2007, 34(4)
应 用ξEM CA
永磁电机制造关键工艺浅议
牛志钧
(永济电机厂, 山西永济44502)
摘 要:介绍了永磁电机制造中的关键工艺。从工艺要点与工艺过程方面分析了转子的磁钢装配、永磁电机总装配。具体试验验证了该工艺的有效性和价值性。
关键词:永磁电机; 制造工艺; 磁钢装配; 总装
中图分类号:T M305. 1∶T M351 文献标识码:B :2(2007042t M agnet M otor
N I U Zh i 2jun
(Yongji Electric Machine Fact ory, Yongji 044502, China )
Abstract:Key technol ogies in making per manent magnet mot or were intr oduced . The alinco asse mbled of r ot or,
final asse mbly of per manent magnet mot or were analyzed fr om p r ocessing key points and technol ogical p r ocess . The efficiency and value of this technol ogy were verified by actual experi m ents .
Key words:per manen t magnet m otor; manufactur i n g eng i n eer i n g; a li n co a ssem bled; f i n a l a sse m bly
0 概 述
永磁电机因其功率因数高、效率高等特点而在许多领域得到广泛应用。永磁电机一般将磁钢装在转子上, 以保证定子电气联接的可靠性。其结构型式有:磁钢嵌入式———转子冲片冲有磁钢槽, 磁钢装在槽内。因在冲片制造时已充分保证了磁钢槽的对称度, 进而保证了磁路的对称性; 磁钢粘接式———将磁钢用特殊的粘接剂粘在磁轭上, 靠工艺保证磁钢均匀以使磁路对称, 粘接牢固以使在较大的线速度下不至脱开, 如德国RE 2P OW ER 公司的外转子永磁同步风力发电机。
近年来, 北车集团永济电机厂在永磁电机领域开发的系列产品均属磁钢嵌入式结构。主要用于电梯曳引的如YJ46系列永磁同步电动机, 主要用于油田抽油机电机的YJ43、YJ44、YJ52系列永磁同步电动机。
除一般的制造工艺(如机械、热工、电钳工艺) 外, 永磁电机的制造有几个关键工艺:
(1) 由于磁钢的极强吸附力, 在与铁磁性材料(如铁心、转轴等) 靠近时极易吸附。转子装配时, 磁钢与转子磁钢槽装配间隙仅0. 1mm 左右, 当磁钢接近转子铁心时, 极强的吸附力将磁钢直
接吸附在铁心上而很难装入槽内; 而一旦吸附就很难再分开, 装配难度极大且具有一定的危险性。
(2) 总装时转子若没有强劲准确的导向保证, 定、转子将以很强的磁力吸附、抱死, 难以分离, 导致总装失败。
本文主要讨论永磁电机磁钢装配及总装配的关键制造工艺过程。
1 转子的磁钢装配工艺
1. 1 工艺要点
磁钢装配时, 应设法克服磁钢对转子铁心的强磁性吸引力以保证装配顺利, 磁钢极性正确以保证磁路对称。为此进行了详细的工艺试验, 确定了磁钢装配的工艺方案, 设计了磁钢装配工装及导向夹具, 并以合理的手段定性分析所装配磁钢极性, 每槽磁钢相对磁通量数值接近, 即保证磁路对称, 以保证磁钢装配质量。1. 2 工艺过程
(1) 为保证装配的准确无误, 设计工装夹具; (2) 进行磁钢分离、极性标识检查、磁通量相对数值检查, 以保证装配后每极磁通量相等, 同时进行外观检查, 看是否有破损。各种牌号的永磁材料虽有国家标准保证其基本性能, 但各厂的企
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业标准不同, 而且同一牌号的永磁材料即使在同一工厂生产也有工艺上的不同而使不同日期或不同炉号的永磁材料在性能上产生偏差。因此上述检查工作是相当重要的。一台电机应装配同一批号的磁钢, 以保证电机的电磁性能。
(3) 工作场地的准备:将转子装配工作场地用非磁性护栏围起, 并在醒目位置作明确警示; 工作场地清扫干净, 用高压风对场地各角落进行清理, 不允许有铁屑、焊渣等铁磁性废物; 准备好所用的非磁性工装夹具、不锈钢无磁扳手、隔板、木质支撑、铜锤、3240。
(4) ; () , 再次用样板检查转子上的磁钢槽, 然后将防护工装夹具固定于转子上, 准备装磁钢。
(5) 每两块磁钢之间用厚度约15mm 的非磁性板隔开, 并在每块磁钢的两个大面(工作面) 上标明“N ”、“S ”极性, 且明确标写磁通量的相对数值。数值相同的磁钢基本上是在一起放置的, 以便于装配。用手在木质支撑上将磁钢分开。注意:请一定不要拿两块磁钢进行操作, 一旦吸附在一起, 将无法进行分离, 且两块磁钢吸附过程中极易伤人, 非常危险。要求操作者在操作过程中一定要将磁钢一块一块装配。将磁钢远离铁磁性材料, 然后再装入磁钢导向工装里, 对准转子上的磁钢槽。此时应注意磁钢的“N ”、“S ”装配极性以及磁钢磁通量相对数值。装配时不要将一个转子槽中磁钢全部装满, 而是先将整个转子磁钢槽分别各装一块、两块……直到最后完成全部装配。装配时, 如某块磁钢装配不到位, 可以用铜棒或非磁性硬棒将磁钢推到位。注意:不能用力过猛, 以免将磁钢敲打破损。
(6) 用指南针对准转子外圆各槽检查磁钢极性, 极性合格后装配其他固定用的零部件; 最后将转子整体用白布包好, 准备流入下一工序。
以分开, 甚至报废, 且易造成人身伤害。传统的立装或卧装工艺已无法满足要求, 因此在保证定、转子绝对同心的条件下再行总装是工艺关键。2. 2 工艺过程
(1) 设计一不带磁性的假转子, 用假转子将
机座校正;
(2) 装端盖、永磁转子; (3) 总装。
、总装机等、YJ44等系, 操作性可靠。目, 业中处领先地位, 使我厂在国内油田、电梯用永磁电机领域内保持。工艺技术领先, 新市场拓展迅速。
在没有专用总装机情况下, YJ43、YJ44永磁电机总装时利用T68镗床进行装配。在装配过程中发现镗床的镗杆刚度不够, 极易造成设备损坏; 而YJ46功率较大, 转子磁场强, 无法利用T68镗床进行装配。为了满足市场需求, 2004年我厂与专用机床厂家共同研制了总装机, 可满足较大功率永磁电机生产需要。另外, 通过一段时间的生产摸索, 设计补充了部分工装, 如总装配之前采用了假转子工装导向定位, 并改进了工艺方法, 使生产效率提高约2～3倍。
3 工艺水平提升情况
结合永磁电机制造, 我厂在如下几方面提升, 工艺技术水平。
(1) 转子铸铝与磁钢装配同时考虑:在研制YJ43、YJ44系列油田用永磁电机制造时, 由于转子是鼠笼式铸铝结构, 磁钢槽形复杂, 且与铸铝导条仅间隔1mm , 铸铝后磁钢槽变形状况难以控制, 国内同类电机生产制造时报废率较高。为此在工艺上制定转子磁钢槽形定位保证方案, 铸铝与磁钢装配同时考虑, 配置了槽形修整及磁钢装配导向等一系列装置, 使磁钢容易装配到位, 转子动平衡不受影响, 达到设计的精度要求。
(2) 磁钢“分层式”装配:在YJ46、YJ46E 系列电梯用永磁电机制造工艺方面, 由于冲片结构更为复杂, 每台转子装配100块磁钢, 磁钢吸附、排斥力极强, 因而在工艺上采用“分层式”装配方
2 总装工艺
2. 1 工艺要点
装有磁钢的转子整体吸附力极强, 定、转子之
间气隙较小, 在总装时容易造成定、转子之间因引力大而发生碰撞, 可能导致定、转子吸附在一起难
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案, 配制精确的导向非标准装置, 使磁钢克服吸附
力、排斥力顺利进入槽内, 装配设计位置, 避免了磁钢破损, 同时使磁钢装配工效提高三分之一, 保证极性正确。
(3) 采用假转子定位总装:因常规工艺装配使定、转子装配时吸附粘死而无法装配, 通过假转子、定装机构与车床结合调试, 使定转子装配到位。
总之, 采用以上工艺制造方法, 填补了我厂在永磁电机转子磁钢装配、总装配及检测工艺上的
空白, 使我厂在永磁电机制造工艺技术水平方面
具有成熟的技术飞跃和技术支持。
【参考文献】
[1] 唐任远. 现代永磁电机理论与设计[M].北京:机械
工业出版社, 2000.
[2] 李钟明, 刘卫国. 稀土永磁电机[M].北京:国防工
业出版社, 1999.
:2006210209
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, 还可使操
。 取水泵房串级控制系统设计的关键在于选好副被控变量:
首先, 副被控变量与主被控变量应有直接因果联系;
其次, 副被控变量应能受主要扰动的影响, 并有所反映;
此外, 副被控变量应处于整个对象的中间点, 主、副对象要适当分割。
选取清水池进水流量作为副被控变量既是根据调度员手动控制的实践, 又是根据串级控制系统理论得出的。在主、副控制器的控制规律选择上, 主控制器应该选用P I 、P I D 或其他特殊的控制规律, 副控制器一般选用P 或P I 为宜。因为副控制器的控制目标是使主被控变量平稳, 对副被控变量的过渡过程品质并没有严格的要求, 只是要求过渡过程快一点, 在保持稳定的条件上控制作用适当强一些。一般副控制器选用比例控制规律已经可以合格。
接受水泵站的监控, 还要接受监控总中心的监控, 且必须具有远程I/O接口。
特别要指出的是:变频调速不是单一进行的, 它与整个水厂工艺流程, 乃至整个城市的供水优化调度有不可分割的流程监控关系。本系统采用的是西门子自动化技术、西门子G150及SI M O 2VERT MV I N TI A 装置, 可以在网络监控方面做
到三个统一:一是统一编程, 将驱动工具集成到SI M ATI C 管理器中, 通过SI M ATI C, 可统一网上任
何点上的计算机界面和操作环境; 二是可做到统一数据储存管理; 三是统一通信方式。
在变频器的电压选择中, 小于500k W 的水泵机组要尽量选用低压等级的变频器; 500k W 至1000k W 的水泵机组可选用690V 的三电平变
频器; 大于800k W 以上的水泵机组可选用2. 3/3. 3/4. 16/6. 0/6. 6k V 等系列的变频器。对于中
压型的变频器, 要尽量造用耐压等级高的高可靠性的中压I G BT 元件, 用来组建整流侧和逆变侧的直流回路, 无需限流电控器, 具有短路保护、触发器数目少、无缓冲/吸收电路、模块化结构紧凑、维修方便、可靠性高等优点。
【参考文献】
[1] 陈伯时. 交流变频传动控制的发展[C ].北京:第一
4 结 语
在现代自动化水厂中, 为了满足工艺要求, 一
般都采用变频调速代替老式的阀门调节, 以平滑调节进水流量及出水压力。变频调速可以降低电耗, 还可实现取水泵房、送水泵房的自动控制, 且无人值守即可进行安全、优质、高效、低耗地供水, 推动了供水技术的进步。还有一点要指出的是:水泵站的变频调速是整个监控系统的重要设备之一, 它的通信功能必须具备网络监控的性能, 除了
届变频器与伺服企业论坛, 2004:123.
[2] 陈立珍. 水工业领域与调速节能技术[J ].变频器世
界, 2002(1) :427.
[3] 马小亮. 变频器选型中的几个问题[C ].深圳:变频
器行业企业家论坛, 2002.
收稿日期:2006210220
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永磁电机制造关键工艺浅议
牛志钧
(永济电机厂, 山西永济44502)
摘 要:介绍了永磁电机制造中的关键工艺。从工艺要点与工艺过程方面分析了转子的磁钢装配、永磁电机总装配。具体试验验证了该工艺的有效性和价值性。
关键词:永磁电机; 制造工艺; 磁钢装配; 总装
中图分类号:T M305. 1∶T M351 文献标识码:B :2(2007042t M agnet M otor
N I U Zh i 2jun
(Yongji Electric Machine Fact ory, Yongji 044502, China )
Abstract:Key technol ogies in making per manent magnet mot or were intr oduced . The alinco asse mbled of r ot or,
final asse mbly of per manent magnet mot or were analyzed fr om p r ocessing key points and technol ogical p r ocess . The efficiency and value of this technol ogy were verified by actual experi m ents .
Key words:per manen t magnet m otor; manufactur i n g eng i n eer i n g; a li n co a ssem bled; f i n a l a sse m bly
0 概 述
永磁电机因其功率因数高、效率高等特点而在许多领域得到广泛应用。永磁电机一般将磁钢装在转子上, 以保证定子电气联接的可靠性。其结构型式有:磁钢嵌入式———转子冲片冲有磁钢槽, 磁钢装在槽内。因在冲片制造时已充分保证了磁钢槽的对称度, 进而保证了磁路的对称性; 磁钢粘接式———将磁钢用特殊的粘接剂粘在磁轭上, 靠工艺保证磁钢均匀以使磁路对称, 粘接牢固以使在较大的线速度下不至脱开, 如德国RE 2P OW ER 公司的外转子永磁同步风力发电机。
近年来, 北车集团永济电机厂在永磁电机领域开发的系列产品均属磁钢嵌入式结构。主要用于电梯曳引的如YJ46系列永磁同步电动机, 主要用于油田抽油机电机的YJ43、YJ44、YJ52系列永磁同步电动机。
除一般的制造工艺(如机械、热工、电钳工艺) 外, 永磁电机的制造有几个关键工艺:
(1) 由于磁钢的极强吸附力, 在与铁磁性材料(如铁心、转轴等) 靠近时极易吸附。转子装配时, 磁钢与转子磁钢槽装配间隙仅0. 1mm 左右, 当磁钢接近转子铁心时, 极强的吸附力将磁钢直
接吸附在铁心上而很难装入槽内; 而一旦吸附就很难再分开, 装配难度极大且具有一定的危险性。
(2) 总装时转子若没有强劲准确的导向保证, 定、转子将以很强的磁力吸附、抱死, 难以分离, 导致总装失败。
本文主要讨论永磁电机磁钢装配及总装配的关键制造工艺过程。
1 转子的磁钢装配工艺
1. 1 工艺要点
磁钢装配时, 应设法克服磁钢对转子铁心的强磁性吸引力以保证装配顺利, 磁钢极性正确以保证磁路对称。为此进行了详细的工艺试验, 确定了磁钢装配的工艺方案, 设计了磁钢装配工装及导向夹具, 并以合理的手段定性分析所装配磁钢极性, 每槽磁钢相对磁通量数值接近, 即保证磁路对称, 以保证磁钢装配质量。1. 2 工艺过程
(1) 为保证装配的准确无误, 设计工装夹具; (2) 进行磁钢分离、极性标识检查、磁通量相对数值检查, 以保证装配后每极磁通量相等, 同时进行外观检查, 看是否有破损。各种牌号的永磁材料虽有国家标准保证其基本性能, 但各厂的企
—59—
应 用ξEM
CA
2007, 34(4)
业标准不同, 而且同一牌号的永磁材料即使在同一工厂生产也有工艺上的不同而使不同日期或不同炉号的永磁材料在性能上产生偏差。因此上述检查工作是相当重要的。一台电机应装配同一批号的磁钢, 以保证电机的电磁性能。
(3) 工作场地的准备:将转子装配工作场地用非磁性护栏围起, 并在醒目位置作明确警示; 工作场地清扫干净, 用高压风对场地各角落进行清理, 不允许有铁屑、焊渣等铁磁性废物; 准备好所用的非磁性工装夹具、不锈钢无磁扳手、隔板、木质支撑、铜锤、3240。
(4) ; () , 再次用样板检查转子上的磁钢槽, 然后将防护工装夹具固定于转子上, 准备装磁钢。
(5) 每两块磁钢之间用厚度约15mm 的非磁性板隔开, 并在每块磁钢的两个大面(工作面) 上标明“N ”、“S ”极性, 且明确标写磁通量的相对数值。数值相同的磁钢基本上是在一起放置的, 以便于装配。用手在木质支撑上将磁钢分开。注意:请一定不要拿两块磁钢进行操作, 一旦吸附在一起, 将无法进行分离, 且两块磁钢吸附过程中极易伤人, 非常危险。要求操作者在操作过程中一定要将磁钢一块一块装配。将磁钢远离铁磁性材料, 然后再装入磁钢导向工装里, 对准转子上的磁钢槽。此时应注意磁钢的“N ”、“S ”装配极性以及磁钢磁通量相对数值。装配时不要将一个转子槽中磁钢全部装满, 而是先将整个转子磁钢槽分别各装一块、两块……直到最后完成全部装配。装配时, 如某块磁钢装配不到位, 可以用铜棒或非磁性硬棒将磁钢推到位。注意:不能用力过猛, 以免将磁钢敲打破损。
(6) 用指南针对准转子外圆各槽检查磁钢极性, 极性合格后装配其他固定用的零部件; 最后将转子整体用白布包好, 准备流入下一工序。
以分开, 甚至报废, 且易造成人身伤害。传统的立装或卧装工艺已无法满足要求, 因此在保证定、转子绝对同心的条件下再行总装是工艺关键。2. 2 工艺过程
(1) 设计一不带磁性的假转子, 用假转子将
机座校正;
(2) 装端盖、永磁转子; (3) 总装。
、总装机等、YJ44等系, 操作性可靠。目, 业中处领先地位, 使我厂在国内油田、电梯用永磁电机领域内保持。工艺技术领先, 新市场拓展迅速。
在没有专用总装机情况下, YJ43、YJ44永磁电机总装时利用T68镗床进行装配。在装配过程中发现镗床的镗杆刚度不够, 极易造成设备损坏; 而YJ46功率较大, 转子磁场强, 无法利用T68镗床进行装配。为了满足市场需求, 2004年我厂与专用机床厂家共同研制了总装机, 可满足较大功率永磁电机生产需要。另外, 通过一段时间的生产摸索, 设计补充了部分工装, 如总装配之前采用了假转子工装导向定位, 并改进了工艺方法, 使生产效率提高约2～3倍。
3 工艺水平提升情况
结合永磁电机制造, 我厂在如下几方面提升, 工艺技术水平。
(1) 转子铸铝与磁钢装配同时考虑:在研制YJ43、YJ44系列油田用永磁电机制造时, 由于转子是鼠笼式铸铝结构, 磁钢槽形复杂, 且与铸铝导条仅间隔1mm , 铸铝后磁钢槽变形状况难以控制, 国内同类电机生产制造时报废率较高。为此在工艺上制定转子磁钢槽形定位保证方案, 铸铝与磁钢装配同时考虑, 配置了槽形修整及磁钢装配导向等一系列装置, 使磁钢容易装配到位, 转子动平衡不受影响, 达到设计的精度要求。
(2) 磁钢“分层式”装配:在YJ46、YJ46E 系列电梯用永磁电机制造工艺方面, 由于冲片结构更为复杂, 每台转子装配100块磁钢, 磁钢吸附、排斥力极强, 因而在工艺上采用“分层式”装配方
2 总装工艺
2. 1 工艺要点
装有磁钢的转子整体吸附力极强, 定、转子之
间气隙较小, 在总装时容易造成定、转子之间因引力大而发生碰撞, 可能导致定、转子吸附在一起难
—60—
2007, 34(4)
应 用ξEM CA
案, 配制精确的导向非标准装置, 使磁钢克服吸附
力、排斥力顺利进入槽内, 装配设计位置, 避免了磁钢破损, 同时使磁钢装配工效提高三分之一, 保证极性正确。
(3) 采用假转子定位总装:因常规工艺装配使定、转子装配时吸附粘死而无法装配, 通过假转子、定装机构与车床结合调试, 使定转子装配到位。
总之, 采用以上工艺制造方法, 填补了我厂在永磁电机转子磁钢装配、总装配及检测工艺上的
空白, 使我厂在永磁电机制造工艺技术水平方面
具有成熟的技术飞跃和技术支持。
【参考文献】
[1] 唐任远. 现代永磁电机理论与设计[M].北京:机械
工业出版社, 2000.
[2] 李钟明, 刘卫国. 稀土永磁电机[M].北京:国防工
业出版社, 1999.
:2006210209
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, 还可使操
。 取水泵房串级控制系统设计的关键在于选好副被控变量:
首先, 副被控变量与主被控变量应有直接因果联系;
其次, 副被控变量应能受主要扰动的影响, 并有所反映;
此外, 副被控变量应处于整个对象的中间点, 主、副对象要适当分割。
选取清水池进水流量作为副被控变量既是根据调度员手动控制的实践, 又是根据串级控制系统理论得出的。在主、副控制器的控制规律选择上, 主控制器应该选用P I 、P I D 或其他特殊的控制规律, 副控制器一般选用P 或P I 为宜。因为副控制器的控制目标是使主被控变量平稳, 对副被控变量的过渡过程品质并没有严格的要求, 只是要求过渡过程快一点, 在保持稳定的条件上控制作用适当强一些。一般副控制器选用比例控制规律已经可以合格。
接受水泵站的监控, 还要接受监控总中心的监控, 且必须具有远程I/O接口。
特别要指出的是:变频调速不是单一进行的, 它与整个水厂工艺流程, 乃至整个城市的供水优化调度有不可分割的流程监控关系。本系统采用的是西门子自动化技术、西门子G150及SI M O 2VERT MV I N TI A 装置, 可以在网络监控方面做
到三个统一:一是统一编程, 将驱动工具集成到SI M ATI C 管理器中, 通过SI M ATI C, 可统一网上任
何点上的计算机界面和操作环境; 二是可做到统一数据储存管理; 三是统一通信方式。
在变频器的电压选择中, 小于500k W 的水泵机组要尽量选用低压等级的变频器; 500k W 至1000k W 的水泵机组可选用690V 的三电平变
频器; 大于800k W 以上的水泵机组可选用2. 3/3. 3/4. 16/6. 0/6. 6k V 等系列的变频器。对于中
压型的变频器, 要尽量造用耐压等级高的高可靠性的中压I G BT 元件, 用来组建整流侧和逆变侧的直流回路, 无需限流电控器, 具有短路保护、触发器数目少、无缓冲/吸收电路、模块化结构紧凑、维修方便、可靠性高等优点。
【参考文献】
[1] 陈伯时. 交流变频传动控制的发展[C ].北京:第一
4 结 语
在现代自动化水厂中, 为了满足工艺要求, 一
般都采用变频调速代替老式的阀门调节, 以平滑调节进水流量及出水压力。变频调速可以降低电耗, 还可实现取水泵房、送水泵房的自动控制, 且无人值守即可进行安全、优质、高效、低耗地供水, 推动了供水技术的进步。还有一点要指出的是:水泵站的变频调速是整个监控系统的重要设备之一, 它的通信功能必须具备网络监控的性能, 除了
届变频器与伺服企业论坛, 2004:123.
[2] 陈立珍. 水工业领域与调速节能技术[J ].变频器世
界, 2002(1) :427.
[3] 马小亮. 变频器选型中的几个问题[C ].深圳:变频
器行业企业家论坛, 2002.
收稿日期:2006210220
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