鐵芯熱處理在小功率空調(diào)風(fēng)扇電機(jī)的應(yīng)用范文

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摘要：電機(jī)作為一個(gè)能量轉(zhuǎn)換的機(jī)械裝置，其能量轉(zhuǎn)換效率的大小直接影響能源消耗多少。對(duì)于高效率的電機(jī)，能以少量的能源消耗獲得大的輸出功率，因此對(duì)于如何以最優(yōu)成本獲得電機(jī)效率的提高，一直是電機(jī)生產(chǎn)廠家研究的課題。對(duì)硅鋼片進(jìn)行熱處理能夠獲得較好的磁性能及較低的鐵芯損耗，在壓縮機(jī)等領(lǐng)域均有較為廣泛的應(yīng)用。本文將從熱處理工藝的特點(diǎn)出發(fā)，對(duì)影響小功率空調(diào)單相異步電機(jī)的電機(jī)性能、噪音及過(guò)程工藝的相關(guān)因素展開(kāi)論述。

關(guān)鍵詞：熱處理；電機(jī)性能；電機(jī)噪音

前言

隨著空調(diào)產(chǎn)業(yè)愈加成熟，成本逐漸透明，且消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品消費(fèi)的觀念愈加理性，性價(jià)比已經(jīng)成為消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品選用的重要考量標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)生產(chǎn)制造企業(yè)來(lái)講，如何在現(xiàn)有成本條件下，滿足消費(fèi)者愈來(lái)愈高的消費(fèi)要求，如何用最小的投入提升產(chǎn)品性能，進(jìn)而提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，已經(jīng)成為企業(yè)中科研攻關(guān)的重要研究課題。本文重點(diǎn)論述空調(diào)風(fēng)扇電機(jī)的定轉(zhuǎn)子鐵芯在導(dǎo)入熱處理工藝后對(duì)產(chǎn)品性能、噪音、成本及制程工藝影響的分析與解決經(jīng)驗(yàn)。

1鐵芯熱處理機(jī)理

從原理上講，鐵芯在電機(jī)中起主要作用的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)分別為鐵損、磁性能。因此電機(jī)硅鋼片的熱處理需要圍繞這兩個(gè)基本參數(shù)進(jìn)行考慮，以便達(dá)到降低熱處理之后的鐵芯損耗及提高熱處理之后鐵芯磁性能的目的，所以選用連續(xù)退火中的發(fā)藍(lán)工藝。主要目的是為了使硅鋼片在高溫作用下，與氧化劑作用并在鐵芯表面生成一層致密的氧化膜，以獲得較高的絕緣電阻，減少鐵芯的渦流損耗。同時(shí)發(fā)藍(lán)過(guò)程也是一個(gè)去應(yīng)力過(guò)程，還能起到很好的防銹和防腐蝕的作用。

1.1發(fā)藍(lán)原理熱處理過(guò)程中，各種氧化劑與加熱的硅鋼片相互作用，會(huì)形成一層氧化膜，這層膜可能是：①氧化亞鐵FeO膜：呈灰色，性能不穩(wěn)定，易分解出游離鐵，絕緣電阻低，當(dāng)硅鋼片彎折時(shí)很容易脫落。②四氧化三鐵Fe3O4膜：略帶黑色，有較高的絕緣電阻及良好的附著力。③氧化鐵Fe2O3膜：呈紅色，絕緣電阻最高，有良好附著力。如果熱處理方式得當(dāng)，形成的氧化膜是由Fe3O4和Fe2O3一層蓋一層的混合物組成，表面呈藍(lán)黑色，所以這種熱處理又叫發(fā)藍(lán)處理。另作為熱處理的氧化劑有許多種，實(shí)踐證明空氣和水蒸氣的混合氣體較為適宜，成本也低。

2對(duì)整機(jī)的影響

選用我司一款空調(diào)壁掛機(jī)產(chǎn)品,暫命名為FN50，根據(jù)客戶的要求，需要加大電機(jī)輸出功率P2到56W，同時(shí)效率η≥54%，轉(zhuǎn)速n≥1330rpm，溫升△T≤78K，且不能大于現(xiàn)有電機(jī)結(jié)構(gòu)：鐵芯規(guī)格79×44，疊厚50mm，半定子燕尾槽拼合成圓結(jié)構(gòu)。我們嘗試使用現(xiàn)有條件下的所有手段進(jìn)行調(diào)整，均無(wú)法保證轉(zhuǎn)速溫升等性能達(dá)標(biāo)的條件下，將電機(jī)輸出提高6W，因此對(duì)其建模，進(jìn)行有限元分析,發(fā)現(xiàn)電機(jī)沖片齒部磁密趨于飽和，所以降低鐵芯損耗可以作為該電機(jī)提效的主要切入點(diǎn)。適用于導(dǎo)入熱處理工藝。

2.1性能影響根據(jù)熱處理后鐵芯損耗降低及磁性能提高的程度，將該需求電機(jī)結(jié)構(gòu)定為：鐵芯規(guī)格79×44，疊厚45mm，半定子燕尾槽拼合成圓結(jié)構(gòu)。

2.2噪音的影響空調(diào)電機(jī)中衡量噪音主要分兩個(gè)部分，一個(gè)是電機(jī)本體的單機(jī)噪音，一個(gè)是負(fù)載噪音，單機(jī)噪音針對(duì)于該功率段的要求為不能高于42db，負(fù)載噪音要求耳聽(tīng)和諧且峰值拉開(kāi)13db。

2.2.1單機(jī)噪音使用懸掛法測(cè)試單機(jī)噪音，發(fā)現(xiàn)單機(jī)噪音明顯高于非熱處理方案，耳聽(tīng)空洞有壓迫感，非常不舒服，總體類似于虛位不良的噪音。拆機(jī)將轉(zhuǎn)子更換為非熱處理轉(zhuǎn)子再進(jìn)行復(fù)測(cè)，噪音明顯改善。拆機(jī)敲擊轉(zhuǎn)子，可以感覺(jué)到非熱處理的轉(zhuǎn)子音質(zhì)明顯實(shí)于熱處理后的轉(zhuǎn)子。取熱處理前后的轉(zhuǎn)子鐵芯全檢尺寸，熱處理后的轉(zhuǎn)子鐵芯雖然尺寸合格，但是疊高尺寸均走的公差上限。因此，可以初步判定熱處理過(guò)程高溫，導(dǎo)致定轉(zhuǎn)子鐵芯微變形，從而影響疊壓系數(shù)，最終引起噪音。為驗(yàn)證上述判斷，取熱處理后的定轉(zhuǎn)子鐵芯，對(duì)其進(jìn)行整形，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，整形設(shè)備壓力控制在≤4T，然后制作樣機(jī)復(fù)測(cè)噪音，發(fā)現(xiàn)單機(jī)噪音非常平穩(wěn)，峰值低了10dB以上。拆機(jī)后敲擊轉(zhuǎn)子，音質(zhì)實(shí)且沉。有鑒于此，可以得出結(jié)論：熱處理后的定轉(zhuǎn)子鐵芯，需要再進(jìn)行整形以保證后工序電機(jī)的噪音。

2.2.2負(fù)載噪音將單機(jī)噪音合格的電機(jī)安裝到負(fù)載中，對(duì)負(fù)載進(jìn)行噪音測(cè)試，截取噪音頻譜分析。從頻譜整體上看，負(fù)載運(yùn)行平穩(wěn)且峰值拉開(kāi)15db，耳聽(tīng)和諧且無(wú)明顯雜音，初步可以判定正確處理后的熱處理工藝的電機(jī)，對(duì)整機(jī)噪音無(wú)影響。

3成本影響

導(dǎo)入熱處理工藝后，電機(jī)定子疊厚由原來(lái)的50疊厚減少到了45疊厚，由于疊厚的降低，進(jìn)而節(jié)約了大量鐵芯和銅線的使用，以及對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子端環(huán)的鋁用量，獲得了較大的成本優(yōu)勢(shì)。但因此部分涉及到公司的商業(yè)機(jī)密以及核心競(jìng)爭(zhēng)力，因此不在此公示實(shí)際數(shù)據(jù)。

4對(duì)制程工藝的影響及解決思路

熱處理雖然帶來(lái)了比較明顯的性能和成本優(yōu)勢(shì)，但是在熱處理的高溫過(guò)程中，原硅鋼材料表面的油膜被揮發(fā)、定轉(zhuǎn)子鐵芯膨脹變形等，對(duì)電機(jī)后工序的生產(chǎn)加工制造，產(chǎn)生了一定的影響。這里提出對(duì)應(yīng)解決思路和辦法。

4.1熱處理鐵芯變形問(wèn)題根據(jù)噪音部分所反饋的問(wèn)題，電機(jī)在定轉(zhuǎn)子鐵芯熱處理完后，增加一道整形工序，該點(diǎn)已經(jīng)在上文中有具體陳述，在此不再重復(fù)。

4.2半圓定子鐵芯拼合問(wèn)題由于熱處理過(guò)程中，高溫導(dǎo)致的鐵芯微變形、毛刺影響及油膜揮發(fā)，半圓定子在繞完線后，拼合成整圓定子時(shí)，燕尾結(jié)構(gòu)容易在拼合到一半的時(shí)候卡死，導(dǎo)致生產(chǎn)無(wú)法持續(xù)。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證的經(jīng)驗(yàn)，可以在燕尾結(jié)構(gòu)處增加潤(rùn)滑來(lái)解決問(wèn)題。電機(jī)廠常見(jiàn)的，可以使用的潤(rùn)滑物料有沖壓油、普馬威克油等。

4.3入軸彎的問(wèn)題同樣是由于高溫導(dǎo)致的鐵芯微變形、毛刺影響、油膜揮發(fā)以及熱處理后鐵芯和轉(zhuǎn)軸硬度變化的影響，轉(zhuǎn)軸在入軸過(guò)程中，轉(zhuǎn)子鐵芯將轉(zhuǎn)軸上的軸筋破壞，壓入過(guò)程中從傷位開(kāi)始拉絲最后卡死入軸過(guò)程，此時(shí)轉(zhuǎn)軸依然承受設(shè)備壓力的作用，最終彎曲變形導(dǎo)致生產(chǎn)無(wú)法進(jìn)行。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證的經(jīng)驗(yàn)，該問(wèn)題可以從減短軸筋、優(yōu)化軸筋分布和位置進(jìn)行解決。轉(zhuǎn)軸筋位在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)放在靠近非入軸端，同時(shí)，在保證跌落合格的情況下，軸筋數(shù)量選擇為2~3對(duì)。

5結(jié)語(yǔ)

根據(jù)熱處理應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品特性，只有在不斷的驗(yàn)證、分析、調(diào)整，才能總結(jié)出適合工廠現(xiàn)場(chǎng)的熱處理技術(shù)及工藝特性。

作者：卓祖德；陳志文；陳川禮；李慶 單位：珠海凱邦電機(jī)制造有限公司