大功率永磁同步电机拆装工艺方案分析及工艺优化研究

刘向萍 李兆军

摘要：本文针对大容量（300kW及以上）永磁同步电机进行总装时，由于永磁电机转子内嵌永磁体，带有很大的磁力，对定子等导磁材料吸附能力较强，会导致转子由于磁力作用无法装入定子中去，而且定转子极易相互吸引碰撞，造成绝缘损伤，使电机使用寿命减少，带来质量隐患。通过跟踪、改进、验证，目前已研制一种既效率高又装配质量好的装备—专用卧式导向定位装配夹具设计，该夹具是一种既可以导向转子又可将转子推入定子内膛的新方案。与以往的方案相比（小功率电机装配可采用自重吊装），该方案可操作性强，在行业内具备大规模推广的价值。

关键词：永磁同步电机;定转子合装吸附;夹具设计;优化工艺

中图分类号：TM341                                       文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）12-0030-03

0  引言

近些年，永磁同步电动机得到较快发展，其特点是功率因数高、效率高，许多场合开始逐步取代最常用的交流异步电机，在新能源汽车驱动方面尤为突出，是一种很有前途的节能电机。但是，永磁电机的总装工艺较传统电机的总装工艺有所不同，转子内嵌永磁体，带有很大的磁力，对定子等零部件吸附能力较强，尤其是定转子合装部分，是永磁电机总装成功的关键。

本文从永磁同步电机的性能分析出发[1]，描述了永磁同步电机的主要关键技术，调研了永磁同步电机在新能源汽车行业的发展现状，根据工信部收集调查的数据显示，永磁同步电机已成为新能源汽车行业发展的主力军，成为未来驱动电机行业的主流发展。因其节能减排、排放环保致使永磁同步电机作为新能源汽车电驱动系统的重要组成部分，将成为未来的研究重点。

永磁同步电动机特别适合重启动轻运行的使用场合，推广使用永磁同步电动机具有积极的经济效益和社会效益，对节能减排意义重大。在可靠性和稳定性方面，永磁同步电动机也具有可贵的优势。选用高效永磁同步电动机是一项一次性投资长期受益的过程。

1  目前工艺方法存在的主要问题

永磁同步电机[2]定转子之间的气隙很小（2～3.5mm的双边间隙），定转子合装时，转子在下落过程中受到定转子之间强大的磁力作用，转子越往下，和定子交叠的部分越多，受到的磁力越强。刚开始，转子受到的磁力作用小于自身的重力，转子可以缓慢下落，当下落到一定距离，转子受到的磁力和自身的重力相等时，转子便不再下落，使得定转子合装无法完成。

2  装配困难现状分析

2.1 当前装配工艺系统组成

由当前的工艺过程作出工作流程图，见图1。

通过当前装配工艺系统的组件模型图分析，主要问题点为：装配时，当转子的磁力大于重力时，吸附碰撞，损伤绝缘。装配时，当转子与定子吸附碰撞，转子的中心发生变化，损坏镗床主轴精度。

2.2 因果链分析，找问题关键点

根据实际工作过程，找出定子装配困难的原因，见图2。

由因果分析图2可知，造成永磁电机定、转子装配困难的关键问题点：磁力太强，定转子不能正常装配;产品性能要求定转子之间间隙太小。

3  新工艺方案的探讨与设计思路

3.1 从电机装配时，磁力太强，定转子不能正常装配为入手点解决问题

电机装配时，根据电磁学的知识，由于定转子都是对称圆周结构，倘若定、转子绝对同心，即定、转子的轴向中心线完全重合，则转子对定子的电磁力为零，这样定转子之间便不再有吸附力的作用，电机组装便可顺利完成。定、转子轴向中心线偏离的越大，定转子之间的磁力越强，转子便越易向靠近的一方相吸。所以，设计高精导向杆是解决该难点的关键，其导向装置图见图3。

3.2 从定转子之间的间隙小（极易吸附）为入手点解决问题

根据分析时找出的问题，如果定转子之间的间隙大，那么容易装配，导致电机的性能及机械效率低。在所述问题中存在矛盾着的状态，即要间隙大（因为容易装配），又不能大（因为影响电机的性能及质量），在确定保证定转子之间间隙合适的情况下，保证电机质量。要定转子之间间隙小，因为要保证电机的正常使用;但是，定转子之间间隙小，容易碰伤绝缘放电，导致灼伤或损坏电机。因此在定子与转子的装配空间上，通过增加一个双半圆的不导磁定位圈见图4，提高装配质量。

4  结构设计

目前需要研制一种使用性强的装备[4]来满足装配过程以解决该难题。针对存在问题，通过跟踪、改进、验证，目前已研制一种既效率高又装配质量好的装配夹具[3]，见图5。该夹具是一种既可以导向转子又可将转子推入定子内膛的新方案。与以往的方案相比（小功率电机因磁力相对小一些，装配可采用自重吊装），该方案足以保证大功率电机装配质量且可操作性较强。该方案[5]在行业内具备大规模推广的价值。

5  结论

通过分析探讨，定子固定，转子移动，确保定子内圆与转子外圆之间的间隙相等，以此保证装配质量。以轴为定位导向通过泵电机将转子推入定子内腔，完成装配。装配夹具设计时，应考虑在机壳端部装一个不导磁两半环与机壳端部用螺栓固定，其尺寸与转子外圆采用小间隙配合。将传统自重装配（磁力与重力相等时不再下落）变换卧式组装，再通过泵电机将转子水平压入定子内，完成定转子合装;非传动端使用假轴和导向套定位，传动端使用高精度导向杆导向;使用泵电机将转子水平压入定子内，完成定转子合装。

该装配夹具，便于装配，可操作性强;成本低，在行业用途广泛;技术系统在较小成本的改动下，能使得电机定转子的装配质量达到最佳。使电机正常工作时，无振动、噪音及发热等质量问题。

从质量检查记录可以看出[4]，采用新装配工艺及夹具以来，不仅提高了电机的运行质量，而且大大减少了定转子的绝缘损坏数量，节省了维修及返修成本，而且为某公司带来了经济效益。

参考文献：

[1]程义，柯宝平，潘岱松，吴先坤.一种新能源汽车用永磁同步电机磁路优化分析[J].客车技术，2019（06）：17-19.

[2]古海江.新能源汽车用永磁同步电机的设计与分析[D].河北工业大学，2016.

[3]王光斗.机床夹具设计手册[S].机械工业出版社，2015.

[4]萬宏钢.《机械设计基础》课程实验教学的探讨[J].南方农机，2019，50（23）：196.

[5]朱耀祥，浦林祥.现代夹具设计手册[M].机械工业出版社，2013.