永磁電機轉子灌封工藝研究*

張 雄 ，馬耀明

（包頭長安永磁電機有限公司，內蒙古 包頭 014030）

永磁電機轉子灌封是針對電機轉子進行固定的一種工藝方式，該工藝利用樹脂膠加固轉子的固定端，有效防止轉子顫抖導致電機工作不穩定和產生大量熱的問題。該工藝對于樹脂膠的選擇有很嚴格的要求，由于永磁電機長時間的工作狀態對于樹脂膠的老化等形成很大影響，需要選擇適合的樹脂膠[1]。在灌封過程中，嚴格落實技術要點，有效掌控各個技術環節，進而使得永磁電機能夠處于穩定的運轉狀態，發揮其動力效能。

1 永磁電機轉子灌封工藝概述

從永磁電機轉子結構來看，轉子和鐵心進行裝配的結構形式包括兩種：一是表貼式，二是內置式。從目前的應用情況來看，內置式結構優勢明顯，并已經成為新能源汽車驅動電機的主要選擇。內置式轉子結構的性能優點可歸納為幾個方面：持續性好、強度高、調速范圍廣、能量密度大等[2]。實際制造過程中，采用內置式結構的永磁電機轉子與鐵心結合后必須將二者按照相對固定的位置進行完全加固，其目的就是要防止電機運轉時受力過大引發二者相對運動造成一些部件或部位的損壞，另外還要考慮轉子與鐵心過度接觸產生大量熱聚集引發過熱退磁的問題。

在具體操作中，因為永磁電機的結構嚴密，且性能標準對轉子與鐵心間距也有非常高的要求，環氧樹脂材料需要對寬度僅為0.277 mm的縫隙進行填充，這對于灌封工藝的要求還是非常高的。不但要確保完全填滿，且環氧樹脂材料中不允許存在直徑超過2 mm的氣泡。為確保整個灌封工藝封裝效果達到預期標準，需要技術驗證灌封效果。過程中需要對一些重要的技術要點加以嚴格控制，整個工藝流程包括多個重要的計算和檢驗等工序，只有驗證該方法的可靠性，才能用于灌封工藝的實施環節[3]。

2 永磁電機轉子灌封工藝環氧樹脂材料的選擇

2.1 基于膠粘劑理論的環氧樹脂材料選擇分析

2.1.1 杜邦聚氨酯膠反應機理

本文選擇的杜邦聚氨酯膠以樹脂和固化劑作為主要成分，其中，環氧樹脂為內含羥基聚酯的杜邦3200樹脂，固化劑選擇內含芳香族聚異氰酸酯的杜邦5132。經試驗發現，所選杜邦3200樹脂中含有的聚氨酯膠粘劑凝結效果與環境濕度的敏感性較高，究其原因，主要是固化劑在濕氣較重的環境下會與水發生化學反應，生成二氧化碳等物質，膠體的質量和性能因此受到影響，不但其固化速度發生變化，且固化后膠體內含有較多二氧化碳氣泡，粘接性能會有比較明顯的降低[4]。由此可見，含有聚氨酯膠的杜邦3200樹脂在應用環境方面要求較高，在具體灌封過程中需要給予重視。

2.1.2 漢高膠反應機理

對選擇的漢高膠進行分析，漢高膠中樹脂與固化劑配制比為100∶49，樹脂選擇為環氧樹脂，固化劑選擇為胺類固化劑。通過檢驗發現，環氧膠粘劑可以在環境濕度較高的情況下正常發揮作用，且耐腐蝕性方面也有比較好的表現。分析環氧樹脂膠粘劑與聚氨酯膠粘劑的反應效果，環氧樹脂膠粘劑在適應環境溫度以及耐腐蝕性能方面都很好，而聚氨酯膠粘劑在環境適應性方面較差，在耐腐蝕能力方面總體表現還可以[5]。

2.2 膠粘劑粘度效果與時間的關系

永磁電機轉子灌封工藝中，還需要考慮一個比較重要的因素就是時間對粘度效果的影響。膠粘劑粘度變化及凝膠隨著時間的變化而發生變化，如果該時間過短，則在操作過程中會有很大影響，考慮到轉子與鐵心之間的空隙非常狹窄，粘度較大的膠體在灌封時很難通過，進而可能出現一些空隙的情況[6]。具體比較情況如表1所示。

表1 兩種膠粘劑粘度與時間關系的比較

對表1數據進行分析可知，環境條件一致的情況下，漢高膠粘劑的粘度增加需要更長的時間，這也為灌封工藝操作提供了更充裕的時間來完成相應的工作。相比而言，杜邦膠粘劑的粘度增大在比較短的時間內就有較大幅度的變化，這顯然造成實際灌封操作中時間相對緊張，粘度增加使得操作難度也會增加[7]。從表1提供的信息中可以看出，漢高膠粘劑在進行轉子灌封操作中表現出更好的滲透效果，這顯然會有助于對轉子與鐵心之間空隙的填充，同時也更便于環氧樹脂的作用發揮。

2.3 膠粘劑溫度效果與時間的關系

永磁電機轉子灌封工藝中，膠粘劑對于溫度的敏感性也是決定灌封效果的一個關鍵因素，通過具體試驗，兩種膠粘劑的溫度與時間關系進行比較的具體數據如表2所示。混膠量相同的情況下，當混膠時間越長，膠粘劑溫度越高，整個上升的趨勢比較明顯。究其原因，主要是樹脂與固化劑之間在條件具備情況下直接發生化學反應，并釋放出一定的熱量。但兩種膠粘劑對于溫度的敏感性也有很大差異，并具體表現在混合物的粘度、硬度以及吸水率等方面。漢高膠粘劑相比杜邦膠粘劑有更多優勢，其粘度更低，硬度微高，而吸水率則稍低一些[8]。

表2 兩種膠粘劑溫度與時間關系的比較

對兩種膠粘劑在溫度效果方面進行對比分析，不難看出，相比杜邦膠粘劑的表現，漢高膠粘劑整體表現更好。漢高膠粘劑對于環境的適應能力更強，整體的材料性能表現更好，對于轉子與鐵心間的小空隙都能夠很好填充。

3 永磁電機轉子灌封工藝操作及技術要點

3.1 永磁電機轉子環氧樹脂灌封工藝流程

3.1.1 準備工作

永磁電機轉子進行灌封前需要做好各項準備工作，先要把電機轉子準確地裝配在電機頂蓋的設計位置，并將頂蓋與電機底部的側面通過氬弧焊焊接。需要注意的是，頂蓋一側留孔是用來注膠的通路，而頂蓋另一側的孔則用于將電機轉子與鐵心間的空氣徹底排除，確保灌封效果達到工藝要求的飽滿狀態[9]。

3.1.2 抽真空工序

在進行灌封操作時，需要檢查系統內部的抽真空氣密性，只有氣密性達到要求，灌封質量才可能得到保證。在具體操作時，抽真空設備所設置的壓力值控制在80 kPa～87 kPa的范圍內。當完成抽真空操作后，關閉抽真空管，并對其氣密性進行徹底檢查，確保漏氣問題得到嚴格控制，進而在灌封過程中能夠有效防控氣泡的出現。

3.1.3 填料工序

填料工序就是將環氧樹脂與固化劑根據工藝程序和配比要求均勻混合，利用注膠管將混合膠進行填充，完成填充后還要置于干燥箱內，通過穩定加熱提高干燥箱內的溫度，其溫度控制范圍為55 ℃±5 ℃，時間控制約為6.5 h。通過長時間加熱使環氧樹脂逐漸凝膠，混合物固化。需要注意的是，要避免環氧樹脂還沒有完全固化的情況下發生流動，這會造成環氧樹脂內部存在不均勻的填充狀態，引發侵蝕情況，并會造成永磁電機發生失磁問題[10]。

3.1.4 真空脫泡工序

環氧樹脂膠體內容易發生存在氣泡的問題，這對于整個灌封質量有非常大的負面影響，最直接的影響就是電機運轉的可靠性。灌封過程中，將環氧樹脂與固化劑充分混合并攪拌均勻，需要通過真空脫泡方式除去膠體內的氣泡，之后再進行灌封操作。按照灌封工藝的基本標準，真空度越高脫泡效果越好，但要確保灌封膠沒有發生溢出的問題。真空脫泡的時間需要根據具體情況進行確定，持續觀察直到膠體內不再有氣泡溢出，才能結束整個脫泡過程。

3.1.5 涂抹脫模劑工序

為有效避免灌封操作時對永磁電機表面的外觀的影響，需要對清膠處理。為提高清膠處理的效率，灌封操作前可以在電機表面涂抹脫模劑，防止清膠時造成電機表面防腐蝕層的破壞。

3.2 有效解決灌封時氣泡或填充不飽滿

1）灌封采用更高質量的環氧樹脂和固化劑，同時還要精確控制環氧樹脂與固化劑的混合比例，在配制混合膠的過程中必須充分攪拌，使混合膠足夠均勻，并通過5 min脫泡，盡可能減少混合膠內的空氣。

2）灌封操作時選用大小適宜的注膠管，通過控制注膠管的口徑來控制注膠速度，反復試驗驗證更適宜的注膠管。

3）灌封后保持一定角度的傾斜，傾斜狀態下電機內的環氧樹脂更容易填充均勻。

4 結束語

綜上所述，永磁電機轉子是整個電機系統的核心部位，其穩定運行需要利用灌封工藝進行加固。通過試驗選擇更適用的膠體，并嚴格按照工藝流程和技術要點對各個操作環節進行嚴格控制。當將相關技術環節有效掌控，提高質量控制水平，確保永磁電機性能達到預期標準。