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[摘 要]通过对影响电机转子在低温下产生磁性能损失的原因进行分析和试验，采取措施以减小电机转子在低温下的磁性能损失，确保转子磁性能得到充分利用。
[关键词]转子 比磁滞损耗 胶接 磁性能
中图分类号：TU45.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）39-0247-01
1 引言
电机转子的胶接组装工艺与过盈压配合组装工艺相比较，具有零件加工精度要求低，无需选配，因而工艺简单，成本低，强度好，无过盈压配合造成的变形和磁性能损伤等优点。但当选材和胶接工艺不恰当时，仍然会对转子组件磁性能产生严重损失。
2 磁性能损失的原因分析
通过对转子的结构、加工流程以及使用的材料性能进行全面分析后，可能造成转子磁性能在低温下产生严重损失的原因有：原材料的磁性能稳定性差；加工过程造成磁滞叠片磁性能的损失；磁滞合金受到较大应力导致其磁性能损失等几个方面。
2.1 原材料的磁性能稳定性试验
随机抽取同一炉批号原材料热处理时的5件试验环，分别在常温、低温-40℃、高温80℃状态下保温2h后以及温度循环10次后进行检测，从测试数据看，磁性能基本无变化，均在（21～22）KJ/m3之间，所以原材料的磁性能不受温度变化的影响，稳定性好。
2.2 加工过程对磁滞叠片磁性能的影响试验
原材料加工成磁滞片，磁滞叠片由X98-11胶合磁滞片，经过车、磨而成。在常温下测试其磁性能，磁滞叠片的比磁滞损耗在（18.3～20.2）KJ/m3之间，平均值为19.3 KJ/m3，而原材料常温的比磁滞损耗在22KJ/m3左右。装成转子后的磁性能仍在18 KJ/m3以上，同样满足设计指标要求，
2.3 应力来源分析试验
从转子的加工流程看，主要在高强度胶粘接转子环与磁滞叠片形成转子组件环节中，产生了较大的应力而导致转子组件磁性能的下降。在粘接转子环与磁滞叠片过程中，产生应力主要有以下来源：
1）由于转子环与磁滞叠片的膨胀系数不一致，在温度变化时两者的伸缩量不同而导致呈过盈配合状态而产生应力。
转子环、磁滞叠片的膨胀系数分别为16.7×10-6/℃、10.7×10-6/℃。磁滞叠片外径和转子环内径为16.5mm，图纸规定两者之间的配合为（-1～2）um。在使用高强度胶粘接并在80℃固化时，由于固化初期高强度胶为低粘度的液体状态，并充满转子环与磁滞叠片之间为5.94 um的间隙，随着固化时间增加，此间隙中的高强度胶转变成为坚硬固体，当固化结束时，转子组件由磁滞叠片、单边厚度2.97um的胶层、转子环组成。在80℃下转子环、胶层与磁滞叠片之间的配合间隙均为0um，当冷却至20℃下转子环与磁滞叠片之间因夹杂胶层则实际为5.94 um的过盈状态，故产生巨大应力；当冷冻至-40℃时则实际为过盈11.88 um的状态，所以测试温度越低则磁性能损失越严重，转子磁性能从高温至常温、低温就会逐渐降低。
2）胶粘剂自身带入的应力。
胶粘剂带来的应力主要来至两方面：一方面，固化过程中，胶粘剂凝胶化后的固化收缩率，一般为2%左右，80℃固化后胶层若无固化收缩问题则胶层单边厚度为2.97 um，存在固化收缩时则胶层单边厚度为2.91 um，固化收缩量仅0.06 um。另一方面，固化后，冷却至室温或低温，若胶层外围不存在转子环，此厚度为2.97 um的环形胶层的膨胀系数与金属不同将导致胶层直径或周长的收缩大于磁滞叠片而产生对磁滞叠片的压应力，但因胶层厚度仅2.97 um而只须极小的拉力即可将其拉断，故单纯此环状胶层不会产生明显应力（相对于金属件的过盈而言）。而在胶层厚度方向，80℃固化后膠层冷却至室温时胶层单边厚度收缩量为：2.97 um×70×10-6/℃×60℃=0.013 um。可见胶粘剂自身带入的应力可以忽略不计。
3 采取的措施
3.1改变胶粘剂的固化温度并控制磁滞叠片与转子环的配合量
1）降低胶粘剂的固化温度，缩小测试温度与固化温度之差。分别选择70℃、60℃、50℃、室温四种固化温度，并在常温、低温下测试转子的磁性能，同时在80℃、90℃、100℃、110℃工况下考核转子粘接部位的热强度。通过试验看出，随着固化温度的增加，转子的磁性能在常温、低温的损失更严重，但热强度越好。为保证产品可靠性，从转子的磁性能及热强度综合考虑，选择固化温度为70℃。
2）控制转子环与磁滞叠片的配合量，避免转子环与磁滞叠片在80℃时仍存在过盈。在转子组合前，通过配磨磁滞叠片，使转子环与磁滞叠片在室温下为间隙配合，避免转子环与磁滞叠片在80℃时仍存在过盈。
通过以上措施，转子磁性能由9 KJ/m3左右提高到12KJ/m3以上。
3.2选用膨胀系数与磁滞合金匹配的材料制作转子环
在选材时，除膨胀系数问题外，转子环材料最好无磁。为保证转子重量不变，避免对转子的尺寸进行大幅度调整，材料的密度还应接近1Cr18Ni9Ti的密度。选用膨胀系数与2J04Y接近的3J40（膨胀系数12～12.5×10-6/℃）制作转子环，转子环与磁滞叠片之间仍用高强度胶粘接，并在80℃下固化。用3J40制作转子环，低温-40℃下的转子磁性能提高到16 KJ/m3以上。满足设计指标大于12 KJ/m3的要求。
4 结论
通过改变胶粘剂的固化温度、控制磁滞叠片与转子环的配合量、选用膨胀系数与磁滞合金相近的材料制作转子环等措施可以有效减少胶接转子的磁性能损失。这一研究结果适用于其它类似结构、生产工艺的电机转子，也为以后电机转子的设计、生产工艺提供了科学依据。
参考文献
[1]《工程材料实用手册》第五卷（第二版）， 中国标准出版社.
[2]黄向慧，杨世兴，黄梦涛.现代电气自动化控制技术（第二版）[M].北京：人民邮电出版社，2009.
[关键词]转子 比磁滞损耗 胶接 磁性能
中图分类号：TU45.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）39-0247-01
1 引言
电机转子的胶接组装工艺与过盈压配合组装工艺相比较，具有零件加工精度要求低，无需选配，因而工艺简单，成本低，强度好，无过盈压配合造成的变形和磁性能损伤等优点。但当选材和胶接工艺不恰当时，仍然会对转子组件磁性能产生严重损失。
2 磁性能损失的原因分析
通过对转子的结构、加工流程以及使用的材料性能进行全面分析后，可能造成转子磁性能在低温下产生严重损失的原因有：原材料的磁性能稳定性差；加工过程造成磁滞叠片磁性能的损失；磁滞合金受到较大应力导致其磁性能损失等几个方面。
2.1 原材料的磁性能稳定性试验
随机抽取同一炉批号原材料热处理时的5件试验环，分别在常温、低温-40℃、高温80℃状态下保温2h后以及温度循环10次后进行检测，从测试数据看，磁性能基本无变化，均在（21～22）KJ/m3之间，所以原材料的磁性能不受温度变化的影响，稳定性好。
2.2 加工过程对磁滞叠片磁性能的影响试验
原材料加工成磁滞片，磁滞叠片由X98-11胶合磁滞片，经过车、磨而成。在常温下测试其磁性能，磁滞叠片的比磁滞损耗在（18.3～20.2）KJ/m3之间，平均值为19.3 KJ/m3，而原材料常温的比磁滞损耗在22KJ/m3左右。装成转子后的磁性能仍在18 KJ/m3以上，同样满足设计指标要求，
2.3 应力来源分析试验
从转子的加工流程看，主要在高强度胶粘接转子环与磁滞叠片形成转子组件环节中，产生了较大的应力而导致转子组件磁性能的下降。在粘接转子环与磁滞叠片过程中，产生应力主要有以下来源：
1）由于转子环与磁滞叠片的膨胀系数不一致，在温度变化时两者的伸缩量不同而导致呈过盈配合状态而产生应力。
转子环、磁滞叠片的膨胀系数分别为16.7×10-6/℃、10.7×10-6/℃。磁滞叠片外径和转子环内径为16.5mm，图纸规定两者之间的配合为（-1～2）um。在使用高强度胶粘接并在80℃固化时，由于固化初期高强度胶为低粘度的液体状态，并充满转子环与磁滞叠片之间为5.94 um的间隙，随着固化时间增加，此间隙中的高强度胶转变成为坚硬固体，当固化结束时，转子组件由磁滞叠片、单边厚度2.97um的胶层、转子环组成。在80℃下转子环、胶层与磁滞叠片之间的配合间隙均为0um，当冷却至20℃下转子环与磁滞叠片之间因夹杂胶层则实际为5.94 um的过盈状态，故产生巨大应力；当冷冻至-40℃时则实际为过盈11.88 um的状态，所以测试温度越低则磁性能损失越严重，转子磁性能从高温至常温、低温就会逐渐降低。
2）胶粘剂自身带入的应力。
胶粘剂带来的应力主要来至两方面：一方面，固化过程中，胶粘剂凝胶化后的固化收缩率，一般为2%左右，80℃固化后胶层若无固化收缩问题则胶层单边厚度为2.97 um，存在固化收缩时则胶层单边厚度为2.91 um，固化收缩量仅0.06 um。另一方面，固化后，冷却至室温或低温，若胶层外围不存在转子环，此厚度为2.97 um的环形胶层的膨胀系数与金属不同将导致胶层直径或周长的收缩大于磁滞叠片而产生对磁滞叠片的压应力，但因胶层厚度仅2.97 um而只须极小的拉力即可将其拉断，故单纯此环状胶层不会产生明显应力（相对于金属件的过盈而言）。而在胶层厚度方向，80℃固化后膠层冷却至室温时胶层单边厚度收缩量为：2.97 um×70×10-6/℃×60℃=0.013 um。可见胶粘剂自身带入的应力可以忽略不计。
3 采取的措施
3.1改变胶粘剂的固化温度并控制磁滞叠片与转子环的配合量
1）降低胶粘剂的固化温度，缩小测试温度与固化温度之差。分别选择70℃、60℃、50℃、室温四种固化温度，并在常温、低温下测试转子的磁性能，同时在80℃、90℃、100℃、110℃工况下考核转子粘接部位的热强度。通过试验看出，随着固化温度的增加，转子的磁性能在常温、低温的损失更严重，但热强度越好。为保证产品可靠性，从转子的磁性能及热强度综合考虑，选择固化温度为70℃。
2）控制转子环与磁滞叠片的配合量，避免转子环与磁滞叠片在80℃时仍存在过盈。在转子组合前，通过配磨磁滞叠片，使转子环与磁滞叠片在室温下为间隙配合，避免转子环与磁滞叠片在80℃时仍存在过盈。
通过以上措施，转子磁性能由9 KJ/m3左右提高到12KJ/m3以上。
3.2选用膨胀系数与磁滞合金匹配的材料制作转子环
在选材时，除膨胀系数问题外，转子环材料最好无磁。为保证转子重量不变，避免对转子的尺寸进行大幅度调整，材料的密度还应接近1Cr18Ni9Ti的密度。选用膨胀系数与2J04Y接近的3J40（膨胀系数12～12.5×10-6/℃）制作转子环，转子环与磁滞叠片之间仍用高强度胶粘接，并在80℃下固化。用3J40制作转子环，低温-40℃下的转子磁性能提高到16 KJ/m3以上。满足设计指标大于12 KJ/m3的要求。
4 结论
通过改变胶粘剂的固化温度、控制磁滞叠片与转子环的配合量、选用膨胀系数与磁滞合金相近的材料制作转子环等措施可以有效减少胶接转子的磁性能损失。这一研究结果适用于其它类似结构、生产工艺的电机转子，也为以后电机转子的设计、生产工艺提供了科学依据。
参考文献
[1]《工程材料实用手册》第五卷（第二版）， 中国标准出版社.
[2]黄向慧，杨世兴，黄梦涛.现代电气自动化控制技术（第二版）[M].北京：人民邮电出版社，2009.