CN119420060A - 铁芯单片、定子铁芯、电机、加工设备及加工方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种铁芯单片、定子铁芯、电机、加工设备及加工方法，该铁芯单片包括第一合金区和第二合金区，第一合金区具有齿部和第一轭部，第一轭部设置于齿部的外周；第二合金区具有第二轭部，第二轭部设置于第一轭部的外周，第二合金区包括多个呈现无序状态排列的原子，且第一合金区的磁导率大于第二合金区的磁导率。本申请提供的铁芯单片中的第一合金区的磁导率大于第二合金区的磁导率，其材质可以为退火后的新兴软磁材料，由于第二合金区中包括多个呈无序排列状态的原子，可以对第一合金区外围进行防护，铁芯单片以及定子铁芯的外周在受到外力作用时能够更有效地分散和抵抗应力，可提升铁芯单片的结构强度和工艺性能。

Description

铁芯单片、定子铁芯、电机、加工设备及加工方法

技术领域

本申请涉及电机技术领域，尤其涉及一种铁芯单片、定子铁芯、电机、加工设备及加工方法。

背景技术

随着现代化进程的发展，电机已经广泛应用于各个技术领域，在电机使用过程中，电机损耗主要包括铁损和铜损，其中铁损由电机铁芯产生，当电机结构一定时，铁损主要由构成铁芯的软磁材料特性决定，而铜损由电机绕组产生，也会受到铁芯材料磁导率的影响。

为了提升铁芯材料的磁导率，现有技术中常通过退火工艺制造纳米晶等新兴软磁材料，其磁导率与常规的电工钢相比大有提升，其铁损相对于电工钢可降低50％以上。但纳米晶合金等材料经过退火处理后会发生脆化，工艺性能较差，在生产、存储和运输过程中容易发生损坏，且装配时也不能使用过盈装配的方式来实现安装，导致具备低铁损、高磁导率的新兴软磁材料难以得到推广应用。

发明内容

本申请提供了一种铁芯单片、定子铁芯、电机、加工设备及加工方法，以解决现有技术中的新兴软磁材料因退火发生脆化，容易损坏的技术问题。

第一方面，本申请提供了一种铁芯单片，包括：

第一合金区，第一合金区具有齿部和第一轭部，第一轭部设置于齿部的外周；

第二合金区，第二合金区具有第二轭部，第二轭部设置于第一轭部的外周，第二合金区包括多个呈现无序状态排列的原子，且第一合金区的磁导率大于第二合金区的磁导率。

可选地，第一合金区包括多个呈现有序排列状态的晶粒，晶粒的尺寸在20纳米以下。

可选地，在第一方向上，第一轭部的尺寸为W1，第二轭部的尺寸为W2，W1与W2的比值范围满足1≤W1/W2≤4。

可选地，铁芯单片的最大外径为d，第一方向为铁芯单片的径向，第一轭部的尺寸W1与第二轭部的尺寸W2的总和范围满足d/18≤W1+W2≤d/10。

可选地，第一合金区的材质为纳米晶合金，第二合金区的材质为非晶合金。

可选地，非晶合金的材质为Fe-Si-B-Nb-Cu系、Fe-Co-Si-B-Nb-Cu系、Fe-Si-B-P-Cu系、Fe-Co-Si-B-P-Cu系、Fe-Zr-B-Cu系或Fe-Co-Zr-B-Cu系。

第二方面，本申请提供了一种定子铁芯，包括本申请第一方面提供的铁芯单片，铁芯单片的数量为多个，多个铁芯单片层叠设置，且相邻两个铁芯单片之间设有绝缘层。

第三方面，本申请提供了一种电机，包括本申请第二方面提供的定子铁芯。

可选地，在第一方向上，第一轭部的尺寸为W1，第二轭部的尺寸为W2；

电机的电机频率在频率预设阈值以下时，W1与W2的比值范围满足2≤W1/W2≤4；

电机的电机频率大于频率预设阈值时，W1与W2的比值范围满足1≤W1/W2≤3。

第四方面，本申请提供了一种加工设备，用于制造本申请第二方面提供的定子铁芯，包括加热组件和冷却组件，加热组件与第一合金区对应设置，冷却组件与第二合金区对应设置。

可选地，加热组件包括加热件，第一合金区中部具有用于容纳加热件的容置空间，加热件的轴线与定子铁芯的轴线重合，第二合金区的外周与冷却组件接触设置。

可选地，冷却组件包括环形冷却工装，环形冷却工装的内部开设有冷却流道，冷却流道沿环形冷却工装的周向延伸。

可选地，冷却流道包括多个环形流道，多个环形流道沿定子铁芯的轴向依次设置。

作为另一种可选地技术方案，冷却流道为螺旋形流道，螺旋形流道沿定子铁芯的轴向延伸。

可选地，加工设备还包括温度检测组件，温度检测组件用于对第一合金区和第二合金区进行温度测量；温度检测组件与加热组件信号连接。

第五方面，本申请提供了一种加工方法，采用了本申请第四方面提供的加工设备加工设备，用于本申请第二方面提供的定子铁芯，包括以下步骤：

在第二合金带材上制备出多个铁芯单片本体；

多个铁芯单片本体堆叠成定子铁芯块，将加热组件设置于定子铁芯块的中部，将冷却组件设置于定子铁芯块的外周；

开启加热组件和冷却组件，使定子铁芯块中部通过晶化退火形成第一合金区。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例提供的该铁芯单片包括第一合金区和第二合金区，其中第一合金区的磁导率大于第二合金区的磁导率，其材质可以为退火后的新兴软磁材料，而第二合金区中包括多个呈无序排列状态的原子，当第二合金区位于第一合金区的外围时，可以对第一合金区外围进行防护，由于第二合金区中的原子呈无序状态排列，可以使得铁芯单片以及定子铁芯的外周在受到外力作用时能够更有效地分散和抵抗应力，可提升铁芯单片的结构强度和工艺性能，避免铁芯单片以及定子铁芯在生产、存储、运输和装配过程中发生损坏。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本申请实施例提供的铁芯单片的俯视图；

图2为本申请实施例提供的图1中A部分的细节放大图；

图3为本申请实施例提供的电机的局部结构示意图；

图4为本申请实施例提供的图3的局部剖视图；

图5为本申请实施例提供的定子铁芯的局部剖视图；

图6为本申请实施例提供的加工设备的加工示意图；

图7为本申请实施例提供的沿图6中B-B的剖视图；

图8为本申请实施例提供的图7中C部分的细节放大图；

图9为本申请实施例提供的图7中D部分的细节放大图。

附图标记说明：

1、铁芯单片；11、第一合金区；111、齿部；112、第一轭部；12、第二合金区；121、第二轭部；13、容置空间；14、定子槽；

2、绝缘层；

3、绝缘骨架；

4、槽绝缘纸；

5、绕组；51、引出线；

6、加热组件；61、加热件；62、导线；

7、冷却组件；71、环形冷却工装；72、冷却流道；721、第一环形流道；722、第二环形流道；723、第三环形流道；724、输入管路；725、输出管路；

8、温度检测组件；81、第一检测件；82、第二检测件。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的相对位置关系或运动情况，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”、“前”、“后”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置发生了位置翻转或者姿态变化或者运动状态变化，那么这些方向性的指示也相应的随着变化，例如：描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

为了解决现有技术中的新兴软磁材料因退火发生脆化，容易损坏的技术问题，本申请提供了一种铁芯单片1、定子铁芯、电机、加工设备和加工方法，该铁芯单片1包括第一合金区11和第二合金区12，其中，第一合金区11的磁导率大于第二合金区12的磁导率，其材质可以为退火后的新兴软磁材料，而第二合金区12中包括多个呈无序排列状态的原子，当第二合金区12位于第一合金区11的外围时，可以对第一合金区11外围进行防护，由于第二合金区12中的原子呈无序状态排列，可以使得第二合金区12(即铁芯单片1以及定子铁芯的外周)在受到外力作用时能够更有效地分散和抵抗应力，可提升铁芯单片1的结构强度和工艺性能，避免铁芯单片1以及定子铁芯在生产、存储、运输和装配过程中发生损坏。

请参阅图1至图9，本申请实施例第一方面提供了一种铁芯单片1，包括第一合金区11和第二合金区12，如图1所示(附图中的虚线代表第一合金区11和第二合金区12的分界线)。

第一合金区11具有齿部111和第一轭部112，第一轭部112设置于齿部111的外周；齿部111包括多个定子齿，相邻的两个定子齿之间形成有定子槽14，可用于实现绕组5的装配。多个定子齿沿第一轭部112的周向依次设置，定子齿的形状、数量可根据需要进行设计，此处不做限定。

第二合金区12具有第二轭部121，第二轭部121设置于第一轭部112的外周，使得第一轭部112和第二轭部121连接形成铁芯单片1的轭部，其中，第一轭部112为轭部内侧，第二轭部121为轭部外侧。

由于电机工作过程中，磁路主要通过齿部111和第一轭部112(即轭部内侧)，因此第一合金区11的磁导率大于第二合金区12的磁导率，可以保障磁路经过区域(即第一合金区11)具有高磁导率，从而降低定子铁芯的铁损。

第二合金区12包括多个呈现无序状态排列的原子，当铁芯单片1或定子铁芯外周受到外力时，第二合金区12中的呈现无序状态排列的原子能够更有效地分散和抵抗应力，使第二合金区12具有高强度的特性，有利于提升铁芯单片1的结构强度和工艺性能，避免铁芯单片1以及定子铁芯在生产、存储、运输和装配过程中发生损坏。

需要说明的是，第一合金区11的材质可以为现有技术中具有高磁导率的新型软磁材料，如纳米晶合金、铁硅铝合金、高磁导率铁镍软磁合金等，而第二合金区12的材质可以为现有技术中兼具良好磁导率和工艺性能的软磁材料，如非晶合金、铁硅合金等。

在本申请的一些优选实施例中，第一合金区11的材质为纳米晶合金，第二合金区12的材质为非晶合金，由于纳米晶合金的饱和磁感应强度通常高于非晶合金的饱和磁感应强度，使得纳米晶合金更适用于磁路密集经过的齿部111和第一轭部112，有利于降低铁芯单片1以及定子铁芯的铁损。在非晶合金退火过程中，会发生晶化现象，即非晶相逐渐转变为晶相，形成纳米晶合金，因此，第一合金区11中的纳米晶合金可通过非晶合金退火制成，而第二合金区12的非晶合金仍为未退火状态，不会发生脆化，可以兼顾铁芯单片1的高磁导率性能和高结构强度性能(即工艺性能)。除此之外，由于非晶合金和纳米晶合金的磁导率都很高，且几乎不受励磁频率影响，不会导致电机的高频铜损大幅增加。

在本申请的一些实施例中，第一合金区11包括多个呈现有序排列状态的晶粒，且晶粒的尺寸在20纳米(nm)以下，可以提升硼原子(B原子)在第一合金区11中的溶解度，从而使纳米晶合金的起始相对磁导率提高至20000以上，矫顽力降低至5A/m以下，通过降低矫顽力达到使B-H曲线(磁化曲线)变窄，大幅降低铁损中磁滞损耗的效果。

在上述实施例中，第一合金区11和第二合金区12的划分可根据铁芯单片1的形状及尺寸来进行设计，以使第一合金区11覆盖磁路经过区域。

在本申请的一些实施例中，请参阅图1和图2，在第一方向上，第一轭部112的尺寸为W1，第二轭部121的尺寸为W2，W1与W2的比值范围满足1≤W1/W2≤4。其中，W1为磁路在轭部经过的宽度，是需要具有优秀磁性能的宽度区域，而W2是轭部中磁路不经过的宽度，是在运输、绕线、装配等工序中需要具备较好工艺性的部分。第一方向为轭部的宽度方向，当铁芯单片1的轭部总宽度一定时，若W1与W2的比值小于1时，会导致轭部中具有优秀磁性能的宽度区域较小，难以满足磁路宽度的设计要求，而W1与W2的比值大于4时，又会导致第二合金区12的宽度有限，无法起到有效的外围防护作用。

在本申请的一些实施例中，请参阅图1，当铁芯单片1为圆形结构时，铁芯单片1的最大外径为d，第一方向为铁芯单片1的径向，第一轭部112的尺寸W1与第二轭部121的尺寸W2的总和范围满足d/18≤W1+W2≤d/10。电机工况越重时，所需的铁芯单片1的直径d也就越大，为了保证磁路宽度和铁芯单片1的工艺性能，轭部的整体宽度W1+W2也越大，与直径d之间为正比关系。当W1+W2小于d/18时，会导致轭部的总宽度尺寸占比较小，进而导致第一轭部112和第二轭部121的宽度均较小，无法保证第一轭部112经过的磁路宽度和第二轭部121的工艺性能。而当W1+W2大于d/10时，又会导致轭部占比过大，进而导致铁芯单片1以及定子铁芯的材料增加、体积增大，不仅会导致制造成本增加，还会导致定子铁芯的铁损增加，进而造成电机效率下降。因此，本申请优选d/18≤W1+W2≤d/10，既能保障定子铁芯的磁路宽度和工艺性能，还能保障电机效率。

在本申请的一些实施例中，非晶合金的材质为Fe-Si-B-Nb-Cu系、Fe-Co-Si-B-Nb-Cu系、Fe-Si-B-P-Cu系、Fe-Co-Si-B-P-Cu系、Fe-Zr-B-Cu系或Fe-Co-Zr-B-Cu系，均具有优秀的磁性能和机械性能，既可以避免第二合金区12对定子铁芯的磁路产生不良影响，又可以提升铁芯单片1和定子铁芯的结构强度和工艺性能。

其中，Fe-Si-B-Nb-Cu系非晶合金具有优异的软磁性能和良好的热稳定性，有望成为近室温磁制冷材料。Fe-Co-Si-B-Nb-Cu系非晶合金具有良好的高频性能和高耐腐蚀性，适用于高频电子应用，在恶劣环境下仍能保持稳定的性能。Fe-Si-B-P-Cu系非晶合金具有结构致密性，有助于提高非晶合金的磁性能和机械性能。Fe-Co-Si-B-P-Cu系非晶合金具有优异的磁性能、高频性能和耐腐蚀性，适用于高性能电子元件、高频变压器以及需要高耐腐蚀性的应用场景。Fe-Zr-B-Cu系非晶合金具有较好的强度和韧性，使第二合金区12具有更好的机械性能。Fe-Co-Zr-B-Cu系非晶合金结合了钴和锆的优点，具有优异的磁性能、高强度和高硬度，在需要承受高应力和高冲击的应用中具有显著优势。

请参阅图1至图9，本申请实施例第二方面提供了一种定子铁芯，包括上述实施例中的铁芯单片1，铁芯单片1的数量为多个，多个铁芯单片1层叠设置，且相邻两个铁芯单片1之间设有绝缘层2，通过绝缘层2实现相邻两个铁芯单片1之间的层间绝缘，如图5所示，从而保障定子铁芯的正常使用。

在本申请的一些实施例中，在第二方向上，绝缘层2的厚度H2为0.3-1.0微米(μm)，这是由于，绝缘层2通过定子铁芯块浸渍绝缘胶形成，当绝缘胶液态材料在相邻铁芯单片1之间固化形成的绝缘层2厚度小于0.3微米时，铁芯单片1本身的毛刺极易将绝缘层2刺破，从而导致绝缘层2无法满足层间绝缘要求；而当绝缘层2厚度大于1微米时，会导致定子铁芯的叠片系数过低，从而导致定子铁芯的有效横截面积降低。

在上述实施例中，第二方向为定子铁芯的轴向，绝缘层2可采用现有技术中的绝缘漆固化制成，均能实现本申请的目的。

作为本申请的一个优选实施例，绝缘层2的材质为环氧树脂，使得绝缘层2不仅具有良好的绝缘性能，还具有良好的粘结性能和化学稳定性能，可以将相邻的铁芯单片1实现紧密贴合，并且抵抗各种化学物质的侵蚀，使得定子铁芯在电机运行过程中，不会发生铁芯单片1松动、解体或失效的问题。

请参阅图1至图9，本申请实施例提供了一种电机，包括上述实施例中的定子铁芯，还包括绝缘骨架3、槽绝缘纸4和绕组5，各部件之间的装配关系可参照现有技术进行设置，即可制成具有非晶纳米晶合金定子铁芯的电机，如图3和图4所示。绕组5的引出线51可用于传输三相电流至电机，使电机转子产生旋转磁场，从而驱动电机运转。

需要说明的是，由于定子铁芯具有优秀的磁性能和工艺性能，本申请提供的电机既可应用于家用电器等小功率设备，也可应用于新能源汽车、生产设备等大功率设备，定子铁芯及电芯的规格可根据功率需求进行设计，此处不做限定。

电机的频繁使用工况频率为f,定子铁芯的极对数为n，则f×n代表电机的电机频率，电机频率越大，代表电机的工况越重，此时定子铁芯的最大外径d也越大，相应的，第一轭部112与第二轭部121的尺寸也需根据电机工况进行设置。

在本申请的一些实施例中，当电机的电机频率在频率预设阈值以下时，W1与W2的比值范围满足2≤W1/W2≤4；这是由于电机频率较低时，定子铁芯中的集肤效应不明显，磁路在定子铁芯中实际经过的宽度较大，要求第一轭部112在轭部总体宽度中的占比也较大。若W1/W2＜2，将造成材料浪费和铁损增加，若W1/W2＞4，将导致磁路经过的部分宽度的磁性能下降，从而造成电机效率降低。

在本申请的一些优选实施例中，当定子铁芯采用热套等产生应力较大、使轭部磁性能受影响的宽度较大的装配方式时，适宜采用W1/W2接近2的设计，以防止磁路经过的宽度受到影响。

在本申请的另一些优选实施例中，当定子铁芯采用结构卡位等对轭部影响较小的装配方式时，第二轭部121的宽度占比可适当减小，定子铁芯适宜采用W1/W2接近4的设计，以降低材料成本和减少铁损。

在本申请的另一些实施例中，当电机的电机频率大于频率预设阈值时，W1与W2的比值范围满足1≤W1/W2≤3，这是由于电机频率较高时，定子铁芯内部的集肤效应较为明显，导致磁路的实际经过宽度变窄，可以适当缩小第一轭部112和第二轭部121的宽度。若W1/W2＜1，将造成材料浪费和铁损增加，若W1/W2＞3，将导致磁路经过的部分宽度的磁性能下降，造成电机效率降低。

在本申请的一些优选实施例中，当定子铁芯采用对轭部影响较大的装配方式时，适宜采用W1/W2接近1的设计,通过增大第二轭部121的占比来提升对定子铁芯外周的结构强度和工艺性能。

在本申请的另一些优选实施例中，当定子铁芯采用对轭部影响较小的装配方式时，适宜采用W1/W2接近3的设计,可以适当减小第二轭部121在轭部的宽度占比，减少材料浪费，降低制造成本。

在上述实施例中，频率预设阈值可根据电机使用场景进行设定。本申请中，将频率预设阈值设为400Hz，这是由于400Hz以下为一般家用电器电机使用的低频范围，而400Hz以上为一般新能源汽车驱动电机使用的高频范围，可以根据电机的使用工况对第一合金区11和第二合金区12的区域划分进行设计，从而使电机满足不同工况下的磁路设计以及工艺性能需求。

作为本申请的一个具体实施例，当铁芯单片1的最大外径d(即定子铁芯的最大外径)为111.76mm时，第一轭部112和第二轭部121在铁芯单片1的径向尺寸总和W1+W2的设计范围限定在6.21-11.18mm之间。

电机的频繁使用工况频率为60Hz,且电机的定子铁芯的极对数n为3对，此时电机频率在400Hz以下，当定子铁芯采用热套方式进行装配时，选取W1/W2＝2.5，设计W1为5mm，W2为2mm。相对于现有技术中使用35W300电工钢制作的应用于相同工况的电机铁芯，本实施例制作的非晶纳米晶合金定子铁芯在电机频率180Hz、磁感应强度1.5T的条件下，铁损与现有技术相比可降低40％以上。

请参阅图1至图9，为了在定子铁芯的铁芯单片1上制备第一合金区11和第二合金区12，形成材料过渡转变的非晶纳米晶合金定子铁芯，本申请实施例第四方面提供了一种加工设备，用于制造上述实施例中的定子铁芯，包括加热组件6和冷却组件7，加热组件6与第一合金区11对应设置，可以使铁芯单片1的中心区域在热处理过程中发生晶化退火，从而生成纳米晶合金，冷却组件7与第二合金区12对应设置，可以降低第二合金区12的温度，避免第二合金区12在热处理过程中发生晶化退火，可避免第二合金区12因退火处理而发生脆化，影响第二合金区12(即第二轭部121)的结构强度和工艺性能，如图6和图7所示。

需要说明的是，本申请中，将未进行热处理前的铁芯单片1记为铁芯单片本体，铁芯单片本体上已通过冲裁等加工方式实现齿部111和轭部的制备，其形状如图1和图6所示。铁芯单片本体的材质优选为非晶合金，当加热组件6对定子铁芯的中心区域进行加热时，铁芯单片1的中心至边缘区域温度逐渐递减，使铁芯单片本体中心区域的非晶合金发生晶化退火，进而形成具有纳米晶合金的第一合金区11；而冷却组件7设置于定子铁芯的外周，可以防止铁芯单片本体外周的非晶合金温度达到退火温度，从而使铁芯单片本体外周的非晶合金始终保持为未退火状态的、没有发生脆化的非晶合金，即为第二合金区12。

通过加热组件6和冷却组件7与定子铁芯的分区配合，可以实现限定区域加热，使定子铁芯磁路集中的内侧区域(即齿部111和第一轭部112)转变为具有优秀磁性能的纳米晶合金，而磁路基本不经过的外侧区域(即第二轭部121)仍保持为未退火状态的、没有发生脆化的非晶合金，改善了定子铁芯外周的工艺性能。

在本申请的一些实施例中，请参阅图6和图7，加热组件6包括加热件61，第一合金区11中部具有用于容纳加热件61的容置空间13，加热件61的轴线与定子铁芯的轴线重合，可以使加热件61的温度均匀辐射至齿部111和第一轭部112上，并使定子铁芯沿其径向发生材料过渡转变，使齿部111和第一轭部112的材质由具有较好工艺性的非晶合金过渡转变为具有优秀磁性能的纳米晶合金。第二合金区12的外周与冷却组件7接触设置，可以通过接触换热实现对第二合金区12(即第二轭部121)的降温，使定子铁芯的外周温度显著低于定子铁芯中部温度，实现限定区域晶化退火，使径向结构连续的铁芯单片1在不同部位具有不同的材质，仅使定子铁芯磁路集中的齿部111和轭部内侧(即第一轭部112)由于晶化退火而产生纳米晶，实现磁导率的提升；而磁路基本不经过的轭部外侧(即第二轭部121)不会因晶化退火而脆化，仍具有较好的工艺性，可以防止定子铁芯外周在生产、存储、运输和装配过程中发生损坏。

在本申请的一些实施例中，加热组件6还包括导线62，可通过导线62向加热件61输送电流，从而使加热件61通过电阻加热或感应加热方式，对未粘接状态的定子铁芯块(即仍未制备绝缘层2的状态)的齿部111和轭部内侧(即第一轭部112)进行晶化退火。

在本申请的一些实施例中，请参阅图6，冷却组件7包括环形冷却工装71，环形冷却工装71内部开设有冷却流道72，冷却流道72沿环形冷却工装71的周向延伸，当冷却流道72在环形冷却工装71内流动时，可以对定子铁芯的周向实现均匀冷却，避免因冷却不均匀导致第一合金区11和第二合金区12在定子铁芯中的形成分布出现偏差。

在上述实施例中，为了提升热处理效率，将多个铁芯单片本体堆叠成定子铁芯块，从而实现多个铁芯单片本体的同步热处理，因此，不仅需要对定子铁芯块的外周实现均匀冷却，还需要对定子铁芯块的轴向实现均匀冷却。

为了解决上述问题，在本申请的一些实施例中，请参阅图7，冷却流道72包括多个环形流道，多个环形流道沿定子铁芯的轴向依次设置，分别记为第一环形流道721、第二环形流道722和第三环形流道723，可以对定子铁芯块的轴向实现均匀冷却，保障多个铁芯单片本体的热处理效果的一致性。每一个环形流道均对应设有输入管路724和输出管路725，用以向多个环形流道源源不断地输入冷却水，保障冷却组件7的冷却效果。

在本申请的另一些实施例中，冷却流道72为螺旋形流道，螺旋形流道沿定子铁芯的轴向延伸，可通过同一个螺旋形流道对定子铁芯块实现轴向和周向上的均匀冷却，螺旋形流道的一端设有输入管路724，另一端设有输出管路725，且输入管路724和输出管路725分别位于定子铁芯块轴向上的两端。

在上述实施例中，冷却流道72可以使环形冷却工装71的温度低于80℃，而通过环形冷却工装71与定子铁芯块的外周进行接触换热，可以使第二轭部121的温度低于250℃，低于非晶合金的晶化退火温度，从而使第二轭部121的非晶合金不会发生晶化退火。

在本申请的一些实施例中，请参阅图7，加工设备还包括温度检测组件8，温度检测组件8用于对第一合金区11和第二合金区12进行温度测量；温度检测组件8与加热组件6信号连接，可用于对退火过程中的温度进行控制，保障定子铁芯块的热处理效果。

在本申请的一些实施例中，温度检测组件8包括第一检测件81和第二检测件82，其中第一检测件81用于对齿部111内侧进行温度测量，如图8所示；第二检测件82用于对第二轭部121进行温度测量，如图9所示。当温度检测组件8检测到齿部111内侧温度高于550℃或第二轭部121温度高于200℃时，即降低加热组件6的功率或停止加热，避免齿部111的晶粒生长过大，避免第二轭部121发生晶化退火。

在本申请的一些实施例中，第一检测件81和第二检测件82均为热电偶，可以直接与齿部111或第二轭部121进行接触式测量，可以提升温度测量精度，能够更好地实现退火过程中的温度控制。

请参阅图1至图9，本申请实施例第五方面提供了一种加工方法，采用了上述实施例中的加工设备，用于制造上述实施例中的定子铁芯，包括以下步骤：

步骤一：使用快淬工艺制作非晶合金带材，以使非晶合金带材具备较低的涡流损耗和较好的力学性能。

需要说明的是，非晶合金带材的厚度优选为18-36微米，这是由于非晶合金带材的厚度与铁芯单片1的厚度H1相同，若非晶合金带材的厚度小于18微米，会导致制备出来的铁芯单片本体无法满足后续加工、运输过程中的力学性能要求；而非晶合金带材的厚度大于36微米时，通过现有冶炼、铸造、轧制工艺的水平难以制作。本申请中限定晶合金带材的厚度优选为18-36微米，既能降低非晶合金带材的制作难度，又能保障通过非晶合金带材生产出的铁芯单片1的力学性能。

步骤二：在第二合金带材上制备出多个铁芯单片本体。

需要说明的是，多个铁芯单片本体的制备可以通过多种方式来进行制备，既可在非晶合金带材上逐一冲剪出多个铁芯单片本体，也可以将多个非晶合金带材叠放呈块状，再通过线切割一次性切割出多个形状相同的铁芯单片本体，均能实现本申请的目的。

步骤三：多个铁芯单片本体堆叠成定子铁芯块，将加热组件6设置于定子铁芯块的中部，使加热件61的轴线与定子铁芯块的轴线重合；将冷却组件7设置于定子铁芯块的外周，使第二轭部121与环形冷却工装71实现均匀接触设置。

步骤四：开启加热组件6和冷却组件7，使定子铁芯块中部通过晶化退火形成第一合金区11，定子铁芯块的外周在冷却组件7的冷却作用下，使第一合金区11外周的第二合金区12中的非晶合金仍然保持为未退火、未脆化的状态。

在本申请的一些实施例中，晶化退火的退火温度为450-600℃，退火时间为30-60min，现有技术中的常规非晶合金退火一般采用在250℃以下保温2小时以上的退火工艺来达到消除应力的效果，本申请通过较高的退火温度和较短的退火时间，使第一合金区11对应的非晶合金可以产生纳米尺寸的晶粒，从而使第一合金区11的材质转变为纳米晶合金，具有大幅提高磁导率和矫顽力的效果。

在本申请的一些优选实施例中，冷却组件7可以使定子铁芯块外周的第二轭部121温度在晶化退火的过程中低于100℃，避免第二轭部121中的非晶合金发生晶化退火。

在本申请的一些实施例中，由于齿部111与加热件61之间的距离小于第一轭部112与加热件61之间的距离，会导致齿部111中的晶粒生长，从而导致齿部111中的晶粒尺寸大于第一轭部112中的晶粒尺寸，但第一轭部112的晶粒尺寸为约5-10纳米时，齿部111的晶粒尺寸仍能保持在14-18纳米，仍然可以显著提升B原子的溶解度，进而显著提升第一轭部112和齿部111的磁导率。

步骤五：将经过晶化退火的定子铁芯块浸渍在绝缘胶固化液中，在铁芯单片1之间形成绝缘层2，通过对未粘接定子铁芯块的厚度方向(即轴向)施加压力，控制绝缘层2的厚度为0.3-1微米，制成非晶纳米晶合金定子铁芯。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (16)

1.一种铁芯单片(1)，其特征在于，包括：

第一合金区(11)，所述第一合金区(11)具有齿部(111)和第一轭部(112)，所述第一轭部(112)设置于所述齿部(111)的外周；

第二合金区(12)，所述第二合金区(12)具有第二轭部(121)，所述第二轭部(121)设置于所述第一轭部(112)的外周，所述第二合金区(12)包括多个呈现无序状态排列的原子，且所述第一合金区(11)的磁导率大于所述第二合金区(12)的磁导率。

2.根据权利要求1所述的铁芯单片(1)，其特征在于，所述第一合金区(11)包括多个呈现有序排列状态的晶粒，所述晶粒的尺寸在20纳米以下。

3.根据权利要求1所述的铁芯单片(1)，其特征在于，在第一方向上，所述第一轭部(112)的尺寸为W1，所述第二轭部(121)的尺寸为W2，W1与W2的比值范围满足1≤W1/W2≤4。

4.根据权利要求3所述的铁芯单片(1)，其特征在于，所述铁芯单片(1)的最大外径为d，所述第一方向为所述铁芯单片(1)的径向，第一轭部(112)的尺寸W1与第二轭部(121)的尺寸W2的总和范围满足d/18≤W1+W2≤d/10。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的铁芯单片(1)，其特征在于，所述第一合金区(11)的材质为纳米晶合金，所述第二合金区(12)的材质为非晶合金。

6.根据权利要求5所述的铁芯单片(1)，其特征在于，所述非晶合金的材质为Fe-Si-B-Nb-Cu系、Fe-Co-Si-B-Nb-Cu系、Fe-Si-B-P-Cu系、Fe-Co-Si-B-P-Cu系、Fe-Zr-B-Cu系或Fe-Co-Zr-B-Cu系。

7.一种定子铁芯，其特征在于，包括如权利要求1至6任意一项所述的铁芯单片(1)，所述铁芯单片(1)的数量为多个，多个所述铁芯单片(1)层叠设置，且相邻两个所述铁芯单片(1)之间设有绝缘层(2)。

8.一种电机，其特征在于，包括如权利要求7所述的定子铁芯。

9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于，在第一方向上，所述第一轭部(112)的尺寸为W1，所述第二轭部(121)的尺寸为W2；

所述电机的电机频率在频率预设阈值以下时，W1与W2的比值范围满足2≤W1/W2≤4；

所述电机的电机频率大于频率预设阈值时，W1与W2的比值范围满足1≤W1/W2≤3。

10.一种加工设备，其特征在于，用于制造如权利要求7所述的定子铁芯，包括加热组件(6)和冷却组件(7)，所述加热组件(6)与所述第一合金区(11)对应设置，所述冷却组件(7)与所述第二合金区(12)对应设置。

11.根据权利要求10所述的加工设备，其特征在于，所述加热组件(6)包括加热件(61)，所述第一合金区(11)中部具有用于容纳所述加热件(61)的容置空间(13)，所述加热件(61)的轴线与所述定子铁芯的轴线重合，所述第二合金区(12)的外周与所述冷却组件(7)接触设置。

12.根据权利要求10所述的加工设备，其特征在于，所述冷却组件(7)包括环形冷却工装(71)，所述环形冷却工装(71)的内部开设有冷却流道(72)，所述冷却流道(72)沿所述环形冷却工装(71)的周向延伸。

13.根据权利要求12所述的加工设备，其特征在于，所述冷却流道(72)包括多个环形流道，多个所述环形流道沿所述定子铁芯的轴向依次设置。

14.根据权利要求12所述的加工设备，其特征在于，所述冷却流道(72)为螺旋形流道，所述螺旋形流道沿所述定子铁芯的轴向延伸。

15.根据权利要求11至14任意一项所述的加工设备，其特征在于，还包括温度检测组件(8)，所述温度检测组件(8)用于对所述第一合金区(11)和所述第二合金区(12)进行温度测量；所述温度检测组件(8)与所述加热组件(6)信号连接。

16.一种加工方法，其特征在于，采用了如权利要求10至15任意一项所述的加工设备，用于制造如权利要求7所述的定子铁芯，包括以下步骤：

在第二合金带材上制备出多个铁芯单片本体；

多个铁芯单片本体堆叠成定子铁芯块，将所述加热组件(6)设置于所述定子铁芯块的中部，将所述冷却组件(7)设置于所述定子铁芯块的外周；

开启所述加热组件(6)和所述冷却组件(7)，使所述定子铁芯块中部通过晶化退火形成所述第一合金区(11)。