具有单独加工的转子叠片和定子叠片的马达铁芯

摘要

公开了一种具有单独加工的转子叠片和定子叠片的马达铁芯。还公开了用于形成具有单独加工的定子叠片和转子叠片的马达铁芯的方法。定子叠片和转子叠片可由诸如板或卷的单个电工钢源形成。所述方法可包括形成并热处理电工钢源的第一部分以形成具有第一微观结构(例如，平均晶粒尺寸)以及磁特性和机械特性(例如，铁芯损耗)的定子叠片。所述方法还可包括形成并热处理电工钢源的第二部分以形成具有不同于第一微观结构的第二微观结构以及不同于定子叠片的磁特性和机械特性的转子叠片。定子叠片可具有改进的铁芯损耗和导磁性能，转子叠片可具有改进的机械特性。通过单独加工，每个铁芯可具有适应于它们在操作中将要经历的条件的特性。

权利要求

1.一种由单个电工钢源形成马达铁芯的方法，包括：

形成并热处理所述电工钢源的第一部分，以形成具有50μm至300μm的第一平均晶粒尺寸和第一铁芯损耗的定子叠片；

形成并热处理所述电工钢源的第二部分，以形成具有小于所述第一平均晶粒尺寸的1μm至50μm的第二平均晶粒尺寸和大于所述第一铁芯损耗的第二铁芯损耗的转子叠片。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在定子热处理温度下实施定子热处理步骤，在转子热处理温度下实施转子热处理步骤，所述定子热处理温度高于所述转子热处理温度。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在定子热处理温度下实施定子热处理步骤且在转子热处理温度下实施转子热处理步骤，所述定子热处理步骤在所述定子热处理温度下保持一段总的时间段，所述一段总的时间段大于所述转子热处理温度被保持的总的时间段，转子热处理的冷却速率大于定子热处理的冷却速率。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述定子叠片和转子叠片包括由所述电工钢源冲压定子叠片和转子叠片。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括在额外的热处理期间增加所述定子叠片和转子叠片中的至少一个的硅含量。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括增加所述定子叠片和转子叠片中的至少一个的硅含量。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，仅在每个定子叠片或每个转子叠片的一部分中增加所述硅含量。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述定子叠片的一个或更多个定子齿中增加硅含量。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，仅对每个定子叠片的一部分执行定子热处理步骤。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，对所述定子叠片的一个或更多个定子齿执行定子热处理步骤。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，仅对每个转子叠片的一部分执行转子热处理步骤。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，在相同的磁场强度和频率下，所述第二铁芯损耗大于所述第一铁芯损耗。

13.一种由单个电工钢源形成马达铁芯的方法，包括：

形成并热处理所述电工钢源的第一部分，以形成具有75μm至250μm的第一平均晶粒尺寸和第一铁芯损耗的定子叠片；

形成并热处理所述电工钢源的第二部分，以形成具有小于所述第一平均晶粒尺寸的1μm至75μm的第二平均晶粒尺寸和大于所述第一铁芯损耗的第二铁芯损耗的转子叠片。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述转子叠片具有25μm至75μm的第二平均晶粒尺寸。

说明书

具有单独加工的转子叠片和定子叠片的马达铁芯

技术领域

[0001] 本公开涉及电动马达铁芯，其中，单独形成或单独加工转子叠片和定子叠片或转子铁芯和定子铁芯。

背景技术

[0002] 近年来，由于对电动车辆(例如，混合动力车辆、插电式混合动力车辆和全电动车辆)的燃料经济性要求越来越高，因此对紧凑、高效率和高性能的马达的需求大大增加。因此，对电动车辆的马达铁芯中所使用的可高效且有效地转换能量的高性能的转子叠片和定子叠片的需求不断增加。在传统的马达铁芯制造过程中，转子叠片和定子叠片由相同的电工钢板形成并经受相同的加工步骤，这导致转子叠片和定子叠片具有相同的特性特点。

发明内容

[0003] 在至少一个实施例中，提供了一种由单个电工钢源(electrical steel source)形成马达铁芯的方法。所述方法可包括：形成并热处理电工钢源的第一部分以形成具有第一微观结构(例如，平均晶粒尺寸)和第一磁特性(例如，铁芯损耗)的定子叠片；形成并热处理电工钢源的第二部分以形成具有不同于第一微观结构和第一磁特性的第二微观结构和第二磁特性的转子叠片。转子叠片的平均晶粒尺寸可小于定子叠片的平均晶粒尺寸，转子叠片的铁芯损耗可大于定子叠片中的铁芯损耗。在一个实施例中，定子叠片和转子叠片的成型包括由电工钢源冲压定子叠片和转子叠片。

[0004] 可在定子热处理温度下实施定子热处理步骤，并且可在转子热处理温度下实施转子热处理步骤。在一个实施例中，定子热处理温度可高于转子热处理温度。定子热处理步骤可在定子热处理温度下保持一段总的时间段，所述一段总的时间段可大于在转子热处理温度所保持的总的时间段。转子热处理的冷却速率可大于定子热处理的冷却速率。

[0005] 在一个实施例中，所述方法还可包括在定子和/或转子热处理期间或在额外的热处理期间，增加定子叠片和转子叠片中的至少一个的硅含量。可仅在每个定子叠片或每个转子叠片的一部分中增加硅含量。在一个实施例中，在定子叠片的一个或更多个定子齿中增加硅含量。

[0006] 可仅对每个定子叠片的一部分执行定子热处理步骤。在一个实施例中，对定子叠片的一个或更多个定子齿执行定子热处理步骤。可仅对每个转子叠片的一部分执行转子热处理步骤。在一个实施例中，在相同的磁场强度和频率下，转子叠片的铁芯损耗大于定子叠片的铁芯损耗。定子热处理步骤可形成具有50μm至250μm的第一平均晶粒尺寸的定子叠片，转子热处理步骤可形成具有1μm至100μm的第二平均晶粒尺寸的转子叠片。

[0007] 在至少一个实施例中，提供了一种由单个电工钢源形成马达铁芯的方法。所述方法可包括：形成并热处理电工钢源的第一部分以形成具有第一平均晶粒尺寸的定子叠片；形成并热处理电工钢源的第二部分以形成具有小于第一平均晶粒尺寸的1μm至100μm的第二平均晶粒尺寸的转子叠片。

[0008] 在一个实施例中，定子热处理步骤形成具有比转子叠片的铁芯损耗低的铁芯损耗的定子叠片，转子热处理步骤形成具有比定子叠片的屈服强度高的屈服强度的转子叠片。所述方法还可包括增加定子叠片和转子叠片中的至少一个的硅含量。在另一个实施例中，仅对每个定子叠片的一部分执行定子热处理步骤，或者仅对每个转子叠片的一部分执行转子热处理步骤。

[0009] 在至少一个实施例中，提供了一种形成马达铁芯的方法，所述方法包括由单个电工钢板形成多个定子叠片和转子叠片。所述方法还可包括：热处理每个定子叠片的选定区域，以具有比定子叠片的其余部分的铁芯损耗低的铁芯损耗；热处理转子叠片以形成小于定子叠片中的定子平均晶粒尺寸的转子平均晶粒尺寸。所述方法还可包括增加定子叠片和转子叠片中的至少一个的硅含量。在一个实施例中，仅对每个转子叠片的一部分执行转子热处理步骤。

[0010] 根据本发明，提供一种由单个电工钢源形成马达铁芯的方法，所述方法包括：形成并热处理电工钢源的第一部分以形成具有第一平均晶粒尺寸的定子叠片；形成并热处理电工钢源的第二部分以形成具有小于第一平均晶粒尺寸的1μm至100μm的第二平均晶粒尺寸的转子叠片。

[0011] 根据本发明的一个实施例，定子热处理步骤形成具有比转子叠片低的铁芯损耗的定子叠片，转子热处理步骤形成具有比定子叠片高的屈服强度的转子叠片。

[0012] 根据本发明的一个实施例，所述方法还包括增加定子叠片和转子叠片中的至少一个的硅含量。

[0013] 根据本发明的一个实施例，仅对每个定子叠片的一部分执行定子热处理步骤，或者仅对每个转子叠片的一部分执行转子热处理步骤。

[0014] 根据本发明，提供一种形成马达铁芯的方法，包括：由单个电工钢板形成多个定子叠片和转子叠片；热处理每个定子叠片的选定区域以具有比定子叠片的剩余部分的铁芯损耗低的铁芯损耗；热处理转子叠片以形成小于定子叠片中的定子平均晶粒尺寸的转子平均晶粒尺寸。

[0015] 根据本发明的一个实施例，所述方法还包括增加定子叠片和转子叠片中的至少一个的硅含量。

[0016] 根据本发明的一个实施例，仅对每个转子叠片的一部分执行转子热处理步骤。

附图说明

[0017] 图1是转子铁芯和定子铁芯的传统制造过程的流程图。

[0018] 图2是根据实施例的用于单独加工转子叠片和定子叠片的分开制造过程的流程图。

[0019] 图3是根据另一个实施例的用于单独加工转子铁芯和定子铁芯的分开制造过程的流程图。

[0020] 图4是根据实施例的用于单独加工转子叠片和定子叠片的分开制造过程(包括硅化处理(silicon treatment))的流程图。

具体实施方式

[0021] 根据需要，在此公开了本发明的详细实施例。然而，将理解的是，所公开的实施例仅是本发明的示例，本发明可采用各种和替代的形式实施。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。

[0022] 在图1中示出的传统的马达铁芯制造过程中，转子叠片和定子叠片由相同的电工钢板冲压而成并进行相同地处理。这导致转子叠片和定子叠片具有相同的特性特点。然而，高性能马达对转子叠片和定子叠片有不同的磁特性要求(诸如磁导率和损耗)和不同的机械特性要求(诸如屈服强度)。例如，马达的功率可通过增加马达转速而增加。增加的马达转速会需要转子叠片具有高的屈服强度。与此相反，由于定子叠片是静止的，所以对于高转速马达中的定子叠片而言，没有必要具有高的屈服强度。

[0023] 包括对转子叠片和定子叠片二者都使用相同的电工钢材料的传统制造过程导致转子和定子二者性能的折中。因此，最初的(premier)电工钢的潜能还没有得到充分利用。图1示出了旋转电机马达铁芯的传统制造过程10的流程图。过程10以在步骤12处从钢厂接收到的全加工的电工钢开始，该电工钢具有完全形成的和特定的磁特性以及期望的厚度和物理形式。在步骤14处，转子叠片和定子叠片由相同的电工钢板通过模具冲压而形成。然后，在步骤16处，预先涂覆有绝缘层的转子叠片和定子叠片堆叠并装配以形成定子铁芯和转子铁芯。冲压工艺可包括在切削刃处进行强烈的剪切，这可能导致塑性变形。由于塑性应变通常会对磁性能产生不利影响，所以在步骤18处，可对马达铁芯执行消除应力退火(SRA)以减少或消除塑性变形，从而提高马达的性能。在SRA热处理之后，在步骤20处，完成了转子铁芯和定子铁芯。

[0024] 转子叠片和定子叠片由一种电工钢板形成并经受相同的处理的传统制造过程10导致转子叠片和定子叠片中的每个的最佳特性牺牲和折中。马达性能包括对转子叠片特性和定子叠片特性的不同要求。例如，转子叠片和定子叠片可具有不同的磁特性要求(诸如导磁率(μ)和损耗(P))并可具有不同的机械特性要求(诸如屈服强度(YS))。另外，可优化一种特性的加工条件通常对另一种特性起相反的作用。

[0025] 因此，包括同样且同时地处理转子叠片和定子叠片的传统生产过程10无法获得转子叠片和定子叠片各自的最佳特性。例如，转子叠片具有比定子叠片的机械强度要求高的机械强度要求，但具有相对较低的损耗要求。由于通过调整晶粒尺寸，降低损耗和提高机械强度通常是矛盾的，所以采用传统过程10要求必须对屈服强度或损耗作出让步。典型地，转子叠片的高屈服强度要求被折中以满足定子叠片的更重要的低损耗要求。这种折中限制转子的最大转速并因此限制马达的性能。

[0026] 在至少一个实施例中，提供了一种使转子叠片/铁芯加工和定子叠片/铁芯加工独立或分开的制造过程。通过单独加工转子叠片和定子叠片，对于每个铁芯类型，磁特性和机械特性可被优化。单独加工可允许不同的热处理、涂覆、合金化处理或将要被执行并适合于叠片类型的其它处理。一般情况下，转子的加工可被配置为优化屈服强度，同时还最小化损耗并增大磁导率。定子的加工可被配置为最小化损耗并增大磁导率而不重视机械特性。

[0027] 参照图2，公开了单独加工转子和定子的制造过程100的实施例。该过程开始于步骤102处，在步骤102处，提供了半加工的电工钢。此步骤与传统的制造过程进行比较，在传统的制造过程中，从供应商接收全加工的电工钢并且将该电工钢直接冲压成叠片。如此处所使用的，“半加工”意味着在电工钢获得其最终的磁特性或磁质量之前还需要一个或更多个额外的步骤。例如，可能需要热处理(诸如退火)来对用于马达铁芯的电工钢进行完全加工。步骤102中的半加工的电工钢可能在先前已经被加工为具有期望厚度，并且可处于期望的物理形式(诸如板或卷)。

[0028] 在步骤104处，可对半加工的电工钢执行热处理工艺。该热处理工艺可降低电工钢的硬度，从而提高钢的冲压质量并延长冲压工具的寿命。可在保护性气体(例如，氮气或惰性气体)或真空环境下进行热处理。可在500℃至1100℃的温度范围或其任何的子范围内执行热处理，并且热处理可持续较长的时间段。热处理温度可以是保温温度，热处理时间可以是钢保持在该保温温度下的时间，或者热处理时间可以是热处理工艺(例如，包括任何的温度斜坡上升或斜坡下降)的总时间。热处理时间可根据工件的特性和/或加热设备(例如，炉)(例如，钢的尺寸或所使用的炉的类型)而变化。较大的工件可能需要较长的加热时间，工业连续退火炉可比静态炉需要更少的时间。因此，根据工件的特性和所使用的设备，热处理时间可从长达一个小时(例如，1分钟至60分钟)到若干个小时或更长的时间。在热处理之后，钢可缓慢冷却以获得对冲压而言是合适的或最优的最终硬度。

[0029] 在热处理之后，在步骤106处将软化后的电工钢冲压成转子叠片和定子叠片。为提高冲压工艺的质量和/或延长冲压工具的寿命，在冲压操作之前可向电工钢涂覆涂层。在一个实施例中，涂层可以是具有良好电绝缘性的高温相容润滑剂。然而，在该步骤中也可使用具有良好润滑性的任何涂层。冲压工艺可被配置为补偿由于后续额外的加工而可能发生的尺寸变化(诸如由于热处理而导致的变形)。由于在步骤102中可由相同的半加工的电工钢形成定子叠片和转子叠片，所以在至少一个实施例中定子叠片和转子叠片可具有相同的厚度和相同的初始成分。

[0030] 在冲压工艺之后，定子叠片和转子叠片的加工分开为单独的定子加工110和转子加工120。定子加工110可主要集中于优化铁芯损耗(P)和磁导率(μ)特性。如上所述，由于定子是静止的，所以对于定子叠片，机械特性(诸如屈服强度)可能不是同样重要的。在步骤112处，仅对定子叠片执行第二热处理工艺(例如，定子热处理)。第二热处理可具有若干个目的。首先，第二热处理被配置为在电工钢中产生将降低或最小化铁芯损耗(P)并提高或最大化磁导率(μ)的微观结构(例如，平均晶粒尺寸、晶粒织构)。在至少一个实施例中，第二热处理被配置为提供10μm到300μm或其任何子范围(诸如50μm至250μm或75μm至200μm)的平均晶粒尺寸。由于铁芯损耗对晶粒尺寸具有非单调相关性(non-monotonic dependence)，所以最佳晶粒尺寸可取决于使用叠片的应用和条件。由于两个损耗项的竞争：磁滞损耗和附加损耗(excess loss)，所以最小化铁芯损耗的最佳晶粒尺寸与频率和磁通密度相关。在一个实施例中，电工钢的平均晶粒尺寸可为从50μm至100μm。在另一个实施例中，平均晶粒尺寸可为从100μm到150μm。例如，对于频率为60Hz且磁通密度为1.5T，减小的铁芯损耗的最佳晶粒尺寸是150μm，而对于频率为400Hz且磁通密度为1T，最佳晶粒尺寸是84μm。

[0031] 第二热处理除了提供降低铁芯损耗并提高磁导率的微观结构，也可对电工钢进行脱碳(例如，如果在诸如氢气和水蒸气的混合物的脱碳环境下执行热处理)和/或减少或消除残余应力。可在保护性气体(例如，氮气或惰性气体)或真空环境或脱碳环境下进行热处理。可在500℃至1100℃或其任何子范围中进行热处理并且热处理可持续较长的时间段。热处理温度可以是保温温度，热处理时间可以是钢保持在保温温度的时间或者可以是热处理工艺(例如，包括任何的温度斜坡上升和斜坡下降)的总时间。热处理时间可根据工件特性和/或加热设备(例如，炉)(例如，钢的尺寸或所使用的炉的类型)而变化。较大的工件可能需要较长的加热时间，工业连续退火炉可比静态炉需要更少的时间。因此，根据工件特性和所使用的设备，热处理时间可以从长达一个小时(例如，1分钟至60分钟)到若干小时或更长的时间。冷却速率可被选择为减少或最小化单个叠片的变形或翘曲而同时获得改进的磁特性。如上所述，最终的微观结构可取决于马达的设计和工作条件并且可被优化为最小化铁芯损耗和最大化磁导率。

[0032] 在第二热处理之后，在步骤114处，可将定子叠片堆叠在一起以形成定子铁芯。例如，如果在步骤106中涂覆的涂层不能耐受步骤112中的高温退火，则可在叠片之间设置绝缘材料以减少涡流损耗。在堆叠叠片之前可涂覆绝缘材料作为涂层。合适的绝缘材料包括具有良好的电绝缘特性和抗腐蚀特性的那些材料。在步骤116处，堆叠并装配后的定子叠片一起形成成品的、优化后的定子铁芯。与传统加工的叠片相比，成品的定子铁芯叠片具有改进的特性，例如，在1.0T、400Hz下的铁芯损耗可小于15W/kg，在5kA/m下的磁通密度可大于1.5T，屈服强度可大于350MPa。

[0033] 转子加工120可主要集中于优化屈服强度(YS)，同时还改进或保持铁芯损耗(P)和磁导率(μ)特性。如上所述，由于转子在高转速下旋转，所以对于转子叠片，机械特性(诸如屈服强度)可能是更重要的。如上所述，可通过增加马达转速而提高电动马达的功率，高的马达转速需要转子具有较高的屈服强度。在步骤122处，仅对转子叠片进行第三热处理工艺(例如，转子热处理)。在至少一个实施例中，第三热处理122不同于第二热处理112(例如，不同的温度和/或时间)。第三热处理可具有若干个目的。首先，第三热处理被配置为在电工钢中产生将提高转子叠片的屈服强度的微观结构(例如，平均晶粒尺寸和晶粒织构)。在至少一个实施例中，第三热处理被配置为提供100μm或更小的平均晶粒尺寸。例如，电工钢的平均晶粒尺寸可从1μm至100μm、10μm至100μm、25μm至100μm、25μm至75μm或25μm至50μm。最佳值可反映铁芯损耗要求和屈服强度要求之间的平衡。较小的晶粒尺寸一般会导致屈服强度增加，但铁芯损耗会增加。相反，较大的晶粒尺寸一般会导致屈服强度降低但铁芯损耗会降低。

[0034] 第三热处理除了提供提高屈服强度的微观结构，也可对电工钢进行脱碳(例如，如果在诸如氢气和水蒸气的混合物的脱碳环境下执行热处理)和/或降低或消除残余应力。可在保护性气体(例如，氮气或惰性气体)或真空或脱碳环境下进行热处理。热加处理可具有500℃至1100℃的温度范围并可持续较长的时间段。热处理温度可以是保温温度，热处理时间可以是钢保持在保温温度的时间，或者热处理时间可以是热处理工艺(例如，包括任何的温度斜坡上升和斜坡下降)的总时间。热处理时间可根据工件特性和/或加热设备(例如，炉)(例如，钢的尺寸或所使用的炉的类型)而变化。较大的工件可能需要较长的加热时间，工业连续退火炉可比静态炉需要更少的时间。因此，根据工件特性和所使用的设备，热处理时间可从长达一个小时(例如，1分钟至60分钟)到若干个小时或更长的时间。

[0035] 在至少一个实施例中，相比于用于定子叠片的热处理112，第三热处理122可在较低的温度下执行和/或执行较短的时间。相比于定子叠片，热处理122可因此被配置为在转子叠片中提供较小的平均晶粒尺寸，这产生更好的机械特性(例如，屈服强度)。与此相反，相比于热处理122，热处理112可在较高的温度下执行和/或执行较长的时间。热处理112可因此被配置为在定子叠片中提供较大的平均晶粒尺寸，从而导致改进的铁芯损耗特性。相比于定子叠片，对于转子叠片可选择较大的冷却速率以改善机械特性和磁特性，同时最小化单个叠片的变形或翘曲。最终的微观结构可取决于马达的设计和工作条件，并且可被优化为最大化机械特性。

[0036] 在第三热处理之后，在步骤124处，可将转子叠片堆叠在一起以形成转子铁芯。如果在步骤106中涂覆的涂层不能耐受步骤122中的高温退火，那么可在叠片之间设置绝缘材料以减少涡流损耗。在堆叠叠片之前可涂覆绝缘材料作为涂层。合适的绝缘材料可包括具有良好的电绝缘特性和抗腐蚀性能的那些材料。用于转子和定子的绝缘材料可以相同或者它们可以不同。在步骤126处，堆叠和装配后的转子叠片一起形成成品的、优化后的转子铁芯。相比于传统加工后的叠片，成品的转子铁芯叠片具有改进的性能，例如，在1.0T、400Hz下的铁芯损耗可小于15W/kg，在5kA/m下的磁通密度可大于1.5T，屈服强度可大于350MPa。

[0037] 在步骤130处，优化的定子铁芯和优化的转子铁芯可被组合以形成优化的马达铁芯。如上所述，可单独地加工定子叠片和转子叠片，使得它们针对特定的马达应用和工况而被优化。例如，定子铁芯的叠片的平均晶粒尺寸可大于转子叠片的平均晶粒尺寸，这可以改进定子的铁芯损耗特性。转子铁芯的叠片的平均晶粒尺寸可小于定子叠片的平均晶粒尺寸，这可提高转子的屈服强度。如果热处理被应用到整个叠片或铁芯，则上述的平均晶粒尺寸可遍及整个叠片或铁芯。损耗或损耗特性可在相同或类似的条件(诸如磁通密度和频率)下进行比较。

[0038] 参照图3，公开了单独加工转子和定子的制造过程200的另一个实施例。该过程开始于步骤202处，在步骤202处提供了半加工的电工钢。如上所述，此步骤与传统的制造过程进行比较，在传统的制造过程中，从供应商接收全加工的电工钢并且将该电工钢直接冲压成叠片。在步骤204处，可对半加工的电工钢执行热处理工艺。该热处理工艺可以降低电工钢的硬度，从而提高钢的冲压质量和/或延长冲压工具的寿命。可在保护性气体(例如，氮气或惰性气体)或真空环境下进行热处理。热处理可在500℃至1100℃的温度范围或其任何子范围内进行，并且可持续较长的时间段。热处理时间可根据工件特性和/或加热设备(例如，炉)(例如，钢的尺寸或所使用的炉的类型)而变化。较大的工件可能需要较长的加热时间，工业连续退火炉可比静态炉需要更少的时间。因此，根据工件特性和所使用的设备，热处理时间可从长达一个小时(例如1分钟至60分钟)到若干个小时或更长的时间。然后，钢可缓慢冷却以获得对冲压而言是合适的或最优的最终硬度。

[0039] 在热处理之后，在步骤206处将软化后的电工钢冲压成转子叠片和定子叠片。为提高冲压工艺的质量和/或延长冲压工具的寿命，在冲压操作之前可向电工钢涂覆涂层。在一个实施例中，涂层可以是具有良好电绝缘性的高温相容润滑剂。然而，可使用具有良好润滑性的任何涂层。冲压工艺可被配置为补偿由于后续额外加工而可能发生的尺寸变化(诸如由于热处理而导致的变形)。由于在步骤202中可由相同的半加工的电工钢形成定子叠片和转子叠片，所以在至少一个实施例中，定子叠片和转子叠片可具有相同的厚度和相同的初始成分。

[0040] 在冲压工艺之后，定子叠片和转子叠片的加工分开为单独的定子加工210和转子加工220。定子加工210可主要集中于优化铁芯损耗(P)和磁导率(μ)特性。如上所述，由于定子是静止的，所以对于定子叠片，机械特性(诸如屈服强度)可能不是同样重要的。在步骤212处，可将定子叠片堆叠在一起以形成定子铁芯。例如，如果在步骤206中涂覆的涂层不能耐受步骤214中的高温退火(如下所述)，则可在叠片之间设置绝缘材料以减少涡流损耗。在堆叠叠片之前，可涂覆绝缘材料作为涂层。在至少一个实施例中，绝缘材料可以是高温相容性材料，使得后续的热处理将不会对绝缘特性有不利影响。合适的绝缘材料可包括具有良好电绝缘性和高温相容性的那些材料。

[0041] 在步骤214处，仅对定子铁芯(例如，堆叠的叠片)执行第二热处理工艺。第二热处理可具有若干个目的。首先，第二热处理被配置为在定子叠片中产生将减少或最小化铁芯损耗(P)并改善或最大化磁导率(μ)的微观结构(例如，平均晶粒尺寸和晶粒织构)。在至少一个实施例中，第二热处理被配置为提供10μm到300μm或其任何子范围(诸如50μm至250μm或75μm至200μm)的平均晶粒尺寸。由于铁芯损耗对晶粒尺寸具有非单调相关性，所以最佳晶粒尺寸可取决于使用叠片的应用或条件。由于两个损耗项的竞争：磁滞损耗和附加损耗，所以最小化铁芯损耗的最佳晶粒尺寸与频率和磁通密度相关。在一个实施例中，电工钢的平均晶粒尺寸可为从50μm至100μm。在另一个实施例中，平均晶粒尺寸可从100μm至150μm。例如，对于频率为60Hz且磁通密度为1.5T，减小铁芯损耗的最佳晶粒尺寸是150μm，而对于频率为400Hz且磁通密度为1T，最佳晶粒尺寸是84μm。

[0042] 第二热处理除了提供降低铁芯损耗并提高磁导率的微观结构，也可对电工钢进行脱碳(例如，如果在诸如氢气和水蒸气的混合物的脱碳环境下执行热处理)和/或减少或消除残余应力。可在保护性气体(例如，氮气或惰性气体)或真空或脱碳环境下进行热处理。热处理可具有500℃至1100℃的温度范围，并可持续较长的时间段。热处理温度可以是保温温度，热处理时间可以是钢保持在保温温度的时间，或者热处理时间可以是热处理工艺(例如，包括任何的温度斜坡上升和斜坡下降)的总时间。热处理时间可根据工件特性和/或加热设备(例如，炉)(例如，钢的尺寸或所使用的炉的类型)而变化。较大的工件可需要较长的加热时间，工业连续退火炉可比静态炉需要更少的时间。因此，根据工件特性和所使用的设备，热处理时间可从长达一个小时(例如1分钟至60分钟)到若干个小时或更长的时间。冷却速率可选择为减少或最小化单个叠片的变形或翘曲，同时获得提高的磁特性。如上所述，最终的微观结构可取决于马达的设计和工作条件，并且可被优化为最小化铁芯损耗和最大化磁导率。

[0043] 相比于对叠片自身进行热处理，在步骤212中堆叠并装配定子铁芯之后执行热处理步骤214可降低各个叠片的翘曲。在第二热处理之后，在步骤216处，堆叠并装配后的定子叠片一起形成成品的、优化后的定子铁芯。与传统加工的叠片相比，成品的定子铁芯叠片具有改进的特性，例如，在1.0T、400Hz下的铁芯损耗可小于15W/kg，在5kA/m下的磁通密度可大于1.5T，屈服强度可大于350MPa。

[0044] 转子加工220可主要集中于优化屈服强度(YS)，同时还改善或保持铁芯损耗(P)和磁导率(μ)特性。如上所述，由于转子在高转速下旋转，所以对于转子叠片，机械特性(诸如屈服强度)可能是更重要的。如上所述，可通过增加马达转速而提高电动马达的功率，高的马达转速需要转子具有较高的屈服强度。在步骤222处，可将转子叠片堆叠在一起以形成转子铁芯。例如，如果在步骤206中涂覆的涂层不能耐受步骤224中的高温退火，则可在叠片之间设置绝缘材料以减少涡流损耗(如下所述)。在堆叠叠片之前，可涂覆绝缘材料作为涂层。在至少一个实施例中，绝缘材料可以是高温相容性材料，使得后续的热处理将不会对绝缘性能产生不利影响。合适的绝缘材料可包括具有良好电绝缘性和高温相容性的那些材料。

[0045] 在步骤224处，仅对转子铁芯(例如，堆叠的叠片)执行第三热处理工艺。这种热处理可不同于第二热处理214(例如，不同的温度和/或时间)。第三热处理可具有若干个目的。首先，第三热处理被配置为在电工钢中产生将提高转子叠片的屈服强度的微观结构(例如，平均晶粒尺寸、晶粒织构)。在至少一个实施例中，第三热处理被配置为提供100μm或更小的平均晶粒尺寸。例如，电工钢的平均晶粒尺寸可从1μm至100μm、10μm至100μm、25μm至100μm、
25μm至75μm或25μm至50μm。最佳值可反映铁芯损耗要求和屈服强度要求之间的平衡。较小的晶粒尺寸一般会导致屈服强度增加，但铁芯损耗会增加。相反，较大的晶粒尺寸一般会导致屈服强度降低，但铁芯损耗会降低。在至少一个实施例中，热处理224被配置为在转子叠片中提供小于定子叠片的平均晶粒尺寸的平均晶粒尺寸。相对于定子铁芯，这可提供具有提高的屈服强度的转子铁芯。与此相反，热处理214可被配置为在定子叠片中提供大于转子叠片的平均晶粒尺寸的平均晶粒尺寸。相对于转子铁芯，这可提供具有改进的铁芯损耗特性的定子铁芯。损耗或损耗特性可在相同或类似的条件(例如，磁通密度和频率)下进行比较。

[0046] 第三热处理除了提供提高屈服强度的微观结构，也可对电工钢进行脱碳(例如，如果在诸如氢气和水蒸气的混合物的脱碳环境下执行热处理)和/或减少或消除残余应力。热处理可具有500℃至1100℃的温度范围并可持续较长的时间段。热处理温度可以是保温温度，热处理时间可以是钢保持在保温温度下的时间，或者热处理时间可以是热处理工艺(例如，包括任何的温度斜坡上升和斜坡下降)的总时间。热处理时间可根据工件特性和/或加热设备(例如，炉)(例如，钢的尺寸或所使用的炉的类型)而变化。较大的工件可需要较长的加热时间，工业连续退火炉可比静态炉需要更少的时间。因此，根据工件特性和所使用的设备，热处理时间可从长达一个小时(例如，1分钟至60分钟)到若干个小时或更长的时间。相比于定子铁芯，对于转子铁芯可选择较大的冷却速率以改善机械特性和磁特性，同时最小化单个叠片的变形或翘曲。最终的微观结构可取决于马达的设计和工作条件，并且可被优化为最大化机械特性。

[0047] 相比于对叠片自身进行热处理，在步骤222中堆叠并装配转子铁芯之后执行热处理步骤224可降低各个叠片的翘曲。在第三热处理之后，在步骤226处，堆叠并装配后的转子叠片一起形成成品的、优化后的转子铁芯。相比于传统加工的叠片，成品的转子铁芯叠片具有改进的特性，例如，在1.0T、400Hz下的铁芯损耗可小于15W/kg，在5kA/m下的磁通密度可大于1.5T，屈服强度可大于350MPa。在步骤230处，优化的定子铁芯和优化的转子铁芯可组合以形成优化的马达铁芯。如上所述，针对特定应用定子铁芯和转子铁芯可各自进行优化。例如，相对于转子铁芯，定子铁芯可由于较大的平均晶粒尺寸而具有改进的铁芯损耗特性。
例如，相对于定子铁芯，转子铁芯可由于较小的平均晶粒尺寸而具有改进的机械特性(诸如屈服强度)。如果热处理被应用到整个叠片或铁芯，上述的平均晶粒尺寸可遍及整个叠片或铁芯。

[0048] 在过程100的步骤112和/或步骤122中的热处理以及在过程200的步骤214和/或步骤224中的热处理不限于整个定子/转子叠片或定子/转子铁芯，它们也可选择性地应用于每个定子叠片或铁芯和/或转子叠片或铁芯的一个或更多个局部区域或部分。局部热处理可通过使用诸如激光加热和感应加热的方法而局部地加热叠片或铁芯来实现。通过这样做，转子叠片的一个或更多个重要区域(例如，转子桥(rotor bridge))的机械强度增加，定子叠片的一个或更多个重要区域(例如，定子齿)的铁芯损耗减小，并且定子叠片的一个或更多个重要区域(例如，定子齿)的磁导率增加。

[0049] 除了上述的过程，可将附加的步骤或过程添加到定子加工和/或转子加工。使定子和转子的加工独立可允许在传统地制造过程中不可能的针对性的附加加工。参照图4，示出了包括附加的硅化处理步骤113的制造过程300。制造过程300类似于图2中的制造过程100，相同的标号表示相同的步骤。同样地，制造过程300可类似于制造过程200，具有附加的硅化处理步骤。在一个实施例中，可在定子加工期间增加定子叠片的硅含量，导致Si的浓度高达7％。例如，在冲压之后可向叠片的表面涂覆含有硅的材料层，并在诸如热处理112或214(例如，硅化处理113作为热处理的一部分而被包括在其中)的热处理期间，硅可扩散到定子叠片中。可替代地，可执行专门用于硅扩散的单独的热处理步骤113。虽然图4示出了硅化处理
113发生在热处理步骤112与涂覆且堆叠步骤114之间，但是它可在任何合适的时间执行。例如，步骤113可发生在步骤112之前。

[0050] 也可在硅化处理步骤中执行增加硅含量的其它公知的方法，诸如通过物理气相沉积或化学气相沉积而在叠片上沉积硅或硅化合物，或者使用浆液或干燥粉末在叠片上涂覆一层硅或硅化合物。增加硅含量可进一步减少定子叠片的损耗。此外，通过在定子叠片冲压之后增加定子叠片的硅含量，可避免通常与高硅含量的电工钢相关的脆性和加工性的问题。

[0051] 由于减少损耗对于定子比对于转子更重要，所以增大定子的硅含量限制可比增加转子的硅含量限制更有利。然而，因为硅添加除了减少损耗还提高屈服强度，所以上述的同样的或类似的增加硅含量的过程也可应用到转子叠片。参照图4，示出了可类似于用于定子叠片的硅化处理步骤113的硅化处理步骤123。另外，类似于步骤113，步骤123可发生在过程300中的其他点(诸如热处理122之前)处。硅添加可应用到整个定子/转子叠片表面或仅表面的选定区域/部分，诸如定子叠片的齿附近的区域以减少损耗，或转子叠片的关键局部区域/部分(例如，转子桥)以增大转子叠片的区域的机械强度。

[0052] 在另一个实施例中，具有与叠片不同的热膨胀系数的涂层可涂覆到定子叠片以在电工钢中产生张紧力。由于磁弹性各向异性能量的贡献，引入少量(small degree)的张紧力可进一步降低定子的损耗。例如，可产生高达30MPa的张紧力，诸如1MPa至30MPa、1MPa至20MPa、5MPa至20MPa或大约20MPa。在堆叠和装配步骤期间(诸如在步骤114和212中)可涂覆该涂层作为涂层的一部分。可替代地，单独的步骤可被包括在该过程中以增加产生张紧力的涂层或使用其他已知的方法产生张紧力。类似于增加硅含量，由于损耗对于定子叠片比对转子叠片更重要，所以产生的张紧力对定子叠片可比对转子叠片更有益，但上述产生张紧力的方法也可以应用到转子叠片。然而，当涂覆这样的涂层以确保在转子叠片上获得净的少量的张紧力时，应考虑由于高速转子旋转产生的附加离心力。

[0053] 制造过程100和200的初始材料可不限于半加工的电工钢。作为示例，也可使用全加工的电工钢。根据定子叠片和转子叠片的不同要求，可在冲压之后在全加工的定子叠片和/或转子叠片上执行附加的和单独的退火步骤以进一步提高各自的性能。退火工艺可通过形成理想的电工钢微观结构(晶粒粒尺寸、晶粒织构等)分别为定子叠片和转子叠片提供优化的特性，并且还可减少或消除残余应力。这个过程与过程100相似，所不同的是由于全加工的电工钢的提高的冲压性能，步骤104中的热处理#1和步骤106中的涂覆#1可能不是必要的。也可在对全加工的叠片进行冲压和堆叠之后对定子铁芯和/或转子铁芯执行附加的和单独的退火步骤以进一步提高它们各自的性能。退火工艺可通过形成理想的电工钢微观结构(晶粒尺寸、晶粒织构等)分别为定子铁芯和转子铁芯提供优化的特性，并且还可减少或消除残余应力。这个过程类似于过程200，所不同的是由于全加工的电工钢的提高的冲压能力，步骤204中的热处理#1和步骤206中的涂覆#1可能不是必要的。

[0054] 虽然以上描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。更确切地，在说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，应理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变。此外，可将各个实施的实施例的特征进行组合以形成本发明的进一步的实施例。