一种基于金属3D打印技术的电机铁心及其制造方法与流程

本发明涉及电机铁心，具体涉及一种基于金属3d打印技术的电机铁心及其制造方法。

背景技术：

传统的电机铁心制造方法主要包括冲单片法和拼接法。这两种方法都需要先冲制硅钢片，再叠压拼接，最后焊接完成，其工艺较为复杂，制造形状复杂的铁心比较困难，且模具通用性不高，需要大量的模具，其价格昂贵。

近年来，金属三维打印技术迅速发展，以选择性激光熔化、烧结、电子束熔融等采用高能量源的三维打印技术最为成熟，能实现难熔、难加工金属材料的快速制造，在模具制造、航空航天、车辆和医学等领域具有广泛应用前景，也为电机铁心的制造提供了新思路。采用金属三维打印技术之后，由于把电机铁心打印成一个整体，电机的涡流损耗就会随之增加，如何降低电机涡流损耗成为一个难点。

技术实现要素：

发明目的：本发明的第一目的在于提供一种涡流损耗低的基于金属3d打印技术的电机铁心；本发明的第二目的在于提供一种能够降低涡流损耗的基于金属3d打印技术的电机铁心的制造方法。

技术方案：本发明的基于金属3d打印技术的电机铁心包括相互配合的定子铁心和转子铁心，其特征在于：定子铁心包括定子铁心壳，定子铁心壳由定子铁心外壳和定子铁心内壳两部分构成，定子铁心内壳沿圆周均匀形成多个向外凸出的用于放置绕组的定子槽；定子铁心外壳和定子铁心内壳之间围合成用于容纳氧化软磁粉末的定子铁心槽；

转子铁心包括转子铁心壳，转子铁心壳由转子铁心外壳和转子铁心内壳两部分构成，转子铁心内壳设于转子铁心外壳内部，沿转子铁心外壳的内周设有多个均匀分布的用于放置永磁体的一字型内槽；转子铁心外壳和转子铁心内壳之间一字型内槽以外的部分装有不同规格氧化软磁粉末。

所述一字型内槽的两个侧面延伸至转子铁心外壳的内壁形成第一内槽；相邻两个一字型内槽中靠近转子铁心内壳一侧的两个长边相连，与转子铁心外壳内壁及相邻两个一字型内槽的两个侧面共同围成第二内槽；转子铁心内壳与一字型内槽、第二内槽围合的空间为第三内槽，能够在不同槽中装入不同规格的氧化软磁粉末。

所述定子铁心槽、第一内槽、第二内槽及第三内槽分别填充不同规格的氧化软磁粉末，且填充在定子铁心槽、第一内槽、第二内槽及第三内槽中的氧化软磁粉末的疏松度不同；通过调节氧化软磁粉末颗粒的大小来减小电机涡流损耗，通过调节不同槽中氧化软磁粉末的疏松度可以调节电机铁心的导磁性能。

所述定子铁心壳、转子铁心壳的厚度可调，热传导性能好，且散热面积大。

所述氧化软磁粉末为氧化铁粉或者氧化铁硅合金粉末。

所述定子铁心壳的顶部设有第一装粉孔，转子铁心壳的顶部设有多个与第一内槽、第二内槽、第三内槽相对应的装粉孔，通过装粉孔将氧化软磁粉末装入各个槽中。

所述定子铁心壳和转子铁心壳采用金属3d打印技术制成，生产工序简单、生产周期短，而且提高了材料的利用率。

本发明所述的基于3d打印技术的电机铁心的制造方法，包括以下步骤：

(1)通过金属3d打印技术建立电机铁心的三维模型，在定子铁心壳、转子铁心壳中需要填充氧化软磁粉末的部位预留装粉孔；

(2)打印完成后，将定子铁心壳、转子铁心壳中剩余的软磁粉末倒出；

(3)通过实验确定氧化软磁粉末减小涡流损耗的最佳颗粒规格；

(4)通过计算确定铁心各部位氧化软磁粉末的疏松度；

(5)重新在铁心中填充氧化软磁粉末；

(6)封闭装粉孔。

步骤(3)中，在不同的装粉孔中填充不同规格的氧化软磁粉末之后，在相同实验条件下，给电机通入额定电流，通过温度传感器测转子温升，找出使电机转子温升最小的氧化软磁粉末规格。

上述步骤(4)中，氧化软磁粉末的疏松度计算公式具体为：

式中，mn表示第n个粉槽里所装氧化粉末的质量，vn表示第n个粉槽的体积。

有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果在于：(1)铁心内部不同槽中填充不同疏松度的氧化铁粉等软磁粉末材料，通过调节粉末的颗粒大小，可以有效地减小电机涡流损耗；(2)通过调节铁心不同部位粉末的疏松度，可以调节电机铁心导磁性能、优化电机磁路，从而提高电机性能；(3)本发明涡流损耗基本集中在铁心壳上，但铁心壳厚度可以调节，热传导性能好，且散热面积大；(4)采用金属三维打印技术打印铁心，其生产工序简单、生产周期短，而且提高了材料的利用率。

附图说明

图1为本发明所述电机铁心的结构示意图；

图2为本发明中电机定子铁心的结构示意图；

图3为本发明中电机转子铁心的结构示意图；

图4为本发明中的电机定子铁心的径向剖面图；

图5为本发明中的电机转子铁心的径向剖面图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明作进一步详细介绍。

如图1至图3所示，本发明包括定子铁心和转子铁心，定子铁心和转子铁心均为中空结构，定子铁心套设在转子铁心外，定子铁心和转子铁心之间有气隙，如图3所示，定子铁心包括通过金属3d打印技术打印的定子铁心壳1，定子铁心壳1包括定子铁心外壳11和定子铁心内壳12，定子铁心内壳12设于定子铁心外壳11内部，且两者同心设置，定子铁心内壳12沿圆周均匀形成多个定子槽13，且相邻的两个定子槽13之间形成定子齿，在本实施例中，多个定子槽13的数量为12个，多个定子槽13中设有绕组；定子铁心外壳11和定子铁心内壳12之间的空隙部分形成定子铁心槽14；如图1所示，定子铁心壳1的顶部设有顶壳，顶壳上位于定子铁心槽14的正上方开设一个第一装粉孔15；

如图4所示，转子铁心包括通过金属3d打印技术打印的转子铁心壳2，转子铁心壳2包括转子铁心外壳21和转子铁心内壳22，转子铁心内壳22设于转子铁心外壳21内部，且两者同心设置，沿转子铁心外壳21的内周设有多个均匀分布的一字型内槽23，在本实施例中，一字型内槽23数量为6个，均用于放置永磁体；一字型内槽23的两个侧面延伸至转子铁心外壳21的内壁形成第一内槽24；相邻两个一字型内槽23中靠近转子铁心内壳22一侧的两个长边相连，与转子铁心外壳21内壁及相邻两个一字型内槽23的短边共同形成第二内槽25；转子铁心内壳22与一字型内槽23、第二内槽25围合的空间为第三内槽26。在本实施例中，定子铁心壳1、转子铁心壳2的厚度可调，热传导性能好，且散热面积大，定子铁心壳1和转子铁心壳2由具有一定宽度的铁心带条构成。如图2所示，转子铁心壳2的顶部设有顶壳，顶壳上位于每一个第一内槽24的正上方均开设一个第二装粉孔27，每一个第二内槽25的正上方均开设一个第三装粉孔28，第三内槽25的正上方开设一个第四装粉孔29。

定子铁心槽14、第一内槽24、第二内槽25及第三内槽26中填充不同规格的氧化软磁粉末。在本实施例中，氧化软磁粉末为氧化铁粉或者氧化铁硅合金粉末，通过调节粉末的氧化程度，可以有效地减小电机涡流损耗；填充在定子铁心槽14、第一内槽24、第二内槽25及第三内槽26中的软磁粉末材料疏松度不同，通过调节铁心不同部位粉末的疏松度，可以调节电机铁心导磁性能、优化电机磁路，从而提高电机性能。

本发明所述的基于3d打印技术的电机铁心结构的制造方法，具体包括以下步骤：

(1)通过金属3d打印技术建立电机铁心的三维模型，在定子铁心壳、转子铁心壳中需要填充氧化软磁粉末的部位预留装粉孔；

(2)打印完成后，将定子铁心壳、转子铁心壳中剩余的软磁粉末倒出；

(3)通过实验确定氧化软磁粉末减小涡流损耗的最佳颗粒规格；

(4)通过计算确定铁心各部位氧化软磁粉末的疏松度；

(5)在铁心中填充氧化软磁粉末；

(6)封闭装粉孔。

上述步骤(3)中，在不同的装粉孔中填充不同规格的氧化软磁粉末之后，在相同实验条件下，给电机通入额定电流，通过温度传感器测转子温升，找出使电机转子温升最小的氧化软磁粉末规格。

上述步骤(4)中，氧化软磁粉末的疏松度计算公式具体为：

mn为第n个粉槽里所装氧化软磁粉末的质量，vn为第n个粉槽的体积。在本实施例中，第二内槽25中氧化软磁粉末的疏松度大于第一内槽24中氧化软磁粉末的疏松度，第一内槽24中氧化软磁粉末的疏松度大于第三内槽26中氧化软磁粉末的疏松度。