MAGAZINE
刊物內容

回列表

膠合式鐵芯與傳統鉚銲接式鐵芯的鐵芯性能差異比較

摘要"

高效率節能馬達是全球馬達產業之發展趨勢,但當其鐵芯電磁鋼片厚度<0.25 mm時,傳統製造工藝將遭遇鉚接不易、鉚接力過低等問題。另一方面,為了提升馬達效率、增加續航力、減少振動噪音等需求,部份純電動車之驅動馬達鐵芯已捨棄傳統鉚銲接式鐵芯而改採用膠合式鐵芯之創新結構。為掌握膠合式鐵芯的優點,本研究以外徑210 mm、內徑155 mm、積厚120 mm、36槽馬達定子作為研究載具,底材以中鋼35CS440搭配散片上膠方式製作兩種不同疊合方式之鐵芯樣品,最終比較其機械及電磁特性差異。結果顯示膠合式鐵芯相較於傳統鉚銲接式鐵芯擁有許多優勢,包括:(I) 鐵芯平面度高、(II) 疊片結合力強、(III) 鐵損劣化少、(IV) 較順暢的磁路、(V) 整體剛性高。為掌握未來膠合式鐵芯應用逐漸成長的契機,中鋼公司已積極投入「自黏塗膜」電磁鋼捲的研發,預計2020年起攻佔全球電動車馬達膠合式鐵芯的供貨商機。

關鍵詞:電磁鋼片、膠合式鐵芯、自黏塗膜

前言與研究動機

高效率節能馬達是全球馬達產業之發展趨勢,未來低鐵損、薄尺寸電磁鋼片需求將快速成長。但當鐵芯電磁鋼片厚度<0.25 mm時,以鉚接來生產鐵芯的傳統工藝將遭遇鉚接不易、鉚接力過低等問題,通常須要額外進行氬銲或雷射銲接來強化疊合強度,如此將無法避免的會衍生電磁鋼片磁性劣化的不良影響[1,2]。另一方面,在目前最先進的電動車驅動馬達設計方面,為增加提升馬達效率、增加續航力、減少振動噪音等需求,部份國際知名純電動汽車廠已嘗試採用膠合式鐵芯結構,並實際將其應用至量產車型。讓原本雖已發展許久卻一直未被普遍使用的鐵芯膠合技術逐漸受到重視,近期更促成許多馬達大廠亦開始評估類似技術的技術可行性及市場效益。
膠合式鐵芯的製造流程不同於傳統鉚接或銲接式鐵芯,其主流作法大致可分為兩大類:(I) 鐵芯點膠:在原本一般電磁鋼片層與層之間設法塗膠後,再一片一片疊合。國際少數模具廠(如日本黑田或德國K+S)甚至擁有在沖壓模具內直接點膠的頂尖技術[3,4];(II) 自黏鐵芯:鋼捲表面的塗膜經加熱後即可產生黏性,鐵芯散片經定位、加壓、加熱等流程後即可成為一顆黏著固化完畢的鐵芯。
然而,不論是鐵芯點膠或自黏鐵芯技術,其製造面或成本面都較現行鉚接或鉚接工藝複雜且成本昂貴許多,故本研究將透過一個完整的實驗架構,探討膠合式鐵芯相較於傳統鉚銲接式鐵芯在機械結構及電磁性能的特性差異及應用優勢。本研究所獲致的結論不僅可作為中鋼公司新世代產品研發的重要依據,更可以作為國內馬達產業鏈技術創新的方向與策略。
研究架構與實驗方法

定子鐵芯外形及其用料

為近似目前電動車驅動馬達常見的鐵芯尺寸,本研究選用一款外徑210 mm、內徑155 mm、積厚120 mm、36槽之高功率動力調速馬達定子外形,以作為膠合式鐵芯的研究載具。在該鐵芯底材方面,本研究選定0.35 mm電磁鋼片35CS440,經換算單顆鐵芯約須343片散片疊合而成。膠合式鐵芯採用如同第一章中的鐵芯點膠技術來製造,主要流程大致為:(I) 散片計數與上膠、(II) 散片對齊堆疊、(III) 鐵芯加壓與固定、(IV) 鐵芯置入烘箱烘烤、(V) 鐵芯冷卻成形。而實驗對照組則是委託下游鐵芯廠以傳統工法客製化製造,其疊合方式採用六點V型鉚點(鉚點大小為3 mm*1 mm),但因鉚點結合力較弱,鐵芯外緣更增加六條氬銲銲道(TIG銲接)來補強。在本研究過程中,膠合式鐵芯與鉚銲接式鐵芯皆試製五套,以提高本研究實驗數據的代表性。

前言與研究動機

高效率節能馬達是全球馬達產業之發展趨勢,未來低鐵損、薄尺寸電磁鋼片需求將快速成長。但當鐵芯電磁鋼片厚度<0.25 mm時,以鉚接來生產鐵芯的傳統工藝將遭遇鉚接不易、鉚接力過低等問題,通常須要額外進行氬銲或雷射銲接來強化疊合強度,如此將無法避免的會衍生電磁鋼片磁性劣化的不良影響[1,2]。另一方面,在目前最先進的電動車驅動馬達設計方面,為增加提升馬達效率、增加續航力、減少振動噪音等需求,部份國際知名純電動汽車廠已嘗試採用膠合式鐵芯結構,並實際將其應用至量產車型。讓原本雖已發展許久卻一直未被普遍使用的鐵芯膠合技術逐漸受到重視,近期更促成許多馬達大廠亦開始評估類似技術的技術可行性及市場效益。
膠合式鐵芯的製造流程不同於傳統鉚接或銲接式鐵芯,其主流作法大致可分為兩大類:(I) 鐵芯點膠:在原本一般電磁鋼片層與層之間設法塗膠後,再一片一片疊合。國際少數模具廠(如日本黑田或德國K+S)甚至擁有在沖壓模具內直接點膠的頂尖技術[3,4];(II) 自黏鐵芯:鋼捲表面的塗膜經加熱後即可產生黏性,鐵芯散片經定位、加壓、加熱等流程後即可成為一顆黏著固化完畢的鐵芯。
然而,不論是鐵芯點膠或自黏鐵芯技術,其製造面或成本面都較現行鉚接或鉚接工藝複雜且成本昂貴許多,故本研究將透過一個完整的實驗架構,探討膠合式鐵芯相較於傳統鉚銲接式鐵芯在機械結構及電磁性能的特性差異及應用優勢。本研究所獲致的結論不僅可作為中鋼公司新世代產品研發的重要依據,更可以作為國內馬達產業鏈技術創新的方向與策略。
研究架構與實驗方法

定子鐵芯外形及其用料

為近似目前電動車驅動馬達常見的鐵芯尺寸,本研究選用一款外徑210 mm、內徑155 mm、積厚120 mm、36槽之高功率動力調速馬達定子外形,以作為膠合式鐵芯的研究載具。在該鐵芯底材方面,本研究選定0.35 mm電磁鋼片35CS440,經換算單顆鐵芯約須343片散片疊合而成。膠合式鐵芯採用如同第一章中的鐵芯點膠技術來製造,主要流程大致為:(I) 散片計數與上膠、(II) 散片對齊堆疊、(III) 鐵芯加壓與固定、(IV) 鐵芯置入烘箱烘烤、(V) 鐵芯冷卻成形。而實驗對照組則是委託下游鐵芯廠以傳統工法客製化製造,其疊合方式採用六點V型鉚點(鉚點大小為3 mm*1 mm),但因鉚點結合力較弱,鐵芯外緣更增加六條氬銲銲道(TIG銲接)來補強。在本研究過程中,膠合式鐵芯與鉚銲接式鐵芯皆試製五套,以提高本研究實驗數據的代表性。...更多內容,請見《機械新刊》雜誌。

READ MORE BACK TO LIST