开关磁阻电动机定子制作工艺的探讨

时间：2024-06-19

赵立君，郑强

(渤海装备承德石油机械公司，河北承德 067000)

开关磁阻电机及控制系统是以现代电力电子与微机控制技术为基础的机电一体化产品。作为油田动力设备，用来控制直线型电机抽油机，可实现冲次在线无级可调，频繁换向，并有效提高抽油机系统效率。

定子是形成该产品的核心零件，定子质量的好坏直接影响电动机的电气性能。定子由定子铁心和定子绕组组成。定子铁心经压力机压装成型，定子绕组为集中绕组，采用人工散嵌工艺。为了实现在拖动相同负载条件下，有效降低电机的功率等级，使电机的高效区(效率指标大于86%区域)占总工作有效区的78%以上，我们在设计上提高了槽满率，造成嵌线困难。

2011年1～6月生产加工过程中定子绕组出现一些质量问题，主要是由于开关磁阻电机采用集中绕组嵌线方式，线圈匝数多，不易成形，嵌线过程中极易造成多处匝间，本文从影响定子质量的七个方面，制定相应的措施进行解决，收到较好的效果。

1 定子铁心压装质量对定子绕组绝缘强度的影响

通过对发生的定子匝间的不合格品检查，发现占20%的定子铁心压装完毕后，定子铁心的总长不一致，超差值竟达2 mm之多，直接影响到定子线圈的端部直线距离，造成端部匝间。

通过对定子片和压装工装的检查，发现存在以下问题：

(1)定子冲片毛刺个别批次较大，毛刺高度在0.06～0.08 mm。由于冲片是复模冲制，冲片毛刺集中于某几点，冲片叠压后局部毛刺高点不能全部消除，导致局部超高。

(2)定子压装的压头不平，平面高度不一致。现用压装上压头由于长时间使用，经常加工零活个别时造成局部压力集中，压装上压头局部变形，端面凸凹之差达到3～5 mm，用其压装定子叠片必然会导致定子压装端面不平。

针以上两个问题采取如下措施：

(1)严格控制冲片的毛刺高度在0.05 mm以下，经常进行检查，当发现毛刺大于0.05 mm时，及时修磨定子复模，确保定子冲片质量。

(2)对压装上压头进行修理，将凸凹不平之处磨平。定期检查，始终保持其端面的平整度。

这两项措施实施以后，定子铁心压装质量有了很大提高，基本消除定子铁心压装长度不一致的问题。在嵌线过程中，由于线圈长度一定，定子铁心长度保证，使线圈端部距离始终保持在设计值内，避免了线圈端部过短造成的绕组端部匝间现象的发生。

2 线圈绕制完成后的定型处理

开关磁阻电机采用左右嵌线结构，集中式绕组套入定子凸极。集中绕组的特点是，线圈匝数多，定型困难，嵌线难度大，嵌线完成后，在左右两个绕组之间、绕组与铁心之间会留有一定的空隙。集中式绕组，通常绕制成矩形线圈，经纱带包扎定型，再经浸漆烘干处理后，嵌装在凸形磁极的铁心上。但是这样制作过程繁琐，浸漆烘干后线圈硬度大，尺寸稍有偏差就很难嵌入定子槽内，无法整形。具体做法是使用回弹性小的漆包线，防止线圈绕制完成后的变形；线圈绕制完成后，用尼龙锤稍做整形，用绝缘纸包裹线圈的直线端部分，再用纱带捆绑结实，实现定型。嵌线时，即使线圈尺寸有偏差，也可以随意调整，单槽线圈嵌线完成后，将纱带剪断抽出，插入槽楔即可。整机嵌线完成后再进行浸漆烘干，这样的做法省时省力，节约成本。

3 定子铁心槽内放置线圈定位装置

集中绕组采用左右嵌线方式，右边线圈嵌入后，再嵌入左边线圈，在嵌入左边线圈过程中，大力挤压右边线圈，由于槽满率高，线圈匝数太多，当左边线圈完全嵌入后，经常会有个别铜线在没有包裹绝缘纸的线圈端部离股，将这几根离股铜线拽回槽内时，就会造成离股铜线的弯曲变形，挤压后易出现绝缘漆皮脱落现象，造成匝间短路，图1就是出现离股现象存在质量问题的绕组。为了解决该项难题，我们设计了一个线圈定位装置，安放在定子槽内，将成型线圈放置在定位装置内，有效防止了左右线圈相互挤压变形，如图2所示。

图1 无定位装置线圈

图2 安装定位装置后线圈

4 浸漆前预烘

预烘阶段，温度稍低，由于采用了真空浸漆，预烘的温度我们控制在 130±5℃而不是沉浸的80～90℃，烘干时间为3 h，预烘阶段的目的有两点驱除绕组中的潮气，提高绕组浸漆质量；提高工件浸漆时温度，当工件与绝缘漆接触时，绝缘漆黏度降低，可以很快地浸透到绕组中去。若预烘温度控制不好，温度过高，一则溶剂挥发过快，绕组表面易形成许多小孔，影响浸漆质量；二则使得工件表面漆结成膜，渗透到绝缘内部的溶剂不易挥发，不易烘干。如果发生此种现象，应立即加大通风量，开大进出风口或间断打开烘房门。

我公司使用RH-54-2号台式浸漆烘干炉进行烘干。在智能控温表上设定预烘温度；当风机运转正常后，按下加热运行按钮，观察盘面三相电流应平衡(约80 A)；盘内冷却风机运转正常；完全打开烘干炉排气开关，开始加热。将工件加热到工作温度130±5℃，保持时间温度3 h。在保温期间，每20 min强排风机定时运行3 min。预烘结束后，按下盘面加热停止按钮，2～3 min后，按下风机停止按钮，打开炉门，拉出平车。

在实际工作过程中，我们是采用以下方法来决定预烘时间的：在预烘过程中，测量绕组对地的绝缘电阻来决定预烘时间。测量时摇表的一端接在三相绕组并接在一起的一个头上，另一头接到定子铁心上，从工件入炉开始，每过半小时(或1 h)测量一次绝缘电阻，记录所测结果和当时的温度，直到连续测量三次绝缘电阻不再变换，说明绝缘电阻已经稳定，绕组内部已经干燥，这段时间在适当增加10%～20%，即为预烘时间。

5 采用真空浸漆

由于开关磁阻电机定子绕组采用集中嵌线方式，定子绕组内间隙较大，为了使绝缘漆最大限度的填充绕组内部空隙，我们采用了真空加压浸漆法，而不是常用的沉浸法。其具有以下优点：浸漆质量高，容易浸透，可以使定子绕组线圈的吸潮能力减至最小程度；降低运行温度和电机温升。真空浸渍可以实现完全填充，绝缘漆良好地代替了内部空气间隙，提高了导热性，一般可降低温升5 K～10 K；提高整体性。真空浸渍使绝缘漆几乎完全填充绝缘内部，加强了整个绕组的整体性，绕组在运行过程中各部分不会单独移动，减少了因振动摩损引起的故障；节约能源和降低成本。由于真空浸渍和R-1140F级快固化无溶剂浸渍树脂绝缘漆的使用，使得干燥时间比普通沉浸缩短五分之一，干燥温度比普通沉浸降低10℃～20℃；提高绕组耐环境条件能力。由于真空浸渍，整个绕组被浸渍漆严密包封，表面漆膜光滑亮泽，使得污染物、潮湿气体和化学气体不能进入内层，消除了由于导电介质架桥引起的故障；改善工作环境，符合环保要求。由于真空浸漆，整个浸渍过程包括输漆和浸漆.都是在全封闭的条件下进行和完成的，整个干燥过程包括凝胶和固化，漆的挥发成份相当少，很少有气味散发。

具体工艺过程如下：开启苯回收装置及浸漆缸吸风开关。待工件冷却到50℃～60℃时，进行浸漆，启动真空泵，2号浸漆缸抽真空至-0.09 MPa，停真空泵，通过窥视窗观察漆面没过工件50～100 mm，再次启动真空泵，继续抽真空至-0.09 MPa以上，保持5 min，如中间真空度降至-0.09 MPa，可继续抽真空保持真空度不低于-0.09 MPa。

回漆：解除2号浸漆缸真空，对1号浸漆缸抽真空至(-0.06～-0.08)MPa，关真空泵，回漆，通过窥视窗观察2号浸漆缸漆面下降情况，当漆快回净时，一听到有过气声或观察真空度明显下降时，立即解除1号浸漆缸真空。

滴漆：工件在常压下滴漆 40～50 min。可在浸漆缸内滴漆 20 min，浸漆缸外回收滴漆架滴漆20～30 min。

采用真空浸漆，必须注意以下几个参数的控制：真空度≤-0.09 MPa；真空保持时间≥5 min；漆的黏度控制，每漆的粘稠度必须符合表1中的规定；漆面没过工件的距离：50～100 mm。

表1 R-1140F级漆温度与粘度对照表(4# 福特杯)

6 控制烘干温度和时间

浸漆后的烘干过程比较复杂，分为两个阶段进行，一次高温烘干阶段和二次高温烘干阶段。烘干阶段温度控制在130～135℃之间，区别于沉浸的155±5℃，烘干时间≥6 h，在烘干过程中，每隔20 min强排风机定时运行3 min，烘干阶段的目的是为了使漆基氧化，在工件表面形成牢固的漆膜，此时需要不断地补充新鲜空气。高温和换气能加速氧化和聚合过程，使得烘漆时间短，提高漆膜强度。

具体工艺过程如下：定子浸漆完毕入60 kW 浸漆烘干炉，设定智能温控表温度，温度控制在 130～135℃之间；按下盘面风机运行按钮，待风机运转正常后，按下加热运行按钮，观察盘面三相电源应平衡(约100A)，检查烘干炉排气口、进气口应完全打开；检查喷漆罩吸气口应关闭，浸漆吸气口应关闭，观察烘干炉引风机运行是否正常，符合设定要求。在烘干过程中，每隔20 min强排风机定时运行3 min。在浸漆洪干的全过程中苯回收装置(废气净气器)始终开启工作。操作者在看炉过程中要经常观察烘干炉、烘干炉强排风机、苯回收装置工作情况，如有异常需停炉找维修人员检修，严禁设备带病工作。要保持浸漆车间顶部换气扇开启工作状态，以免浸漆室漆苯味过浓。第二次浸烘参数要求操作方法同第一次浸烘；烘干结束停炉后，出炉，工件出炉温度不低于100℃。

7 绕组端部覆盖漆的喷涂

将183晾干漆或R-302(红色)覆盖漆搅拌均匀，用1140-X溶剂调到适当粘度(当漆温为20℃时粘度为30～35 s)经过滤后装入喷枪漆桶内，气压控制在0.3～0.5 MPa，绕组温度不低于80℃。开启苯回收装置，打开喷涂罩吸风口开关。将定子放置喷漆吸风罩附近，距吸风罩0.2～0.5 m，高度在吸风口中间进行喷涂。喷涂部位为绕组两端伸出槽外部分，定子铁芯内膛。要求喷涂均匀，不得有漏喷现象，漆膜光亮无漆馏、气泡、起皱、脱皮现象。覆盖漆喷涂后需经24 h 晾干。