一文了解永磁电机转子的灌封工艺

摘 要：

永磁电动机转子总成是电机总成中的关键部件，是实现电能与机械能相互转换的核心装置。研究一种全新的永磁电机转子磁钢灌封工艺，包括环氧灌封胶量计算、灌封工装设计制造、灌胶程序编写、最优灌胶工艺方案，经检验验证该方法能够较好地保证磁钢灌封质量、电机整体性能及可靠性。

永磁同步电动机转子结构按照磁钢与铁心的装配结构分为磁钢表贴式与内置式两种结构方式，其中内置式结构转子以结构强度高、耐久性好、能量密度大、调速范围广等优势，成为新能源汽车驱动电机的主流。

内置式结构转子要求磁钢嵌入铁心后完全固定二者相对位置，避免电机工作过程中磁钢受力产生相对运动而损坏磁钢；同时需要保证磁钢与铁心间的紧密接触避免磁钢过热退磁。磁钢结构损坏与过热退磁均可导致电机报废的严重后果，须严格避免。因此，需要用环氧树脂胶填充磁钢与铁心间的缝隙。

由于驱动电机结构及性能的要求，磁钢与铁心间的填充缝隙宽度仅为0.277 mm，灌封过程中要求环氧树脂胶完全填满所有这些极窄的缝隙，且不能产生直径大于2 mm的气泡。为确保该工艺顺利实施，对磁钢灌封效果及灌封工艺进行了相关验证。

1 环氧灌封胶量计算

为保证灌封胶填充充分，并且在发生溢胶或灌胶不足时找到原因，需要精确掌控灌胶量，因此，有必要分析铁心及磁钢结构，计算出理论环氧灌封胶用量。

由于产品互换性要求，需要根据图样上最大、最小极限尺寸计算出灌封空间的最大体积Vgmax及最小体积Vgmin：

Vgmax=-

(1)

Vgmin=-

(2)

式中：，分别为磁钢的最大、最小体积；，分别为磁钢槽的最大、最小体积。

取平均值作为灌胶用量：

Vavg=0.5×(Vgmax+Vgmin)

(3)

2 工艺

2.1 灌封工装设计

由于尚未固化的环氧树脂胶呈现液态，所以灌封工装要保证具有足够的密封性，不得漏胶，并且需要防止环氧树脂胶与密封结构粘接问题的发生。本文采用橡胶垫密封，并采用螺母螺杆机构提供密封正压力，如图1所示。

图1 灌封工装

橡胶垫与环氧树脂胶粘接问题分四组对比实验寻求解决方案，各方案效果如表1所示。

表1 防粘接方法对比

通过工艺验证得出，只有用保鲜膜隔离的方式，才能够达到防粘接的目的，其他工艺方式均导致工装与工件的粘接并且难以清理。

2.2 灌封程序编制

环氧密封胶采用某公司生产的树脂A和胺固化剂B产品，混合前需要各自加热至80 ℃，并按照一定的比例配胶。灌胶过程采用环氧灌胶机设备，如图2所示，此环氧灌胶机可以完成两组分别预热、搅拌、配胶，并能精确控制注胶量及注胶路径，提高注胶质量。

图2 环氧灌胶机

计算注胶总时间：

t=Vavg/Q

(4)

式中:Q为灌胶机设备注胶流量。

此环氧灌胶机采用PLC模块化语言编程，程序如表2所示。

表2 灌胶程序

注胶过程从注胶槽底部开始缓慢向上注胶，保证注胶充分。当前注胶槽注胶完成后，注胶头加速抬起，利用惯性力作用断胶，避免弄脏铁心表面。编程过程中应注意：

t=t1+t2

(5)

以实现注胶量的精确控制。

2.3 磁钢装配工艺

驱动电机转子铁心总成的磁极结构形式较为复杂，如图3所示。磁极通常由多个不同角度排列的磁钢形成，即使其中一个磁钢磁极装反，整体也能表现出最终磁极，故安装完成后难以检验每个磁钢磁极是否正确，给分装带来很大困难。

图3 转子结构

如图4所示，采用磁极检测片，并探索各种磁钢磁极装错情况下磁极检测片显影差异规律，解决了磁钢磁极安装正确性检验难题，保证了产品装配质量及合格率。

图4 磁极检测

2.4 灌封工艺方法探索

方法1：冷态铁心直接灌封注胶，灌胶后15 h自然固化。

方法2：冷态铁心直接灌封注胶，灌胶后放入烘箱内加热2 h固化。

方法3：将铁心预热至80 ℃再灌封注胶，灌胶后15 h自然固化。

方法4：将铁心预热至80 ℃再灌封注胶，灌胶后放入烘箱内加热2 h固化。

从以上灌封工艺的结果可以得到：

方法1：最为节能，但是灌封效果不尽人意，内部气泡较多；且经过15 h自然固化，其心部环氧树脂胶尚未固化完全，不满足使用要求。

方法2：增加加热固化工序，使得环氧树脂胶充分固化，但内部气泡问题仍然存在。

方法3：将铁心预热至环氧树脂胶预热温度，在灌封过程中能够保证环氧胶的流动性，因此气泡问题得到解决，但自然固化不充分。

方法4：集合各项优势，最终内部无明显气泡，且内部固化完全，心部与外部固化硬度相当。因此，此种灌封工艺方法最为适宜。

3 结 语

采用全新的灌封工艺对驱动电机转子总成进行灌封，采取多种措施保证装配及灌封过程质量，使得磁钢被正确且牢固地固定在铁心磁钢槽中，灌封填充均匀且无明显气泡，满足设计图样要求。

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