СПОСОБ СБОРКИ МАГНИТНОГО ПОЛЮСА И СООТВЕТСТВУЮЩЕГО РОТОРА Российский патент 2013 года по МПК H02K15/03 

Изобретение относится к способу сборки магнитного полюса ротора вращающейся синхронной электрической машины, например электромотора или генератора.

В документе ЕР 1646126 описывается ротор, содержащий магнитные полюса, которые образованы несколькими отдельными постоянными магнитами, отделенными друг от друга электроизолирующим листом.

Известно, что такие магнитные полюса изготавливаются в соответствии со следующими этапами, выполняемыми в описанном порядке.

Сначала единичные элементы, имеющие форму прямоугольных параллелепипедов, намагничивают, получая единичные постоянные магниты. Затем единичные магниты соединяют склеиванием с введением между ними электроизолирующего листа и вставляют в углубления, выполненные на внешней поверхности ротора. Углубление имеет выпуклую нижнюю часть. Единичные магниты приклеиваются друг с другу и к выпуклому дну так, что их магнитные полюса (северный/южный) направлены в одних и тех же направлениях.

Однако этап соединения склеиванием единичных магнитов очень продолжительный, поскольку соединяемые единичные магниты скреплены друг с другом и отталкивают друг друга.

Так как плоская поверхность единичных магнитов далее соединяется с поверхностью углубления, имеющей выпуклое дно, то имеют место зазоры, которые образуют щели и дефекты, которые сужаются на поверхности магнитного полюса, изготовленного таким образом.

Объектом изобретения является способ сборки магнитного полюса, который является более простым и более быстрым.

Изобретение относится к способу сборки магнитного полюса вышеописанного типа, который характеризуется следующими этапами:

а) формирование комплекта единичных элементов соединением одного с другим, по меньшей мере, двух единичных элементов, с введением между ними электроизолятора таким образом, чтобы эти единичные элементы были способны намагничиваться;

b) намагничивание комплекта единичных элементов;

с) фиксация комплекта единичных элементов на сердечнике, при этом упомянутые комплекты формируют, по меньшей мере, часть магнитного полюса.

В соответствии со специальными вариантами осуществления изобретения способ сборки, по меньшей мере, одного магнитного полюса, включает в себя один или более из следующих признаков, взятых по отдельности или в совокупности:

- комплект единичных элементов представляет собой прямоугольный параллелепипед и способ дополнительно включает этап механической обработки основной поверхности комплекта единичных элементов с тем, чтобы образовать цилиндрическую поверхность с радиусом, практически равным радиусу (R) сердечника, этот этап механической обработки выполняют перед этапом намагничивания,

- цилиндрическая поверхность имеет ось (Х-Х) цилиндра, ось (Х-Х) перпендикулярна продольным поверхностям комплекта единичных элементов и параллельна боковыми поверхностями комплекта единичных элементов,

- единичные элементы скреплены друг с другом с помощью клея, и электрическим изолятором является электроизолирующий лист,

- единичные элементы соединены друг с другом клеем, наполненным твердыми частицами, или клеем, наполненным волокнами из непроводящего материала, при этом указанный клей образует электрический изолятор,

- этапы: от а) до с) повторяются для того, чтобы получить множество комплектов единичных элементов, упомянутые комплекты единичных элементов закрепляются на сердечнике, один за другим, с введением между ними электрического изолятора, при этом продольная поверхность комплекта единичных элементов образует боковую поверхность магнитного полюса,

- этап закрепления электрического изолятора на сердечнике, когда электрический изолятор помещен между сердечником и комплектом единичных элементов,

- этап закрепления электрического изолятора на цилиндрической поверхности комплектов единичных элементов,

- комплект единичных элементов содержит от 1 до 20 единичных элементов.

Изобретение относится также к ротору для вращающейся синхронной электрической машины, содержащему сердечник, характеризующемуся тем, что хотя бы один магнитный полюс выполнен на сердечнике способом сборки, описанным выше.

Как вариант, ротор, выполненный на сердечнике, содержит углубления с плоским дном, а комплекты единичных элементов прикрепляются к поверхности этого дна.

Изобретение будет лучше понято из нижеследующего описания, которое приводится исключительно в качестве примера, и чертежей, на которых:

фиг.1 - осевое сечение электромотора с постоянными магнитами, содержащего ротор в соответствии с изобретением;

фиг.2 - сечение по линии II-II ротора по фиг.1;

фиг.3 - блок-схема, показывающая этапы способа сборки магнитного полюса в соответствие с изобретением;

фиг.4 - изометрическое изображение единичного элемента;

фиг.5 - изометрическое изображение комплекта единичных элементов;

фиг.6 - изометрическое изображение комплекта на фиг.5 после механической обработки;

фиг.7 - вид сбоку комплекта на фиг.6; и

фиг.8 - изометрическое изображение четырех комплектов единичных элементов, которые установлены в углубление ротора.

Изобретение относится к способу сборки магнитных полюсов на роторе синхронной электрической машины. Этот способ описан на примере сборки магнитных полюсов 2, 4 на роторе 6 электрического двигателя 8.

Как показано на фиг.1, электродвигатель 8 содержит статор 10, закрепленный в корпусе 12, и ротор 6, закрепленный на валу 16.

Статор 10, окружает ротор 6. Он содержит обмотки 18, генерирующие магнитный поток.

Ротор 6 содержит сердечник 20, который закреплен во время вращения на валу 16 с помощью средств, не показанных на фигурах, например, шлицев. Сердечник 20 имеет цилиндрическую внешнюю поверхность заданного радиуса R. Сердечник 20 выполнен исключительно из металла или металлического сплава, который «проводит» магнитное поле, в частности, выполнен из ферромагнитного материала.

Углубления 22, 24 выполнены на внешней части сердечника 20. Углубления 22, 24 расположены через равные промежутки одно от другого.

Углубления 22, 24 предназначены для размещения постоянных магнитов и образования магнитного полюса.

Углубления 22, 24 имеют плоское дно 34. Углубления 22, 24 имеют ширину и длину, равные ширине 1_Е и длине L_E магнитного полюса 2,

Способ сборки магнитного полюса 2 в соответствии с настоящим изобретением иллюстрируется на фиг.3. Способ начинается с этапа 36, на котором происходит формирование комплекта 37 единичных элементов путем склеивания единичных элементов 38 и 40 друг с другом с установкой между ними электроизолятора 32 в виде листа, который называется ниже «изолирующий лист» (32).

Каждый единичный элемент 38, 40 изготовлен из намагничиваемого материала такого, как магнитотвердый материал.

Множество единичных элементов, например, от 1 до 20, или предпочтительнее от 6 до 10 склеивают, соединяя их один с другим в комплекты 37.

Как показано на фиг.4, каждый единичный элемент 38 имеет форму прямоугольного параллелепипеда с двумя основными поверхностями 42, 44, двумя продольными поверхностями 46, 48 и двумя боковыми поверхностями 50, 52.

Его ширина, например, может составлять 6 мм, длина от 30 до 60 мм, толщина приблизительно 15 мм.

Основные поверхности 42, 44 единичного элемента имеют ширину, которая составляет от 0,05 до 1 от ширины 1_Е магнитного полюса 2.

Основные поверхности 42, 44 единичного элемента имеют длину, составляющую от 0,05 до 1 длины 1_Е магнитного полюса 2.

Все продольные поверхности 46, 48 каждого единичного элемента 38, 40 скреплены со всеми поверхностями каждого изолирующего листа 32 так, что комплект 37 образует неразборный блок, который является единой деталью. Таким образом, внешняя поверхность комплекта 37 является сплошной. Комплект 37 не содержит никаких дефектов или щелей.

Лист 32 обеспечивает электрическую изоляцию магнитов друг от друга, для уменьшения электрических потерь, возникающих из-за вихревых токов, вызванных магнитными потоками, проходящими между ротором и статором.

Изолирующий лист 32 не предотвращает проникновения магнитных потоков.

Лист 32 выполнен, например, из бумаги, которая состоит из волокон мета-арамида, известной как «Nomex» (зарегистрированный товарный знак) или полиамидной пленки, известной, как «Kapton» (зарегистрированный товарный знак), или из любого другого электроизоляционного материала, например, чистого полимера, или технического полимера с наполнителем.

Изолирующий лист 32 имеет малую толщину (например, 20 мкм), сравнительно с толщиной единичных элементов 38, 40.

Комплект 37 имеет форму прямоугольного параллелепипеда. Он имеет две основные поверхности 56, 58, две продольные поверхности 60, 62, две боковые поверхности 64, 66.

Длина L_b продольной поверхности 60 комплекта 37 равна ширине 1_Е магнитного полюса 2. Длина L_I боковых поверхностей 64, 66 комплекта 37 равна от 0,05 до 1 длины L_E магнитного полюса 2.

В дальнейшем, во время этапа 68 механической обработки основная поверхность 56 комплекта обрабатывается для придания ей цилиндрической формы с радиусом R равным радиусу сердечника 20, на который устанавливается комплект 37.

Цилиндрическая поверхность 56 имеет ось Х-Х, перпендикулярную продольной оси поверхностей 60, 62 комплекта 37 и параллельную боковым поверхностям 64, 66 комплекта 37.

Во время этапа 70 комплект 37 намагничивается устройством, обеспечивающим создание сильного магнитного поля.

Намагничивание комплекта лучше производить на этом этапе, потому что когда полюса уже размещены на роторе, выполнить это невозможно вследствие размеров ротора и полюсов, а также величины энергии, которая потребуется для намагничивания.

Комплект 37 намагничен таким образом, что магнитная ось, образованная во время намагничивания, проходит параллельно продольным поверхностям 46, 48 единичных элементов 38, 40, составляющих комплект.

Во время этапа 70 намагничивается только комплект 37, иными словами, комплект намагничивается отдельно от сердечника 20 или от опоры, в которой установлен комплект 37.

Комплект единичных элементов 37, составленный таким образом, образует единое соединение (без дефектов) постоянных магнитов, которые отделены один от другого вставленными между ними изолирующими листами.

Поскольку комплект 37 составляет только часть полюса 2, который проходит в соответствии с шириной полюса, размер комплекта достаточно небольшой для того, чтобы его можно было намагнитить коммерчески доступным устройством для намагничивания.

Во время этапа 71 изолирующий лист 32 приклеивается к дну 34 углубления 22. На этапе 72 изолирующий лист 32 приклеивается к плоской поверхности 58 уже намагниченного комплекта 37. Комплект 37 размещается таким образом, что его продольная поверхность 60 является боковой поверхностью магнитного полюса 2.

Высота комплекта 37 соответствует глубине углублений 22, 24, поэтому обработанная поверхность 56 имеет цилиндрическую форму, соответствующую цилиндрической форме сердечника 20.

В дальнейшем этапы от 36 до 72 повторяются в том же порядке для создания и закрепления трех других намагниченных комплектов 74, 76, 78 в углублении 22 со вставленным изолирующим листом 32. Намагниченные комплекты 37, 74, 76, 78 формируют вместе магнитный полюс 2.

Комплекты 37, 74, 76 и 78, закрепленные в углублениях 22, все имеют одинаковые полярности.

В дальнейшем четыре намагниченных комплекта, имеющие противоположные полярности, устанавливаются и соединяются склеиванием в углубление 24 с введением между ними примыкающего к углублению 24 изолирующего листа 32, что создает новый магнитный полюс 4.

Когда во время этапа 75 блок магнитных полюсов устанавливается на сердечнике 20, к ротору (6), который снабжен магнитными полюсами, изготовленными вышеуказанным способом, приклеивается изолирующий лист 32. Этот лист предотвращает короткое замыкание между полюсами.

В завершение фиксирующее кольцо 79 для удерживания магнитных полюсов 2, 4 устанавливается на них во время этапа 80.

Фиксирующее кольцо изготовлено из композитного материала, как, например, стекла, углеродного и арамидного волокна, известного, как Kevlar (зарегистрированный товарный знак).

Изолирующий лист 32 приклеивается к блоку магнитных полюсов на этапе 75 только в том случае, когда фиксирующее кольцо изготовлено из неизолирующего материала обычно углеродного волокна.

Как вариант, углубления 22 и 24 имеют малую глубину от 1 до 2 мм, и межполюсные блоки размещаются между каждым магнитным полюсом.

Как вариант, изолирующий лист 32 может быть заменен на клей с наполнителем в виде твердых частиц, не обладающих электропроводностью, или на клей с наполнителем из волокон, не обладающих электропроводностью.

Изолирующий лист 32, вставленный между намагниченными комплектами 74, 76, 78, может быть выполнен из материала, отличного от материала изолирующего листа 32, который установлен между единичными элементами 38, 40.

Как вариант, изолирующий лист 32 не приклеивается к ротору 6, а вместо этого приклеивается к каждому магнитному полюсу 2, 4,

Как вариант, единичные элементы 38, 40 могут иметь разную высоту, чтобы уменьшить количество материала, удаляемого во время этапа механической обработки 68.

В другом варианте единичные элементы имеют разные высоты, и каждый имеет основную поверхность 42, которая формирует участок цилиндрической поверхности, и отпадает необходимость в механической обработке основной поверхности 56 комплекта 37 единичных элементов.

В другом варианте единичные элементы имеют форму параллелепипеда, с основной поверхностью, имеющей ширину и длину, равную аналогичным размерам магнитного полюса, но имеют высоту, меньшую, чем у полюса. В этом случае магнитный полюс формируется укладкой в стопку единичных элементов по оси ротора.

Преимуществом является то, что окружающий изолирующий лист 32 облегчает монтаж фиксирующего кольца 79.

Преимуществом является то, что способ применим для создания любого ротора вращающейся синхронной электрической машины, в которой необходимо уменьшить электрические потери, являющиеся результатом вихревых токов, индуцируемых магнитными потоками, проходящими между статором и ротором.

В частности, способ согласно изобретению может быть использован для создания роторов электродвигателей, диаметр ротора которых больше 100 мм, или для мощных электродвигателей (мощность более 50 кВт).

Преимуществом является то, что просто выполнять склеивание единичных элементов 38 и 40 друг с другом до того, как они будут намагничены. Таким образом, сборка магнитного полюса упрощается и ускоряется.

Преимуществом является скрепление единичных элементов друг с другом по всей поверхности так, что они образуют моноблок без зазоров или щелей между единичными элементами. Магнитный полюс, изготовленный таким образом, лучше, противостоит механическим воздействиям при вращении ротора.

Преимуществом является то, что внешняя поверхность магнитного полюса 2, изготовленного таким образом, является полностью цилиндрической.

Преимуществом является то, что этот способ сборки удешевляет изготовление роторов.

Изобретение также относится к электродвигателю, который содержит ротор, как показано на фиг.1 и 2, сердечник 20, на котором магнитные полюса выполнены в соответствии с описанным выше способом.

Изобретение относится к способу сборки, по меньшей мере, одного магнитного полюса ротора двигателя вращающейся синхронной электрической машины из единичных элементов, причем ротор содержит сердечник. Способ включает следующие последовательные этапы: а) формируют (36) комплект путем прикрепления друг к другу, по меньшей мере, двух единичных элементов, с электроизоляцией между указанными элементами, причем единичные элементы являются намагничиваемыми; b) механически обрабатывают (68) основную поверхность комплекта единичных элементов для образования цилиндрической поверхности, радиус которой по существу равен радиусу сердечника. Намагничивают (70) намагничиваемый комплект; с) устанавливают (72) намагниченные комплекты на сердечнике, при этом указанный намагниченный комплект образует, по меньшей мере, часть магнитного полюса. Ротор содержит сердечник, по меньшей мере, один магнитный полюс установлен на сердечнике посредством указанного способа. Техническим результатом является возможность противостояния механическим воздействиям магнитного полюса при вращении ротора. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ сборки, по меньшей мере, одного магнитного полюса (2, 4) ротора (6) для вращающейся синхронной электрической машины (8) из единичных элементов (38, 40), причем ротор (6) содержит сердечник (20), имеющий цилиндрическую внешнюю поверхность заданного радиуса (R), характеризующийся тем, что включает последовательные этапы, на которых:
a) формируют (36) комплект (37, 74, 76, 78) из единичных элементов в форме прямоугольного параллелепипеда посредством прикрепления друг к другу, по меньшей мере, двух единичных элементов (38, 40) с размещением между ними электрического изолятора (32), при этом указанные единичные элементы (38, 40) являются намагничиваемыми,
b) механически обрабатывают (68) основную поверхность (56) комплекта (37, 74, 76, 78) единичных элементов для образования цилиндрической поверхности, радиус которой, по существу, равен радиусу (R) сердечника (20),
c) намагничивают (70) комплект единичных элементов (37, 74, 76, 78),
d) устанавливают (72) комплект (37, 74, 76, 78) единичных элементов на сердечнике (20), при этом указанный комплект (37, 74, 76, 78) единичных элементов составляет, по меньшей мере, часть магнитного полюса.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что цилиндрическая поверхность (56) имеет ось (Х-Х) цилиндра, причем ось (Х-Х) перпендикулярна продольным поверхностям (60, 62) комплекта (37, 74, 76, 78) единичных элементов и параллельна боковым поверхностям (64, 66) комплекта (37, 74, 76, 78) единичных элементов.

3. Способ по п.1 или 2, характеризующийся тем, что единичные элементы (38, 40), прикрепляют друг к другу с помощью клея, при этом электрическим изолятором (32) является электроизолирующий лист.

4. Способ по п.1 или 2, характеризующийся тем, что единичные элементы (38, 40) прикрепляют друг к другу клеем, наполненным твердыми частицами, или клеем, наполненным волокнами из непроводящего материала, при этом указанный клей образует электрический изолятор (32).

5. Способ по п.1 или 2, характеризующийся тем, что этапы от а) до d) повторяют для получения множества комплектов (37, 74, 76, 78) единичных элементов, причем указанные комплекты (37, 74, 76, 78) устанавливают на сердечнике (20) один за другим с расположением между ними электроизолятора (32), при этом продольная поверхность (60, 62) комплекта (37, 74, 76, 78) единичных элементов образует боковую поверхность магнитного полюса (2, 4).

6. Способ по п.1 или 2, характеризующийся тем, что содержит этап (71), на котором закрепляют электроизолятор (32) на сердечнике (20), при этом электроизолятор (32) расположен между сердечником (20) и указанными комплектами (37, 74, 76, 78) единичных элементов.

7. Способ по п.1 или 2, характеризующийся тем, что содержит этап (75), на котором закрепляют электроизолятор (32) на цилиндрической поверхности (56) комплектов (37, 74, 76, 73) единичных элементов.

8. Способ по п.1 или 2, характеризующийся тем, что комплект (37, 74, 76, 78) единичных элементов содержит от 1 до 20 единичных элементов (38, 40).

9. Ротор (6) вращающейся синхронной электрической машины (8), содержащий сердечник (20), характеризующийся тем, что, по меньшей мере, один магнитный полюс (2, 4) установлен на сердечнике (20) посредством способа по любому из пп.1-8.

10. Ротор (6) по п.9, характеризующийся тем, что сердечник (20) содержит углубления (22, 24) с плоскими донными поверхностями (34), при этом комплект (37, 74, 76, 78) единичных элементов прикреплен к указанной донной поверхности (34).