赖钧钰  （成都电机厂）

    随着家用空调器的迅速发展，对与之配套的小功率风扇电机——单相电容运转异步电动机的性能指标要求更高，对其结构要求简单、可靠、易于大批量生产。在这种背景下，一国外出现了塑封电机，并形成了规模经济生产；国内一些厂家开始试制并小批量生产，个别厂家引进了大生产工艺及相应设备进行批量生产。

    由于塑封电机结构特殊，要进行大批量生产，必须有相应的大生产工艺及其设备。本文以空调器用塑封电机为例，简要介绍其结构特点及国外采用的大生产工艺。

    由于国内外空调器向壁挂式、移动式、小型化、低噪声发展，所以出现了外观美、体积小、重量轻、绝缘性能好、防潮、耐腐、导热散热好、防振性能优良、结构简单、可靠、装配方便、易于大批量生产的塑封电机，结构如图1所示。

    如图2所示，塑封定子由自扣定子铁心、绝缘套、线包及塑料封装包壳等构成。

    自扣的定子铁心如图3所示，由两件半圆自扣铁心组合成整圆定子铁心；每个半圆的自扣铁心，又用两件半圆型绝缘套(见图4)套入，作为槽、端部、外圆的绝缘层，以备环形绕线；绕线后的半圆定子，再用焊接式（或嵌合式）结构，使两件半圆绕线定子拼装成整圆定子，整圆的定子再在专用塑压机上进行塑封，以包容构成电机的外壳及端面。

   

    这种全塑封定子的结构消除了定子绕线后的空隙，取消了钢壳，代之以成型塑封壳，消除了与原钢件机壳配合的间隙，塑封后成为一个连结牢固的实体，缩短了电机轴向尺寸和两轴承支承的间距。

    塑封电机的噪声指标比传统结构电机降低了5～10db，可达40db以下。

    塑封电机的端盖如图5所示，外圆尺寸仅为48mm左右，大大减小了端盖尺寸，不仅用料省，更重要的是这种结构的拉伸小端盖（用0. 6～1mm的镀锌钢板冲制、拉伸、精整而成）刚性好，防振性好，又降低了噪声。

   

    这种拉伸的端盖的外圆要与塑封定子的止口相配合，轴承室要与精密低噪声的滚珠轴承相配合，其精度、同轴度、相关的垂直度等形位公差均要求严，要用先进的工艺保证。

    转子由斜槽的自扣转子铁心（见图6）压铸，再配入或压入光轴（或带滚花段）。若是光轴（见图7）滑配入铸铝转子内孔后，再在铁心内孔两端进行“圆弧型”匝铆，而与光轴紧密结合成转子。

    转子外圆和光轴的尺寸精度、椭圆度、不直度、表面粗糙度、同轴度等均要求较高，要用精密设备加工。光轴尺寸一般是φ10(φ8)mm×(100～150)mm。

    一个定子需配4个半圆型绝缘套。壁厚仅为0. 5mm的多槽绝缘套，要包容半圆定子铁心的槽、外圆、端面，以形成绝缘层，便于环形绕线。

    此外还有套入两端盖上的减震橡胶圈、垫圈、弹性卡圈、热保护器及引出线插座等。

 

      首先，采用大生产工艺要有先进合理的工艺布局及工艺流程，然后选用先进合理的工艺方案、方法及相应的装置（设备、工装及检测系统、运输系统等）。

      在微电机生产中，铁心的高效生产一般分为高速冲床配以fastec系统或vics系统的自扣硬质合金级进模（或高速钢级进模），高速冲床配以散片式的硬质合金级进模（或高速钢级进模），散片式冲片以笼管出料，分台理片后以氩弧焊接（或铆钉铆接，扣片压接等）成为整体定子铁心。

      由于空调塑封电机铁心结构的特殊性——半圆定子铁心，整圆斜槽转子铁心，所以现代大生产中往往采用高速冲床配以fastec系统的自扣硬质合金级进模冲制而成。

      工艺流程是：

      冷轧卷料（硅钢片）——材料质检——开料——冲制（高速冲、级进模）、自扣铁心——铁心检查一一出半圆定子铁心和整圆斜槽转子铁心。

       要采用高效、精密的fastec或vics自扣铁心冲制系统，必需采用高速精密的冲床。

       一般以定转子冲片和铁心的尺寸、结构要求，进行多工步排料，选定是多少工位，就．能定出级进模的竟度和长度。再根据级进模的结构设计选定模具高度，以定出选择的冲床封闭高度。国内大多数厂家使用冲次一般为200～300次/rmn。

       根据每个工位的冲裁力之和选择冲床吨位，但是要保证冲片、铁心的精度及小毛刺(一般要求冲片毛刺小于0. 05mm或者小于0. 03mm)，设备应稳定可靠的工作，冲床吨位一般应大于总裁力2～3倍。所以这类空调电机的自扣铁心，选用125t或200t的高速冲床为宜。国内厂家选用日本“艾达”(aida)或山田(yamapa dobby)公司出产的高速精密冲床居多，也有少数厂家选用日本小松株式会社的或选用德国、意大利的高速冲床。一般，日本设备的价格低于欧洲国家设备的价格。

    选择冲床时，应注意选用配套的卷料托架、送料、校平、润滑等附属装置，如图9所示。

   

    自扣铁心的生产以精密高速冲床配日本黑田(kukoda)株式会社制作的fastec叠压系统为多。

    日本的自扣铁心叠压系统分为fastec系统和vics系统。vics系统在冲vics转子铆扣时，上模冲铆扣的冲头是旋转的，以便在每张冲片上通过改变铆扣的位置形成转子铁心的斜槽，但这种方法使冲片不能互换。若采用fastec系统，则可达到冲片互换。在冲转子冲片的每片冲片分离时，凹模能自动转动一下，从而保证转子铁心的斜槽。凹模的旋转是通过下模的蜗轮装置实现的，其转动的距离大小由转子铁心长度、槽口斜度、转子外径、冲片上铆扣分布直径等因素确定。叠装的转子铁心分台，同vics系统一样，也是通过传感器控制冲片数目实现。对分台后的铁心，由于材厚误差而影响铁心总长时，可在转子铁心上进行增减，利于保证铁心总长，这也是fastec系统优于vics系统之处。由于定子铁心不是斜槽，两种系统均是在冲定子冲片时，铆扣一次冲成。定子铁心分台，也是通过传感器控制冲片数目实现的。定、转子铁心分台下落后，由传送装置分位送出自扣的定子铁心和转子铁心。

    级进模分单排和双排。单排时，选用冲床吨位较小，使用及维护相对较易。双排的，选用冲床吨位较大，使用及维护相对较难，且模具价格比单模高出百分之五十左右，但生产率可高出1倍。

    硬质合金级进模的****优点是总寿命长，双方签约的保证寿命是8000万次至1亿次。但国内一些厂家，如成都电机厂，引进两副11工位的硬质合金级进模经消化、吸收、创新，其每副总寿命可高达1.5亿次以上，取得了显著的经济效果。

    模具刃口材料使用日本粉末超硬钢(wco)，硬度达hrc87～89，抗折力达2900～3000mpa。

    模具的有效切削刃口lomm，修磨一次0. 08～0.lomm达100万次，而国内一些厂家（如成都电机厂）采用特殊技术，修磨一次仅0. 03mm左右，冲次寿命达200万次，大大提高了模具的总寿命。冲片毛刺规定在0. 05mm以内，实际上可以达到0.03mm以内。

    转子的制造工艺是空调电机的关键，转子的质量不仅仅是指机械尺寸及压铸质量，还有其纯铝成分、转子的等效电阻的控制、气孔控制、转子整体平衡量的控制等。

    自扣的整圆转子铁心一一检查、清理纯铝的成分炉前分盘压铸一一去浇冒口——质检（外观尺寸，压铸表面质量，转子等效电阻检查及必要的转子铸铝内部质量的抽查等）——印字一一铸铝转子。

    为达高效生产，采用一模4～6件，选择150~250卧式压铸机，全自动或半自动控制。国内厂家引进日本或瑞士产卧式压铸机，瑞士压铸机效能、质量****，但价偏高。

    这类压铸机，取铝水、浇注、增压、压射、润滑、模具喷涂、取件均能自动进行，由电脑控制、预置编程进行生产，其效率为40s 一个生产节拍，一模达4-6件。

    采用一模多件压铸模。压铸模的设计要考虑注射时铝水的流动，充实要好，排气要充分，要采用点浇口或侧浇口，开好排气槽。考虑到转子铁心叠厚的误差，要有弹性调节机构，以保证转子的正常压铸。压铸模材料日本是选用s45c或skd- 61，在正常操作使用条件下，压铸模可注射15万次以上。国内厂家自制的一模4件压铸模，材料常用4cr5mcvsi制作，或采用3cr2w8v制作．其模具寿命低于15万次。

    根据电机转子的结构、设备及模具，选用合理的压铸工艺参数（即铝水的精炼、温度、时间、压力、压射速度、合模开模时间等）。

    纯铝成分的控制应特别注意，要及时进行炉前分析，快速化验，以指导压铸。压制的转子要立即进行转子质量的检查、测试（常采用转子等效电阻法和鼠笼转子检查仪进行），以控制转子质量。

    轴材料为45号冷拉圆钢，5级精度。一般留加工余量，单边为0. 15mm。

    一般的工艺流程是：

    卷料——冷板——材质检查——切断——热处理——校直——平两端面——校直——检验——一次磨——铣扁口——切卡圈槽-2次磨至5次磨——浪花——校直——检验——清洗（防锈）——入库。

    设备选用高速切断机、校直机、高效平端面机、高速铣床、精密自动车床、精密无心磨床、高刚度浪花设备、相应的检测设备、必要的热处理设备和清洗、防锈设备等。

    工艺流程是，铸铝转子——压入光轴——校直——检查——外圆加工——检查——表面防锈处理。

    合格的铸铝转子经压入光轴后，则成为转子。以光轴外圆基面定位，配上专用夹具，则可在精密车床上进行转子铁心外圆的粗、精加工，一般要求是应保证转子铁心外圆对光轴轴线的不同轴度应小于0. 03mm。

    国内有的厂家引进了日本等国的高效精密车床，该设备有自动上料及卸料装置、去毛刺系统等，其液压夹具内壁用粉末超硬钢制作，使用寿命长。此外，还有尺甘自动检测装置。该设备30s加工1个零件，每班达800～1000件。

    选用160t的多工位压床，配以相应的薄板送料装置及9工位硬质合金拉伸模进行高效生产，冲床生产率达35～40件/min，年生产可达50万件以上。

    若模具材料为日本的skd-11，刃口寿命10～15万次，每修磨一次为0.15～0. 20mm，刃口高度3～5mm，所以在正常使用条件下，模具总寿命可达200万次以上。

    壁厚仅为0. 5mm的多槽绝缘套，其材质要求能承受130℃以上温睦，且注塑的流动性、抗老化性、一定的机械强度都应满足技术上的要求，保证耐压2000v不击穿。应选用尼龙66或耐高温聚丙烯(pp)等材料。

    设备选用大于1259卧式注塑机，一模多件压制。要求模具的浇道设计及模具寿命能适应大批量生产的要求，一副好的模具注塑寿命可达50万次以上。

    工艺流程是，半圆铁心——放绝缘套——绕线——接线——整形——检查。

    一般选用日本或美国生产的一种微机控制的环形螺旋式电机定子绕线机，要有专门的适于半圆铁心装夹的特殊夹具，进行高速绕线(2500r/min)，高速绕线时的匝数精度为10。逐能跳槽分段、中间抽头、记数、故障报警等。需要指出，要有好的电磁线以利于高速绕制，保证绕制合格率。

    定子塑封是塑封电机的关键工艺，其工艺流程是，半圆绕线定子——两半圆绕线定子焊接（或嵌合）成整圆定子——预热——塑，压——去浇口——检查、测试——印字。为适应高效生产，选用日本或奥地利的bmc专用立式、多工位、圆形工作台的塑压机（塑封材料是bmc专用塑料，要低温保管），配以多件专用塑压模进行生产，生产效率约为30万件／台以上。需要特别指出的是，该类电机所用的塑封材料是新发展的一种新型热固性材料，国内厂家使用的是日本bmc塑料，它是一种不饱和聚酯树酯热固性塑料，这种热固性塑料，性能优良，其成型工艺性好，固化速度快，易脱模，一致性好，但应注意贮存条件和使用期限。

  要适应大生产，应采用装配生产线，配以小型压机、自动平衡机、电机测试线、噪声监听等装置。

    这种全塑封定子结构的电机是对传统钢机壳结构电机的技术突破，有着广阔的发展前景。该工艺不仅应用于空调器电机上，还应用于洗衣机电机、步进电动机，同步电机等小功率电机。由于塑封电机结构新颖、紧揍，可满足低噪声等特殊指标的要求，得到家用电器行业乃至整个工业界的普遍欢迎，出现了塑封电机供不应求的局面。