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摘要：電機作為一個能量轉換的機械裝置，其能量轉換效率的大小直接影響能源消耗多少。對于高效率的電機，能以少量的能源消耗獲得大的輸出功率，因此對于如何以最優成本獲得電機效率的提高，一直是電機生產廠家研究的課題。對硅鋼片進行熱處理能夠獲得較好的磁性能及較低的鐵芯損耗，在壓縮機等領域均有較為廣泛的應用。本文將從熱處理工藝的特點出發，對影響小功率空調單相異步電機的電機性能、噪音及過程工藝的相關因素展開論述。

關鍵詞：熱處理；電機性能；電機噪音

前言

隨著空調產業愈加成熟，成本逐漸透明，且消費者對產品消費的觀念愈加理性，性價比已經成為消費者對產品選用的重要考量標準。對生產制造企業來講，如何在現有成本條件下，滿足消費者愈來愈高的消費要求，如何用最小的投入提升產品性能，進而提高市場競爭力，已經成為企業中科研攻關的重要研究課題。本文重點論述空調風扇電機的定轉子鐵芯在導入熱處理工藝后對產品性能、噪音、成本及制程工藝影響的分析與解決經驗。

1鐵芯熱處理機理

從原理上講，鐵芯在電機中起主要作用的兩個關鍵參數分別為鐵損、磁性能。因此電機硅鋼片的熱處理需要圍繞這兩個基本參數進行考慮，以便達到降低熱處理之后的鐵芯損耗及提高熱處理之后鐵芯磁性能的目的，所以選用連續退火中的發藍工藝。主要目的是為了使硅鋼片在高溫作用下，與氧化劑作用并在鐵芯表面生成一層致密的氧化膜，以獲得較高的絕緣電阻，減少鐵芯的渦流損耗。同時發藍過程也是一個去應力過程，還能起到很好的防銹和防腐蝕的作用。

1.1發藍原理熱處理過程中，各種氧化劑與加熱的硅鋼片相互作用，會形成一層氧化膜，這層膜可能是：①氧化亞鐵FeO膜：呈灰色，性能不穩定，易分解出游離鐵，絕緣電阻低，當硅鋼片彎折時很容易脫落。②四氧化三鐵Fe3O4膜：略帶黑色，有較高的絕緣電阻及良好的附著力。③氧化鐵Fe2O3膜：呈紅色，絕緣電阻最高，有良好附著力。如果熱處理方式得當，形成的氧化膜是由Fe3O4和Fe2O3一層蓋一層的混合物組成，表面呈藍黑色，所以這種熱處理又叫發藍處理。另作為熱處理的氧化劑有許多種，實踐證明空氣和水蒸氣的混合氣體較為適宜，成本也低。

2對整機的影響

選用我司一款空調壁掛機產品,暫命名為FN50，根據客戶的要求，需要加大電機輸出功率P2到56W，同時效率η≥54%，轉速n≥1330rpm，溫升△T≤78K，且不能大于現有電機結構：鐵芯規格79×44，疊厚50mm，半定子燕尾槽拼合成圓結構。我們嘗試使用現有條件下的所有手段進行調整，均無法保證轉速溫升等性能達標的條件下，將電機輸出提高6W，因此對其建模，進行有限元分析,發現電機沖片齒部磁密趨于飽和，所以降低鐵芯損耗可以作為該電機提效的主要切入點。適用于導入熱處理工藝。

2.1性能影響根據熱處理后鐵芯損耗降低及磁性能提高的程度，將該需求電機結構定為：鐵芯規格79×44，疊厚45mm，半定子燕尾槽拼合成圓結構。

2.2噪音的影響空調電機中衡量噪音主要分兩個部分，一個是電機本體的單機噪音，一個是負載噪音，單機噪音針對于該功率段的要求為不能高于42db，負載噪音要求耳聽和諧且峰值拉開13db。

2.2.1單機噪音使用懸掛法測試單機噪音，發現單機噪音明顯高于非熱處理方案，耳聽空洞有壓迫感，非常不舒服，總體類似于虛位不良的噪音。拆機將轉子更換為非熱處理轉子再進行復測，噪音明顯改善。拆機敲擊轉子，可以感覺到非熱處理的轉子音質明顯實于熱處理后的轉子。取熱處理前后的轉子鐵芯全檢尺寸，熱處理后的轉子鐵芯雖然尺寸合格，但是疊高尺寸均走的公差上限。因此，可以初步判定熱處理過程高溫，導致定轉子鐵芯微變形，從而影響疊壓系數，最終引起噪音。為驗證上述判斷，取熱處理后的定轉子鐵芯，對其進行整形，根據以往經驗，整形設備壓力控制在≤4T，然后制作樣機復測噪音，發現單機噪音非常平穩，峰值低了10dB以上。拆機后敲擊轉子，音質實且沉。有鑒于此，可以得出結論：熱處理后的定轉子鐵芯，需要再進行整形以保證后工序電機的噪音。

2.2.2負載噪音將單機噪音合格的電機安裝到負載中，對負載進行噪音測試，截取噪音頻譜分析。從頻譜整體上看，負載運行平穩且峰值拉開15db，耳聽和諧且無明顯雜音，初步可以判定正確處理后的熱處理工藝的電機，對整機噪音無影響。

3成本影響

導入熱處理工藝后，電機定子疊厚由原來的50疊厚減少到了45疊厚，由于疊厚的降低，進而節約了大量鐵芯和銅線的使用，以及對應轉子端環的鋁用量，獲得了較大的成本優勢。但因此部分涉及到公司的商業機密以及核心競爭力，因此不在此公示實際數據。

4對制程工藝的影響及解決思路

熱處理雖然帶來了比較明顯的性能和成本優勢，但是在熱處理的高溫過程中，原硅鋼材料表面的油膜被揮發、定轉子鐵芯膨脹變形等，對電機后工序的生產加工制造，產生了一定的影響。這里提出對應解決思路和辦法。

4.1熱處理鐵芯變形問題根據噪音部分所反饋的問題，電機在定轉子鐵芯熱處理完后，增加一道整形工序，該點已經在上文中有具體陳述，在此不再重復。

4.2半圓定子鐵芯拼合問題由于熱處理過程中，高溫導致的鐵芯微變形、毛刺影響及油膜揮發，半圓定子在繞完線后，拼合成整圓定子時，燕尾結構容易在拼合到一半的時候卡死，導致生產無法持續。根據實際生產驗證的經驗，可以在燕尾結構處增加潤滑來解決問題。電機廠常見的，可以使用的潤滑物料有沖壓油、普馬威克油等。

4.3入軸彎的問題同樣是由于高溫導致的鐵芯微變形、毛刺影響、油膜揮發以及熱處理后鐵芯和轉軸硬度變化的影響，轉軸在入軸過程中，轉子鐵芯將轉軸上的軸筋破壞，壓入過程中從傷位開始拉絲最后卡死入軸過程，此時轉軸依然承受設備壓力的作用，最終彎曲變形導致生產無法進行。根據實際生產驗證的經驗，該問題可以從減短軸筋、優化軸筋分布和位置進行解決。轉軸筋位在設計時，應放在靠近非入軸端，同時，在保證跌落合格的情況下，軸筋數量選擇為2~3對。

5結語

根據熱處理應用領域的產品特性，只有在不斷的驗證、分析、調整，才能總結出適合工廠現場的熱處理技術及工藝特性。

作者：卓祖德；陳志文；陳川禮；李慶 單位：珠海凱邦電機制造有限公司