摘要：电机结构最复杂的是定子，定子加工的最后一道工序是铁芯的激光焊接。激光合体也称为激光熔接，使用激光设备将高强度的激光辐射至铁芯嵌合部，铁芯吸收了激光束的热能并熔化形成焊缝。定子铁芯开裂分为偏位开裂和中部开裂。偏位开裂指的是激光在偏离铁芯嵌合的部位进行熔接导致的开裂。中部开裂指的是激光对准了铁芯嵌合部，但由于熔接强度不足导致的开裂。
关键词：定子铁芯；机械设计；激光合体；
目前伺服电机生产过程中存在的主要问题是激光装配过程中电机定子铁芯经常断裂，导致电机生产成本增加。介绍了电机定子铁心开裂的原因及机械设计的改进方案。
一、分析发电机定子铁心松动原因
发电机运行时，定子铁心应具有相应的机械、电气和磁特性。因此，核心故障主要包括:铁芯松动；片间绝缘损坏；齿部的局部掉齿、掉片；铁芯的烧损；铁芯的叠片振动等。（1）由制造、安装质量等原因造成的铁芯故障。1）硅钢片质量不佳。比如硅钢片厚薄不均、边缘有毛刺、漆膜质量不佳等。2）铁芯压装压力不合适。铁芯压装要求有适当的压力范围,压力不足,将直接造成铁芯的松动,长期运行将造成片间磨损,并破坏片间绝缘。压力过大,有可能造成片间绝缘的损坏。3）压指、压板压偏或压力不均：由于加工、安装质量等因素造成铁芯压指、压板压偏或压力不均，导致铁芯局部松动，端部阶梯齿掉齿、掉片等故障时有发生，严重的导致断片磨损线棒主绝缘直至主绝缘击穿，发生接地事故。4）电阻温度计损坏引起的故障：当电阻温度计及其引线有两点与机壳短路时将在所构成的回路中产生感应电势和感应电流，其大小与回路的面积成正比。5）其他因素。比如鸽尾筋安装不准确、通风沟槽钢不正确等，也会造成铁芯的局部或整体松动。（2）运行过程中导致的铁芯故障：发电机现场安装后，长期运行过程中，由于运行条件、事故等原因引起的铁芯故障。1）漆膜的干缩。发电机长期运行后，硅钢片表面的漆膜会有一定程度的干缩现象，其程度与漆膜厚度、使用绝缘漆特性、原始制造质量等直接相关，尤其是对于轴向较长的机组影响较大，将导致铁芯一定程度的松动。当铁芯片间收缩0.3%时，铁芯片间压力会降低到原始值的一半，进而产生铁芯松动、振动、噪声等问题。2）调峰机组的热应力影响：频繁的起停、负荷的大范围波动，造成有效铁芯的温度变化范围很大，导致铁芯的反复胀缩，长期运行可能导致定位筋松动、铁芯的松动。3）长期高功率因数运行端部漏磁的影响。目前由于电网电压较高，水电厂一般又位于系统的末端，因此电压问题尤为突出，所以机组往往运行于高功率因数甚至进相条件下。研究表明，当功率因数接近1或进相运行时，定子端部铁芯的漏磁通的轴向分量增大，试验机组功率因数由迟相0.85提高到1时，轴向分量增加约10％。因此在电磁力作用下所引起的叠片振动将加剧，同时损耗增大导致温度升高，长期运行就可能导致齿部边缘的叠片断裂。4）定子铁芯、机座的振动，定子端部绕组振动的影响。由于定子线圈与转子端部漏磁通相互作用，使得定子端部绕组受到一组与转速相同的旋转电磁力作用。电磁力的径向分量是引起端部结构振动的主要激磁力，其形状接近椭圆型，频率为转速频率的2倍。当端部结构固有频率接近倍频、振型为椭圆时将激起端部结构的共振，导致端部结构的损坏、松动、磨损的发生。同理，当铁芯和机座固有频率和模态振型不佳时也会导致铁芯的共振，进一步造成铁芯的松动、磨损现象的发生。5）绕组接地故障引起的定子铁芯损坏。一般说来，当发电机出现一点接地时，如果接地电流较大、持续时间较长时，就可能导致定子铁芯的烧损，因此对于发电机单相接地保护的要求越来严格。GB14285-2006《继电保护和安全自动装置规程》中有明确规定。对于100MW及以上机组须装设100％定子接地保护，作用于跳闸（也有带时限动作于信号的）。采用消弧线圈补偿的发电机，接地故障电流大于上述数值时，接地保护带时限作用于信号。
二、定子铁心偏置裂纹的研究
1.载台水平度调整。激光设备旋转载台的水平度和高低程度也会在很大因素上造成熔接的偏位，随着生产的增加以及摩擦损耗，激光设备的旋转载台平面会受到不同程度的磨损误差，因此需对平面跳动度进行测量，再根据实际测量结果来判断是否需对激光设备的旋转平台进行修补或者更换；使用水平度仪进行测量，根据水平液泡的倾斜程度对设备的高低进行调整；验证旋转载台的面跳动：使用跳动计对旋转平面做跳动测量，根据面跳动数据大小进行载台的调整。旋转载台的面跳动应保证在20μm以下，否则会导致定子放在载台上进入熔接位置的时候与激光的熔接点出现偏差，因此这也是导致定子熔接偏位的影响因素。
2.合体治具定位方式变更。为了减小合体治具定位精度的差异使定位精度提高，将激光设备的旋转载台的定位方式由2侧pin定位变更成中心孔加侧PIN定位方式，通过旋转载台同心度和分度确认治具是否OK，从而保证合体治具和旋转载台的同心度。2侧pin定位方式的旋转载台同心度120μm，判断NG；而中心孔定位加侧PIN，分度治具确认结果30μm，判断为OK。通过治具定位方式变更后，旋转载台的同心度减小了90μm，而且分度确认治具结果也判定OK，所以变更后的定位有利于减少偏位开裂，因此作出变更治具定位方式的方案。
二、定子铁心中心开裂的研究
中部开裂指激光发射镜头发射出的激光准确地打在了在两片铁芯嵌合的中部，但是由于激光熔接使卷线完成品保持为圆形的力度，小于卷线完成品内部之间的应力，所以从定子铁芯内部往外撑开导致定子铁芯的开裂。为了保证定子电阻值都在规格内，且尽可能减小定子的外径，使铜线在铁芯上的排布状态更加紧密，减小卷线完成单品与单品之间的应力，从而使定子熔接后的保持力大于定子内部的应力。在卷线的时候存在对铜线卷线时张力值的管理，卷线单品需保证卷线状态和电阻值；影响卷线状态和电阻值的因素主要有：铜线的线径和卷线的张力。铜线的线径包括两层漆包线厚度加上实际铜线导体外径；铜线在生产的过程中不同的批量导体外径和漆包线的厚度有小的差异，因此在一定的张力条件下，生产出的卷线单品电阻值会有一定的波动；生产要求在实际生产的过程中会对电阻值进行限定，必须在规格内，电阻值为主，张力为辅。当电阻值偏上限的时候，通过降低卷线的张力，使对铜线受力小，铜线线径变化不大，电阻值可以回到正常规格中间值；当电阻值偏下限的时候，通过增大卷线的张力，对铜线施加更大的拉力，使铜线的线径变在生产的过程中变细，增大电阻值，补正规格；电线的导体电阻计算公式为：R＝ρ×L/S。其中，ρ为导体电阻率，L为导体长度，S为导体横截面积。铜材料电阻率(Ωm）为：1.75×10-8。通过对以上电阻值计算原理和生产要求的了解，推测张力增大会使卷线单品和铁芯之间缠绕的更好，在合体熔接的时候内应力会比张力小的时候更小。空壳不卷线的定子其外径和1500 g张力卷线时的外径相差不大，比1300g卷线张力的定子外径约小30μm，并且卷线状态明显优于1300 g张力下的卷线状态；由结果可知将张力提高可对中部开裂具有优化作用。
总之，人们对代步工具的需求也在增长，制造业一般都是全自动化机械生产流水线，活跃在全自动化生产线的机器人其核心部分就是伺服电机，伺服电机决定了整个自动化生产系统的控制精度、速度和执行力。
参考文献：
[1]林伟.关于连接块的工艺设计及夹具设计.2018.
[2]张伟丽.浅析电机铁芯开裂改善方法探讨.2019.