铁心连接工艺的分类
电机作为将电能转化为机械能的装置，已广泛应用于工业设备中，如电动汽车、电动飞机、电动船舶等。硅钢是一种高硅（2-5.5wt%Si）薄带（0.2-0.65mm）钢，是电机定子和转子中最常用的软磁性材料。在铁中加入硅会降低矫顽力、增加电阻率。此外，在交变磁场环境中，薄带厚度的减少可降低硅钢的涡流损失。电机的定子和转子铁心由数百张硅钢叠装制成，可以减少涡流损失，提高效率。在电机应用中，叠片铁心两侧均有绝缘涂层，以阻断层间涡流。通常，硅钢铁心叠装的目的是确保叠装片的机械强度，而连接工艺往往会带来绝缘涂层的损伤、微观结构的变化、残余应力的引入等，从而引起磁性能的退化，因此在机械强度和磁性能之间的权衡是一个巨大的挑战。此外，硅钢的叠装结构不同于传统的重叠或对接，研究硅钢叠装连接工艺对加快高质量电机制造至关重要。图1显示了Scopus数据库中关于硅钢叠装连接工艺技术的论文数量。如图所示，这是一个近十年来快速发展的新兴研究课题。
图1
1.具有代表性的铁心连接工艺
目前，叠片铁心的连接工艺一般可分为三种类型：胶接、机械连接和熔焊，如图2所示。胶接法的优点是不破坏绝缘涂层，粘接后的铁损增加较少，是组装叠片的最佳方法之一。使用胶接硅钢片之间可以保持良好的电绝缘性，同时有效减少片层间的振动和摩擦，从而降低噪声，此外胶粘剂在固化后具有良好的导热性能，可以帮助电机在运行过程中散发热量。一般来说，胶水的成分因供应商而异，包括有机胶、无机胶及两者的组合。然而，该技术大规模应用的最大障碍是在电机运行过程中，高温的周期性负荷条件下粘附力出现机械故障。此外，其成本也高于其他连接工艺。
图2 叠片铁心代表性连接工艺示意图(a)胶连接 (b)机械连接 (c)熔焊连接
相对而言，目前机械和熔焊连接工艺均已被广泛应用。有研究人员比较了两种具有代表性的V型机械连接工艺对环芯样品的磁性能影响，发现机械锁扣形成和机械锁扣连接对低频（如50Hz）铁损增加的贡献相当，而在高频下，机械锁扣连接导致的铁损增加大于机械锁扣形成的贡献。同时，通过测量发现，磁导率和铁损的倒数随连接头数量呈线性增加。在渐进式冲压模具加工过程中，机械连接通常与熔焊连接相结合，成本上，机械连接工艺的成本比焊接工艺的成本略低，性能上，与熔焊相比，机械接头在垂直于硅钢表面方向上的强度低于熔焊接头的强度，此外机械接头在周期性载荷下的疲劳寿命也低于焊接接头。因此，在高强度要求情况下，会联合使用多个熔合焊道来提高机械连接的强度。
叠片铁心熔焊的热源包括激光、电子束、等离子弧、电弧（TIG、GTA、CMT）等。激光焊接作为一种高效、高质量的熔焊工艺，被认为是在高性能电机应用中最具发展前途的一项工艺。与其他熔焊方法相比，激光焊接可以实现较小的热影响区，产生较低的残余应力，最终得到具有较高磁性能的焊接叠装铁心。图3为叠片铁心的激光焊接示意图。运动能量束连续熔化叠层的边缘，在界面处形成有效接头。连接工艺的关键因素如下：(a)层的特殊结构由数百片硅钢叠片形成；(b)两侧的绝缘涂层，在动态熔焊过程中会因为涂层的热解可能诱发焊缝气孔；(c)机械强度和磁性的综合要求。
图3 叠片铁心的激光焊接示意图
表 1 显示了层压电工钢连接方面的代表性研究。影响连接层压电工钢叠片的关键因素如下：（a） 由数百块电工钢片制成的叠片的特殊结构;（b） 电工钢板两侧的绝缘涂层，由于涂层的热解导致滞留气泡，这会影响熔池在熔合焊接过程中的动态，并可能在焊缝中产生气孔;（c） 对强度和磁性能的综合要求。以下部分将总结当前层压电工钢连接的研究，从而更好地了解具有行业巨大要求的连接过程。
连接工艺对铁心性能影响的测量
图4测量磁性能的系统：(a)示意图；(b)卷绕铁心样品。
新型连接工艺的研究
来源：汽车工程师、电动车千人会
扁线分布图领取
资料领取
