎn)子裝配困難的關(guān)鍵問題點：磁力太強，定轉(zhuǎn)子不能正常裝配;產(chǎn)品性能要求定轉(zhuǎn)子之間間隙太小。

3? 新工藝方案的探討與設(shè)計思路

3.1 從電機裝配時，磁力太強，定轉(zhuǎn)子不能正常裝配為入手點解決問題

電機裝配時，根據(jù)電磁學(xué)的知識，由于定轉(zhuǎn)子都是對稱圓周結(jié)構(gòu)，倘若定、轉(zhuǎn)子絕對同心，即定、轉(zhuǎn)子的軸向中心線完全重合，則轉(zhuǎn)子對定子的電磁力為零，這樣定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子軸向中心線偏離的越大，定轉(zhuǎn)子之間的磁力越強，轉(zhuǎn)子便越易向靠近的一方相吸。所以，設(shè)計高精導(dǎo)向桿是解決該難點的關(guān)鍵，其導(dǎo)向裝置圖見圖3。

3.2 從定轉(zhuǎn)子之間的間隙?。O易吸附）為入手點解決問題

根據(jù)分析時找出的問題，如果定轉(zhuǎn)子之間的間隙大，那么容易裝配，導(dǎo)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(tài)，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(zhì)量），在確定保證定轉(zhuǎn)子之間間隙合適的情況下，保證電機質(zhì)量。要定轉(zhuǎn)子之間間隙小，因為要保證電機的正常使用;但是，定轉(zhuǎn)子之間間隙小，容易碰傷絕緣放電，導(dǎo)致灼傷或損壞電機。因此在定子與轉(zhuǎn)子的裝配空間上，通過增加一個雙半圓的不導(dǎo)磁定位圈見圖4，提高裝配質(zhì)量。

4? 結(jié)構(gòu)設(shè)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(jìn)、驗證，目前已研制一種既效率高又裝配質(zhì)量好的裝配夾具[3]，見圖5。該夾具是一種既可以導(dǎo)向轉(zhuǎn)子又可將轉(zhuǎn)子推入定子內(nèi)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(zhì)量且可操作性較強。該方案[5]在行業(yè)內(nèi)具備大規(guī)模推廣的價值。

5? 結(jié)論

通過分析探討，定子固定，轉(zhuǎn)子移動，確保定子內(nèi)圓與轉(zhuǎn)子外圓之間的間隙相等，以此保證裝配質(zhì)量。以軸為定位導(dǎo)向通過泵電機將轉(zhuǎn)子推入定子內(nèi)腔，完成裝配。裝配夾具設(shè)計時，應(yīng)考慮在機殼端部裝一個不導(dǎo)磁兩半環(huán)與機殼端部用螺栓固定，其尺寸與轉(zhuǎn)子外圓采用小間隙配合。將傳統(tǒng)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(zhuǎn)子水平壓入定子內(nèi)，完成定轉(zhuǎn)子合裝;非傳動端使用假軸和導(dǎo)向套定位，傳動端使用高精度導(dǎo)向桿導(dǎo)向;使用泵電機將轉(zhuǎn)子水平壓入定子內(nèi)，完成定轉(zhuǎn)子合裝。

該裝配夾具，便于裝配，可操作性強;成本低，在行業(yè)用途廣泛;技術(shù)系統(tǒng)在較小成本的改動下，能使得電機定轉(zhuǎn)子的裝配質(zhì)量達(dá)到最佳。使電機正常工作時，無振動、噪音及發(fā)熱等質(zhì)量問題。

從質(zhì)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(zhì)量，而且大大減少了定轉(zhuǎn)子的絕緣損壞數(shù)量，節(jié)省了維修及返修成本，而且為某公司帶來了經(jīng)濟效益。

參考文獻(xiàn)：

[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(yōu)化分析[J].客車技術(shù)，2019（06）：17-19.

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

[3]王光斗.機床夾具設(shè)計手冊[S].機械工業(yè)出版社，2015.

[4]萬宏鋼.《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程實驗教學(xué)的探討[J].南方農(nóng)機，2019，50（23）：196.

[5]朱耀祥，浦林祥.現(xiàn)代夾具設(shè)計手冊[M].機械工業(yè)出版社，2013.