线性涡流制动装置用制动磁极的制造工艺的制作方法

本发明属于轨道车辆制动系统技术领域，具体涉及一种适用于磁悬浮列车的制动磁极的制造工艺。

背景技术：

现有磁悬浮列车多采用线性涡流制动装置进行紧急制动。线性涡流制动技术是利用高速条件下，制动磁极通电产生的磁场在侧面导轨产生涡流，根据麦克斯韦定律以及楞次定律，涡流产生的磁场与原磁场相互作用吸引，从而产生制动力，该制动力通过制动磁极铁芯、磁轭、拉杆组件最终传递到车辆转向架上，实现车辆制动。

上海磁悬浮列车最高时速为500km/h,车上使用的线性涡流制动装置用磁极，单个磁极的额定磁动势20.4ka。由于空间和重量等限制比较苛刻，需要产生的磁动势比较大，目前采用铝膜缠绕线圈技术存在制造难度大、造价高、缠绕工艺以及焊接工艺难度大等问题。

新一代磁悬浮列车的最高运行时速为600km/h，根据减速要求，推算出制动磁极需要提供的磁动势高达21.7ka。也就是说，安匝数增加了6.4%。因此，在励磁电流不变的情况下和在现有磁极结构的空间和重量限制下，提高安匝数（增加槽满率）是一个技术和工艺难题。从技术实现可能性和工艺保证可行性方面，有两种技术方案可以选择：

薄膜铝线缠绕线圈技术：在现有方案的基础上，增加圈数，减小铝膜截面积，这样，铝线线电流密度增加，容易烧坏线圈，造成制动失效，后果严重。减小绝缘隔膜厚度也可以使槽满率增加，但目前的隔膜厚度已和漆包线漆膜厚度相当，再减小厚度，绝缘强度难以保证，容易造成短路失效。铝膜线缠绕线圈技术在增加槽满率和安匝数方面，无论是技术实现可能性上还是工艺保证可行性上难度极大，极具挑战。

铝扁线缠绕线圈技术：首先，铝扁线缠绕线圈技术是工业上一项成熟应用的技术，工艺可行性和产品可靠性都有保证；其次，通过对铁芯几何形状与热缩扎带优化配合，增加铝扁线缠绕空间，提高槽满率和安匝数，达到性能数据要求。这正是本发明要解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的上述缺点，提供一种线性涡流制动装置用制动磁极的制造工艺。

为了解决以上技术问题，本发明提供线性涡流制动装置用制动磁极的制造工艺，所述制动磁极结构包括铁芯、绝缘层、线圈、支撑层、固定扎带、接线柱和封装层，所述铁芯的外围间隔设有若干轴向方向的沟槽，所述制造工艺包括以下步骤：

步骤1、在铁芯外围的沟槽里布置固定扎带，所述固定扎带为热缩扎带；

步骤2、铁芯外围绑上绝缘层，使固定扎带被限位于铁芯的沟槽内；

步骤3、在绝缘层外绕制线圈；

步骤4、线圈的外围设置支撑层，焊接固定扎带的焊接接口；

步骤5、对固定扎带进行热缩，将线圈、绝缘层和支撑层固定在一起并保持在铁芯的外围；

步骤6、线圈一侧放置接线柱，线圈的线缆端部通过压接端子与接线柱电连接；

步骤7、将产品放入灌胶模具中进行真空灌胶，并进行固化。

本发明制造的磁极结构主要由环氧树脂封装层、玻纤网、绝缘胶带、热缩扎带、铁芯、线圈组件以及接线柱组成。铁芯为导磁性较好的低碳钢，导磁性好而且强度高，主要有导通磁路以及传递制动力作用；绝缘胶带主要起到铁芯与漆包线之间的电气隔离和机械隔离；线圈组件为励磁部分，通电后产生强大的磁动势；接线柱是电气接口，将外界能量引入线圈组件；热缩扎带将线圈与支撑层（玻纤网）进行热缩紧固，保证了无骨架线圈不会松散；支撑层（玻纤网）的加入可以进一步加强封装层的机械强度；环氧树脂封装层是绝缘胶层，一方面增加封装区域内的机械强度，另一方面起到了绝缘和防潮作用。

本发明是通过在铁芯外围的矩形沟槽来放置固定扎带，并且和传统的热缩扎带焊接接口位于线圈外部相反，本发明把热缩扎带的焊接接口放置在铁芯矩形沟槽里边，使铝扁线有更多的缠绕空间，提高槽满率，增加安匝数。通过有限元电磁仿真计算，这样的铁芯矩形沟槽设计，安匝数可增加4%，制动力可增加0.4%。而由于沟槽而造成的铁芯截面积减小所造成的制动力减小仅为0.2%。综合来讲，制动力净增0.2%。也就是说，本发明在保证线圈的制动性能略有增加的情况下，提高铁芯的矩形沟槽和封装层的优化，使封装难度降低，封装强度提高，产品一致性和可靠性增加。

由于现有磁极结构采用的是铝漆包线，接线柱是黄铜，两者的互焊性比较差，严重影响了生产的进度和产品本身的焊接强度。本发明设计了一种出线结构形式，较好地避免了上面的问题，在脱漆后的漆包线上使用与铜易焊接而且导电性良好的压接端子压接，使导线和压接端子硬性结合，然后将压接端子与接线柱进行焊接，该方式保证了电路的完整性。由于压接端子（采用铜材质，例如h59，h62等）与铜之间良好的焊接性，最终焊接的机械强度十分牢靠。

上述磁极结构，特别适合应用于磁悬浮列车的线性涡流制动装置。

本发明在不改变原有磁极产品尺寸的情况下，磁极额定功率可达到3.2kw，磁动势能达到21.7ka，耐热温度不小于f级（155℃），ip等级满足ip67，绝缘耐压满足ac2.4kv（1khz）持续1min强度，重量不大于24kg。可以满足新一代磁悬浮列车用对制动磁极的要求。

附图说明

图1是制动磁极的侧视图。

图2是制动磁极的俯视图。

图3是图2的a-a剖视图。

图4是图3的上部放大图。

图5是制动磁极的出线结构示意图。

图6(a)-(d)是制动磁极的接线柱示意图。

图7是制动磁极截面热缩扎带热缩前后焊接接口位置图。

图8是制动磁极制动力与安匝数的关系图。

图9是热缩扎带与铁芯布置方式示意图。

图10是真空灌胶示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1至图4所示，本发明所要制造的磁极结构为适用于磁悬浮列车线性涡流制动装置的制动磁极结构，磁极结构的尺寸为：长382.5mm，宽167mm，高93.5mm。制动磁极主要包括有铁芯5、绝缘胶带3、线圈6、热缩扎带4、玻璃纤维网2、环氧树脂封装层1和接线柱7。

其中，铁芯5选用导磁性好而且强度高的低碳钢，用于导通磁路和传递制动力。在满足磁通要求的情况下，铁芯5的倒角应不小于28mm，可以防止漆包线在倒角与直边交界处凸起情况，一方面防止漆包线局部受力容易损伤，一方面防止线圈尺寸超出设计要求。铁芯外周的上下各设置有一圈内凹的台阶，线圈的线缆绕设于所述两个台阶之间的区域的外围。内凹台阶尺寸约为宽2mm，高4mm，该台阶预留一定的空间，在该空间内环氧树脂固化后，在一定程度上阻碍了线圈组件在轴向方面的位移。本实施例中，铁芯5的外围间隔设有8个轴向方向（竖向）的沟槽51，该沟槽51用于容纳热缩扎带4。沟槽51的横截面为矩形，当然也可以采用半圆形或者半椭圆型。

绝缘胶带3包裹于铁芯5外围（两个台阶之间的区域），用于隔绝线圈4和铁芯5，并且将热缩扎带4限位于铁芯5的沟槽51内。本实施例中绝缘胶带使用玻璃纤维胶带。

线圈6采用铝漆包线绕设于绝缘胶带3外围，通电后用于产生磁动势。

玻璃纤维网2设置于线圈外围，用于提高封装强度，支撑层采用强度高的网状结构，使得封装胶能够渗入，将线圈6和玻璃纤维网2结合的更紧密和稳固。

热缩扎带4沿铁芯5外围间隔的设置，用于扎紧线圈6，以及将线圈6、绝缘胶带3和玻璃纤维网2固定在一起并保持在铁芯5的外围。本例中，先利用绝缘胶带3将热缩扎带4间隔的固定于铁芯5外围，然后再绕线圈6。这样有利于热缩扎带4的固定和线圈6的绕制。综合考虑尺寸限制、强度等要求热缩扎带厚度建议不低于0.3mm，本实施例中热缩扎带的厚度为0.6mm，宽度为12mm，为了容纳热缩扎带及其焊接接口，铁芯5的沟槽51的宽度为13mm，深度为1mm。本实施例中，热缩扎带4的焊接接口41在线圈外侧进行搭接焊接，如图7（a）所示，然后转动热缩扎带4使焊接接口41移动至铁芯5的沟槽内，然后再进行热缩，如图7（c）所示。这样，增加线圈的绕设空间，安匝数可增加4%。当然，如果不讲焊接接口移动入铁芯5的沟槽内，直接进行热缩，如图7（b）所示也是可行的。图7（c）是进一步优化的方案。

本发明的基本原理是根据电磁理论计算出的磁极制动力与安匝数的关系来确定实施方案的。从图8可以看出，磁极的额定安匝数和额定制动力的关系是处于磁饱和状态。安匝增加30%，制动力增加4%左右；安匝数减少30%，制动力降低6%左右。采用本发明方案，制动磁极结构的线圈安匝数增加4%，制动力可增加0.4%。而由于沟槽51而造成的铁芯截面积减小所造成的制动力减小仅为0.2%。综合来讲，制动力净增0.2%。对于现有产品来说，制动力净增0.2%已经是非常大的突破了。

接线柱7与线圈6的线缆端部之间通过压接端子8电连接，环氧树脂封装层1将接线柱7固定于与线圈6的一侧。本例中，线圈6的线缆端部脱漆后与压接端子8压接。如图5、图6所示，接线柱7底部设有矩形槽71，压接端子8部分地卡入矩形槽71并焊接固定（图5中b为焊接处），线圈6的线缆端部靠近压接端子8处包裹有热缩套管9。接线柱7的圆柱体外围设有至少一个花键槽72，与封装层1的相互嵌入接触，提高封装强度。

环氧树脂封装层1包裹于磁极结构外，用于对线圈6进行封闭并将其紧固于铁芯外,环氧树脂层最小厚度应不小于1mm。利用环氧树脂封装层1对产品进行封装，使线圈6和接线柱7得到固定。并且增加封装区域内的机械强度的同时，起到了绝缘和防潮的作用。

本实施例线性涡流制动装置用制动磁极的制造工艺如下：

步骤1、沿铁芯5外围的沟槽51里布置热缩扎带4，如图9所示；

步骤2、铁芯5外围绑上玻璃纤维材质的绝缘胶带3，使热缩扎带4被固定于铁芯5的沟槽51里面；

步骤3、在绝缘胶带3外绕制绕线圈6；

步骤4、线圈6外围设置玻璃纤维网2，焊接固定扎带4的焊接接口41。作为优先方案，旋转移动热缩扎带，使焊接接口41放置在铁芯5的沟槽51里；

步骤5、对热缩扎带加热，收紧扎带，将玻璃纤维网2和线圈6紧固在一起，同时使线圈6紧固于铁芯5外；

步骤6、线圈6一侧放置接线柱7，并将线圈6的线缆端部与压接端子8连接，压接端子部分的插入接线柱7底部矩形槽71并焊接固定，线圈6的线缆端部靠近压接端子8处包裹热缩套管9；

步骤7、如图10所示，将磁极结构放入灌胶模具11中，将灌胶模具放入真空箱13内，进行真空灌胶，注胶口12位于灌胶模具11的底部。本实施例中，利用环氧树脂胶对产品进行封装，使线圈6和接线柱7得到固定，并且增加封装区域内的机械强度，起到了绝缘和防潮的作用。灌胶完后将灌胶模具放在恒温箱内固化，按照环氧树脂胶的固化要求进行分阶段固化：6h，80℃-2h，90℃-2h，100℃-8h，130℃，固化完成后，冷却脱模。

步骤8、打开模具，检查磁极外观，对有毛刺的地方进行修整，并测量线圈电阻是否和封装前一致。

本发明创新点在于：

1、用铝制漆包线进行绕制绕组，省去了对绝缘薄膜的独立控制要求以及不存在铝膜和绝缘膜换行后折叠情况，大大降低了成本和绕制工艺难度，并且提高线圈制造的一致性和可靠性；

2、铁芯外围的矩形沟槽放置热缩扎带，优化利用空间，增加槽满率，提高安匝数，提高制动器性能；

3、线圈缠绕好后，用热熔焊接热缩扎带，通过对焊接接口移动到铁芯矩形沟槽里，优化利用空间，增加热缩带固定强度。同时也避免热缩扎带的焊接接口在封装加热而引起的开裂，增加产品的一致性和可靠性。

4、通过对热缩扎带加热，对线圈进行热缩紧固，保证了无骨架线圈不会松散。

5、在漆包线上压接与铜易焊金属材料（例如铜），然后将其直接和接线柱焊接起来，该优化方法使焊接处由4处减少为2处，且增加焊接强度和焊接可靠性。接线柱底部的矩形接口有利于增加焊接强度，接线柱外围的花键槽有利于增加接线柱和封装层的连接和接合，增加接线柱的机械强度，提高维修便利性和产品一致性。

6、利用环氧树脂真空封装，大大减少了产品中空气气隙含量，增加最终产品的导热性能和绝缘性能。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。