一种用于高速凸极电机转子叠片的可调梯度热处理装置

本发明涉及节能环保产业中的航空电气化，尤其涉及一种用于电气化航空器中的高速凸极电机转子叠片的可调梯度热处理装置。

背景技术：

1、在节能环保产业中，交通工具的电气化是一个主要的发展方向，而航空电气化及相关技术则是发展绿色航空的必要条件。这其中，由于航空器的工作环境，对内装式起动发电机提出了高温高速工况的新挑战，该挑战主要在于：航空电气化需求电机高速化，电机高速化又需要高性能转子生产工艺，因此这一生产工艺技术是制约航空电机高速化的瓶颈之一，进而限制了航空电气化的步伐。

2、磁阻电机依靠“磁阻最小原理”产生转矩，包括开关磁阻电机、双凸极电机、同步磁阻电机等，磁阻电机转子无永磁体，简单可靠，适合用于高温高速工况，使之在航空高速大功率发电机中应用极具竞争力。然而磁阻电机由于高转速带来的应力增加与应力分布均问题对转子叠片的材料提出了较高的要求。传统的处理方式，往往对铁心叠片整体进行真空热处理，比如对1j22材料进行热处理来提高其饱和磁密，降低其矫顽力。高保温温度处理出的材料电磁性能最佳，但屈服强度大大降低，制作出的叠片无法在高转速工况情况下则满足应力要求。

3、目前传统的真空热处理装备可以实现均一温度的热处理，针对热处理部件实现整体均匀的热处理工艺。但是缺乏对叠片实现梯度热处理精确可控的热处理装备。比如在目前的一些方案中，仅能控制转子温度梯度区间的最大值与最小值，无法控制保温时温度梯度分布曲线的形状，导致从极处到轭处温度梯度在偏近极处降低过快，转子极处电磁性能难以提高。

技术实现思路

1、本发明的实施例提供一种用于高速凸极电机转子叠片的可调梯度热处理装置，能够对高速凸极电机转子叠片实现梯度热处理精确可控的热处理。

2、为达到上述目的，本发明的实施例提供如下技术方案：

3、一种用于高速凸极电机转子叠片的可调梯度热处理装置，包括：

4、可开合的管式炉温控加热仓15,在管式炉温控加热仓15的内壁沿着圆周均匀分布的20根加热丝17，管式炉温控加热仓15内放置真空热处理管16；

5、在真空热处理管16中，石英真空管1的两端装配放气端盖3与抽气端盖6，真空热处理管16内部的中轴线上对称安装有紫铜柱5；

6、在紫铜柱5由一对隔热砖一7固定，隔热砖一7与真空石英管1内壁紧密配合；

7、在隔热砖一7内通过一对隔热砖二8与紫铜柱5紧密配合，在隔热砖二8内部夹装着梯度热处理模块13；其中，样片11安装在热处理模具12内，并通过热处理模具12上均匀圆周分布的8个螺栓夹紧；样片11和热处理模具12通过隔热夹具10固定配合在紫铜柱5上。

8、在管式炉温控加热仓15的两端对称安装两个温度探针2，每个温度探针2的探头都依次穿过隔热砖一7、隔热砖二8和隔热夹具10上的孔（孔的直径为2mm），接在热处理模具12上内圆与外圆处的孔内。温度探针2通过航空插头4与温度控制器14相连；

9、温控管9安装在紫铜柱5的两端的圆柱形凹槽内，温控管9也通过航空插头4与温度控制器14相连。

10、其中，梯度热处理模块13由样片11、热处理模具12和隔热夹具10组成；样片11安装在热处理模具12内，通过热处理模具12上均匀圆周分布8个螺栓夹紧，样片11、热处理模具12通过隔热夹具10固定配合在紫铜柱5上。

11、在优选方案中，样片11的材料采用1j22；紫铜柱5的材料采用t2紫铜；隔热砖一7、隔热砖二8和隔热夹具10材料采用硬质多孔莫来石；石英真空管1的两端分别装配了放气端盖3和抽气端盖6，并通过抽气保持石英真空管1真空度小于等于10-3pa；温度探针2采用材料为不锈钢2520k的热电偶。

12、本发明的实施例还提供一种用于所述装置的分析高速凸极电机转子叠片的可调梯度热处理的方法，所述方法包括分析流程：

13、建立转子处理温度相对于转子半径的温度梯度曲线模型；

14、根据所述温度梯度曲线模型，确定热处理模具12的形状，其中，转子半径与热处理模具12的截面积正相关；

15、在保温状态下，通过温度探针2采集样片11上的实际温度，并根据所采集的实际温度对管式炉温控加热仓15进行反馈控制，其中，若温差小于预设值则提高加热丝17的功率；和，温度控制器14通过温度探针2对样片11下圆侧温度进行反馈控制，其中，维持样片11下圆侧温度在预设温度区间内。具体的，面对高速磁阻电机转子极处与轭处对力学与电磁学不同需求，结合1j22材料真空热保温温度对力学与电磁学的不同影响，得出理想的转子处理温度相对于转子半径的分布曲线。结合温度曲线形状，设计热处理模具12的形状，即随半径提高，热处理模具12的截面积均匀增加，形成“外厚内薄”的模具截面形状。保温时，管式炉温控加热仓15通过温度探针2对样片11上温度进行反馈控制，温差小于预设温差，即提高加热丝17功率。保温时，温控管9在紫铜柱两端的圆柱形凹槽内，温度控制器14通过温度探针2对样片11下圆侧温度进行反馈控制，使其保证恒温在预设温度。按照预设的对内圆与外圆两个预设的温度控制曲线来控制样片11的整个热处理过程。

16、所述操作流程具体包括：

17、将样片11放入隔热夹具10中用螺栓固定后，依次将隔热砖一7，隔热砖二8，梯度热处理模块13对称套在紫铜柱5上，并插入温度探针2，同时安装温控管9；将温度探针2与抽气端盖6上的航空插头4相连，再整体放入真空石英管1的中心位置并完成放气端盖3处接线，之后封闭放气端盖3；

18、打开管式炉温控加热仓15，将真空热处理管16安装到管式炉温控加热仓15中，之后连接并启动抽气泵对管式炉温控加热仓15进行抽真空，其中，管式炉温控加热仓15保持真空度为10-3pa,并启动管式炉温控加热仓15的加热在120min内将外圆温升至820℃，温度控制器在120min内将内圆升温至700℃；

19、管式炉温控加热仓15将外圆温度维持在820℃并保持120min，之后再经过60min降温至750℃；温度控制器14将内圆温度维持在700℃并保持360min；

20、将管式炉温控加热仓15和温度控制器14分别在120min内都降温至300℃；

21、关闭一切加热源并随炉冷却至80℃，打开管式炉温控加热仓15继续散热直至室温后取出样片11。

22、本发明实施例提供的用于高速凸极电机转子叠片的可调梯度热处理装置，其加热部分是一个具有“外厚内薄”的横截面形状特征的热处理模具，两片模具内表面均开有圆盘形的凹槽，用于固定1j22转子样片，两者通过螺栓夹紧与样片紧密贴合；工作时，取紫铜柱穿过热处理模具中心的孔径，并通过隔热砖固定在真空热处理管腔内，真空热处理两端由抽气端盖与抽气设备相连。内部紫铜柱两端的温控管、测量样片内外园温度的温度探针通过航空插口与外界温度控制器相连；形成两套温度闭环控：温度控制器通过温度探针测量样片内圆温度，并控制温控管实现样片内圆温度闭环控制；管式炉温控加热仓通过温度探针测量样片外圆，并控制加热丝实现样片外圆温度闭环控制，维持温度梯度。截面积可以形成不同的设计相较背景所提技术优化了样片温度梯度分布曲线，提高了样片极处材料电磁性能。本发明实现对高速凸极电机转子叠片实现梯度热处理精确可控的热处理。