РОТОР ДЛЯ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, ВРАЩАЮЩАЯСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РОТОРА ДЛЯ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 2015 года по МПК H02K1/27 H02K21/02 H02K21/12 

Область техники

Настоящее изобретение относится к роторам вращающихся электрических машин, самим вращающимся электрическим машинам и способам изготовления роторов вращающихся электрических машин, в частности к ротору вращающейся электрической машины или аналогичному ротору со встроенным постоянным магнитом.

Предшествующий уровень техники

Обычно известны роторы, включающие в себя встроенный постоянный магнит, для вращающихся электрических машин, таких, как электродвигатели и генераторы мощности. Ротор этого типа также называют «ротором с внутренними постоянными магнитами (ВПМ)». В таком роторе с ВПМ, сердечник ротора, сформированный из цилиндрического магнитного тела, включает в себя отверстие для вставки магнита, которое проходит в осевом направлении около внутренней стороны внешней окружной поверхности сердечника ротора. Постоянный магнит вставлен в отверстие для вставки магнита и приклеен с помощью полимерного материала.

Ротор с ВПМ описан, например, в документе JP 2011-4529 A (патентный документ 1). В этом роторе, цилиндрический сердечник ротора, в котором внутренне наслоены электромагнитные стальные пластины 1, включает в себя вставленный постоянный магнит, образующий магнитные полюса. На соответствующих торцах сердечника ротора предусмотрены две торцевые пластины. Сердечник ротора и магнит скреплены этими торцевыми пластинами. Каждая из торцевых пластин снабжена запорными участками, которые загнуты на внешнем ободе. Запорные участки зажимают часть боковой поверхности сердечника ротора. В описании сказано, что этот ротор способствует достижению высокопрочной конструкции и эффективно подавляет поток утечки из постоянного магнита.

В документе JP 2010-183692 A (патентный документ 2) описан магнит электродвигателя, который вставлен в паз, предусмотренный в направлении, идущем вдоль осевого направления ротора. Этот магнит электродвигателя сформирован из двух или более сегментных магнитов, которые послойно уложены в осевом направлении ротора. Вокруг каждого из сегментных магнитов посредством окисления этих сегментных магнитов сформирована оксидная пленка.

Кроме того, в документе JP 2005-94845 A (патентный документ 3) описан ротор вращающейся электрической машины с постоянным магнитом, в которой постоянный магнит вставлен и закреплен в отверстии для вставки магнита железного сердечника ротора, сформированного путем наслаивания многочисленных кольцевых железных пластинчатых элементов ротора. В описании сказано, что постоянный магнит сформирован из двух или более одиночных магнитов, которые выровнены в соответствии с осевым направлением и покрыты полимером для придания формы стержня.

Патентные документы

Патентный документ 1: JP 2011-4529 A

Патентный документ 2: JP 2010-183692 A

Патентный документ 3: JP 2005-94845 A

Краткое изложение существа изобретения

В постоянном магните, вставленном в сердечник ротора в роторе с ВПМ, описанном в вышеупомянутом патентном документе 1, обработку изолирующей пленкой можно осуществить с помощью оксидной пленки, полимерного покрытия или аналогичного средства, как описано в вышеупомянутых патентных документах 2 и 3.

Причина заключается в том, что такая обработка изолирующей пленкой эффективна при повышении выдаваемой мощности электродвигателя путем подавления потерь от вихревого тока через магнит, которые увеличиваются по мере увеличения вихревого тока, текущего в осевом направлении ротора по поверхности и внутри постоянного магнита, даже если стальные пластины изолированы друг от друга, когда проводящий постоянный магнит контактирует непосредственно с сердечником ротора, выполненном из слоистого материала, состоящего из стальных пластин.

Однако для того, чтобы вырастить или сформировать на поверхности постоянного магнита оксидную пленку, имеющую желаемую толщину, нужно дать постоянному магниту отстояться в течение двух суток, например, в некоторой конкретной атмосфере (см. патентный документ 2). Поэтому не удастся избежать роста стоимости из-за более длительного периода изготовления постоянного магнита.

Кроме того, как описано в вышеупомянутом патентном документе 3, когда вокруг постоянного магнита заранее формируют полимерное покрытие, помимо увеличения стоимости изготовления постоянного магнита, из-за увеличившегося зазора между постоянным магнитом и сердечником ротора понижается выходной крутящий момент.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы разработать ротор вращающейся электрической машины, саму вращающуюся электрическую машину и способ изготовления ротора вращающейся электрической машины, которые смогут подавить увеличение потерь от вихревого тока через магнит при одновременном исключении потребности в обработке изолирующей пленкой на поверхности магнита.

Ротор вращающейся электрической машины, в соответствии с настоящим изобретением, представляет собой ротор вращающейся электрической машины со встроенным магнитом. Ротор вращающейся электрической машины включает в себя сердечник ротора с отверстием для вставки магнита, проходящим внутри; магнит, вставленный в отверстие для вставки магнита; и изолирующий наполнитель, которым заполнено пространство между внутренней стенкой отверстия для вставки магнита и магнитом, для закрепления магнита; при этом магнит закреплен наполнителем так, что поверхность магнита внутри отверстия для вставки магнита наклонена относительно направления прохождения внутренней стенки отверстия для вставки магнита.

В роторе вращающейся электрической машины, в соответствии с настоящим изобретением, отверстие для вставки магнита может быть сформировано вдоль осевого направления сердечника ротора; магнит может иметь осевое сечение в форме удлиненного четырехугольника; и магнит может контактировать с внутренней стенкой отверстия для вставки магнита в углу на одной осевой торцевой стороне и в другом углу на другой осевой торцевой стороне, диаметрально противоположном углу на упомянутой одной осевой торцевой стороне.

В этом случае, магнит также может иметь осевое сечение в форме параллелограмма и поверхности осевых торцов, которые располагаются заподлицо с поверхностями осевых торцов сердечника ротора. В альтернативном варианте, магнит может иметь осевое сечение прямоугольной формы.

В роторе вращающейся электрической машины, в соответствии с настоящим изобретением, магнит может быть сегментирован на множество магнитных деталей, а пространство между каждыми из деталей магнита полностью заполнено наполнителем в дополнение к тому, который находится между внутренней стенкой отверстия для вставки магнита и магнитом.

Вращающаяся электрическая машина, в соответствии с другим аспектом данного изобретения, снабжена ротором, имеющим любую из вышеупомянутых конструкций, и статор, расположенный вокруг ротора.

Способ изготовления ротора вращающейся электрической машины, в соответствии с еще одним аспектом данного изобретения, представляет собой способ изготовления ротора вращающейся электрической машины со встроенным магнитом, заключающийся в том, что: подготавливают магнит и сердечник ротора с отверстием для вставки магнита, проходящим внутри; вставляют магнит в отверстие для вставки магнита; позиционируют в пресс-форме сердечник ротора со вставленным внутрь магнитом; удерживают магнит с помощью участка пресс-формы так, что поверхность магнита внутри отверстия для вставки магнита оказывается наклоненной относительно направления прохождения внутренней стенки отверстия для вставки магнита; наполняют изолирующим наполнителем пространство между внутренней стенкой отверстия для вставки магнита и магнитом через входное отверстие, предусмотренное посредством пресс-формы, для прикрепления магнита к сердечнику ротора; и осуществляют сборку сердечника ротора с валом, при этом магнит оказывается закрепленным посредством наполнителя.

При осуществлении способа изготовления ротора вращающейся электрической машины, в соответствии с настоящим изобретением, магнит может иметь осевое сечение в форме параллелограмма и поверхности осевых торцов, которые могут располагаться заподлицо с поверхностями осевых торцов сердечника ротора, а при удержании плоские внутренние боковые поверхности пресс-формы могут упираться в поверхности осевых торцов сердечника ротора и поверхности осевых торцов магнита, так что магнит можно удерживать в наклонном положении внутри отверстия для вставки магнита.

Кроме того, при осуществлении способа изготовления ротора вращающейся электрической машины, в соответствии с настоящим изобретением, магнит может иметь осевое сечение прямоугольной формы, а при удержании наклонные поверхности выступающих участков, которые выступают на внутренних боковых поверхностях пресс-формы, могут упираться в поверхности осевых торцов магнита и оказывать нажим на магнит в осевом направлении, так что магнит можно удерживать в наклонном положении внутри отверстия для вставки магнита.

Кроме того, при осуществлении способа изготовления ротора вращающейся электрической машины, в соответствии с настоящим изобретением, магнит может иметь осевое сечение прямоугольной формы, а при удержании наклонные поверхности выступающих участков, которые упруго обеспечены пресс-формой и выполнены с возможностью двигаться вперед и назад, могут упираться в осевые торцевые участки магнита и оказывать нажим на осевой торцевой участок магнита в направлении, по существу, перпендикулярном осевому направлению, так что магнит можно удерживать в наклонном положении внутри отверстия для вставки магнита.

В соответствии с ротором вращающейся электрической машины согласно данному изобретению, площадь контакта между магнитом и сердечником ротора минимизируют, размещая магнит так, что поверхность магнита оказывается наклоненной относительно направления прохождения внутренней стенки отверстия для вставки магнита. Таким образом, даже при отсутствии изолирующей пленки, сформированной на поверхности магнита, можно избежать увеличения длины пути в форме замкнутого контура, по которому вихревой ток течет в сердечник ротора через магнит. Поэтому становится возможным подавление потерь от вихревого тока через магнит при одновременном исключении потребности в изолирующей пленке на поверхности магнита.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показано сечение вдоль осевого направления ротора вращающейся электрической машины, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 2 показана поверхность осевого торца сердечника ротора, показанного на фиг. 1.

На фиг. 3 показан в увеличенном масштабе вид одного магнитного полюса сердечника ротора, показанного на фиг. 2.

На фиг. 4 показано сечение, проведенное по линии A-A, представленной на фиг. 3.

На фиг. 5 показано сечение, аналогичное фиг. 4, с примером постоянного магнита, имеющего осевое сечение прямоугольной формы.

На фиг. 6 показана условная схема, описывающая, как вихревой ток течет в магнитных стальных пластинах, образующих вращающийся сердечник, через поверхность постоянного магнита, на котором не проведена обработка изолирующей пленкой.

На фиг. 7 показана блок-схема последовательности операций, описывающая способ изготовления ротора вращающейся электрической машины, в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления.

На фиг. 8 показан вид, согласно которому постоянный магнит, имеющий осевое сечение в форме параллелограмма, удерживается в наклонном положении внутри отверстия для вставки магнита сердечника ротора посредством пресс-формы.

На фиг. 9 показан вид, согласно которому постоянный магнит, имеющий осевое сечение в форме прямоугольника, удерживается в наклонном положении внутри отверстия для вставки магнита сердечника ротора посредством пресс-формы.

На фиг. 10 показан еще один пример, в котором постоянный магнит, имеющий осевое сечение в форме прямоугольника, удерживается в наклонном положении внутри отверстия для вставки магнита сердечника ротора посредством пресс-формы.

На фиг. 11 показан вид, аналогичный фиг. 3, с вариантом ротора вращающейся электрической машины настоящим в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 12 показан вид, аналогичный фиг. 3, с еще одним вариантом ротора вращающейся электрической машины, в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 13 показан вид, аналогичный фиг. 9, с сердечником ротора согласно варианту, показанному на фиг. 12, установленным в пресс-форме.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Ниже, со ссылками на прилагаемые чертежи, приводится описание вариантов осуществления, в соответствии с настоящим изобретением (именуемых далее «вариантами осуществления»). В описании, конкретные формы, материалы, позиции, направления и т.п. представлены просто в качестве примеров, чтобы облегчить понимание данного изобретения, и могут быть надлежащим образом изменены в соответствии с приложениями, назначениями и техническими характеристиками. С самого начала предполагается, что нижеследующее описание охватывает два или более вариантов осуществления и разновидностей, причем описываемые признаки этих вариантов осуществления можно будет надлежащим образом объединять для использования.

На фиг. 1 представлено сечение вдоль осевого направления ротора 10 вращающейся электрической машины, в соответствии с одним вариантом осуществления данного изобретения (именуемого далее просто «ротором»). Вокруг ротора 10 расположен цилиндрический статор 11 с заранее определенным зазором между ними, и они составляют вращающуюся электрическую машину. На внутренней окружности статора 11 предусмотрены для или более зубцов с одинаковыми промежутками между ними, так что эти зубцы выступают внутрь в радиальном направлении. Между соседними зубцами на внутренней окружной стороне и на обоих осевых торцах предусмотрены открытые пазы в таком же количестве, что и зубцы. В пазах вокруг зубцов уложены обмотки статора (не показаны). Таким образом, когда на обмотки статора подают электропитание, на внутренней стороне статора 11 образуется вращающееся магнитное поле, которое вращает ротор 10.

Ротор 10 снабжен цилиндрическим сердечником 12 ротора, имеющим: отверстие 23 под вал в радиальном центре; вал 14, который закреплен так, что пронизывает отверстие 23 под вал сердечника 12 ротора; торцевые пластины 16, введенные в контакт с обеими сторонами сердечника 12 ротора в осевом направлении (показанном стрелкой X) вала 14 (и сердечника 12 ротора); и крепежный элемент 18, который крепит сердечник 12 ротора и торцевые пластины 16 к валу 14.

Сердечник 12 ротора сформирован из многих электромагнитных стальных пластин, наслоенных в осевом направлении. Каждая из электромагнитных стальных пластин изготовлена путем вырезания кольцевой пластины из пластин кремнистой стали или аналогичных заготовок, имеющих толщину, например, 0,3 мм. Электромагнитные стальные пластины, образующие сердечник 12 ротора, связаны воедино таким способом, как опрессовывание, склеивание и сваривание в блоки, причем сердечник 12 сегментирован на два или более блоков в осевом направлении, или электромагнитные стальные пластины, образующие сердечник 12 ротора, сочленены друг с другом как единое целое. Каждая из электромагнитных стальных пластин, образующих сердечник 12 ротора, электрически изолирована от других посредством изолирующей пленки, сформированной на поверхности стальной пластины.

Кроме того, на одинаковых расстояниях друг от друга в окружном направлении сердечника 12 ротора находятся два или более магнитных полюсов 24 (см. фиг. 2). Каждый из магнитных полюсов 24 включает в себя пару постоянных магнитов, подробно описываемых ниже. Кроме того, сердечник 12 ротора размещен в заранее определенном окружном положении на валу 14 посредством посадки с натягом или шпоночной посадки.

Кроме того, наряду с вариантом осуществления с наслаиванием электромагнитных стальных пластин, сердечник 12 ротора может быть сформирован из прессованного порошкового магнитного сердечника, выполненного из магнитного порошка, такого, как порошок магнитомягкого металла или порошок магнитомягкого оксида металла, причем оба они покрыты полимерным связующим, таким, как кремнийорганическая смола. Порошок магнитомягкого металла может включать в себя железо, сплав на основе железа и кремния, сплав на основе железа и азота, сплав на основе железа и углерода, сплав на основе железа и бора, сплав на основе железа и кобальта, сплав на основе железа и фосфора, сплав на основе железа, никеля и кобальта и сплав на основе железа, алюминия и кремния.

Вал 14 сформирован, например, из круглого стального стержня. Вдоль внешней окружности сформирован фланцевый участок 15, который выступает в радиальном направлении. Когда ротор 10 собран, этот фланцевый участок 15 упирается в одну из торцевых пластин 16 и функционирует как упирающийся участок, который определяет положение сердечника 12 ротора на валу 14 в осевом направлении.

Каждая из торцевых пластин 16 сформирована из круглой пластины, имеющей внешнюю форму, почти идентичную поверхности осевого торца сердечника 12 ротора. Торцевые пластины 16 предпочтительно сформированы из немагнитного металлического материала, такого, как алюминий и медь. Причина использования немагнитного металлического материала заключается в подавлении короткого замыкания магнитного потока на участках осевых торцов постоянного магнита, образующих магнитный полюс. Вместе с тем, поскольку материал не ограничивается металлическим материалом при условии, что этот материал является немагнитным, торцевые пластины 16 могут быть выполнены из полимера. Кроме того, делая торцевые пластины 16 меньшими, чем сердечник 12 ротора, или исключая торцевые пластины 16, можно уменьшить стоимость.

Крепежный элемент 18 включает в себя цилиндрический крепежный участок 20, который крепится к валу 14, и кольцевой прижимной участок 22, который выступает наружу в радиальном направлении от одной торцевой части фиксирующего участка 20. Крепежный элемент 18 закреплен на валу 14 так, что сердечник 12 ротора и обе торцевые пластины 16 прижаты к фланцевому участку 15 прижимным участком 22, при этом крепежный участок 20 прикреплен к валу 14 посредством такого способа крепления, как опрессовывание, сварка или привинчивание. Таким образом, сердечник 12 ротора прикреплен к валу 14 вместе с торцевыми пластинами 16.

Далее, со ссылками на фиг. 2, 3 и 4, приводится описание структуры сердечника 12 ротора. Хотя на фиг. 2 показана поверхность осевого торца сердечника 12 ротора, сечение сердечника 12 ротора по вертикали к осевому направлению имеет ту же самую структуру. На фиг. 3 показан в увеличенном масштабе вид одного из полюсов 24 магнита, показанных на фиг. 2. Кроме того, на фиг. 4 представлено сечение, проведенное вдоль линии A-A, показанной на фиг. 3.

В центре сердечника 12 ротора, имеющего цилиндрическую внешнюю форму, предусмотрено отверстие 23 под вал, которое пронизывает сердечник 12 ротора насквозь и посредством которого вал 14 вставлен и закреплен. Когда сердечник 12 ротора крепят к валу 14 посредством посадки с натягом, отверстие 23 под вал имеет круглую форму, а шпонки на краевом участке не предусмотрены, как показано на фиг. 2. Наоборот, когда сердечник 12 ротора установлен на валу 14 посредством шпоночной посадки, предусматриваются шпонки (или шпоночные канавки), выступающие (или заглубленные) на краевом участке отверстия 23 под вал.

По внешней окружности сердечника 12 ротора предусмотрены два или более магнитных полюсов 24 с одинаковыми интервалами между ними. В данном варианте осуществления показаны в качестве примера восемь магнитных полюсов 24, которые расположены через интервалы 45 градусов в окружном направлении. Поскольку каждый магнитный полюс 24 имеет идентичную структуру за исключением направления намагничивания постоянного магнита 26, ниже приводится описание одного магнитного полюса 24.

Каждый магнитный полюс 24 включает в себя пару постоянных магнитов 26. Каждая пара постоянных магнитов 26 внедрена внутрь сердечника 12 ротора в положении, находящемся около внешней окружной поверхности 13. Как показано на фиг. 3, два постоянных магнита 26, входящие в состав в каждого магнитного полюса 24, имеют идентичные размеры и форму. В частности, каждый постоянный магнит 26 имеет поверхность (и поперечное сечение) осевого торца в форме удлиненного прямоугольника с двумя короткими боковыми сторонами и двумя длинными боковыми сторонами. Постоянный магнит 26 сформирован имеющим, по существу, такую же длину, как сердечник 12 ротора в осевом направлении. Вместе с тем, форма и размер постоянного магнита 26 не ограничиваются вышеописанными компоновками, и каждый постоянный магнит может иметь другие формы и размеры.

Каждый из пары постоянных магнитов 26 в каждом из магнитных полюсов 24 вставлен и закреплен в отверстии 32 для вставки магнита. Два постоянных магнита 26 расположены, по существу, в V-образном проеме, обращенном к внешней окружной поверхности 13 сердечника 12 ротора. Каждая пара постоянных магнитов 26 расположена симметрично вокруг центральной линии С магнитного полюса, которая является линией, проведенной в радиальном направлении, проходящем через центр окружности магнитного полюса. Однако расположение пары постоянных магнитов 26 не ограничивается этим расположением, и каждая пара постоянных магнитов 26 может быть расположена асимметрично вокруг центральной линии С магнитного полюса.

Для каждого из постоянных магнитом 26, соответствующих данному варианту осуществления, на одной из двух поверхностей длинных сторон, которая находится на внешней стороне в радиальном направлении, намагничиванием наводится первая полярность, а на другой поверхности длинной стороны, которая находится на внутренней стороне в радиальном направлении, намагничиванием наводится вторая полярность, которая отличается от первой полярности. В частности, у одной пары постоянных магнитов 26, входящей в состав одного магнитного полюса 24, намагничиванием сформирован полюс N на одной поверхности стороны, которая находится на внешней стороне в радиальном направлении, а на поверхности другой стороны намагничиванием сформирован полюс S. В отличие от этого, в другой паре постоянных магнитов 26 магнитных полюсов 24, которая находится рядом с упомянутой парой постоянных магнитов 26 вдоль окружного направления, полюс S сформирован намагничиванием на одной поверхности стороны, которая находится на внешней стороне в радиальном направлении, а полюс N сформирован намагничиванием на другой поверхности стороны. Поэтому направление намагничивания в постоянных магнитах 26 проходит по всей толщине в направлении, перпендикулярном поверхностям обеих длинных сторон, а поверхности обеих коротких сторон расположены вдоль направления намагничивания.

Отверстие 32 для вставки магнита, в которое вставлен постоянный магнит 26, включает в себя участок 33с, окаймляющий магнит, для окаймления постоянного магнита 26. Участку 33с, окаймляющему магнит, придана такая структура, что он имеет прямоугольную форму, по существу, идентичную сечению постоянного магнита 26, но несколько большую. Кроме того, на обоих окружных концах отверстия 32 для вставки магнита сформированы карманные участки 33a, 33b, так что эти карманные участки 33a, 33b проходят наружу от поверхностей коротких сторон постоянного магнита 26, сообщаясь с участком 33с, окаймляющим магнит. Карманные участки 33a, 33b сформированы более узкими, чем постоянный магнит 26, чтобы предотвратить вхождение постоянного магнита 26 в карманные участки 33a, 33b.

Как показано на фиг. 4, постоянный магнит 26 имеет осевое сечение в форме удлиненного четырехугольника. Более конкретно, постоянный магнит 26 имеет осевое сечение в форме удлиненного параллелограмма. Отверстие 32 для вставки магнита сформировано вдоль осевого направления сердечника 12 ротора, так что внутри него заключено прямоугольное пространство, проходящее в осевом направлении. Постоянный магнит 26 расположен в положении, в котором поверхности 26a, 26b длинных сторон (поверхности магнита) внутри отверстия 32 для вставки магнита наклонены относительно внутренней стенки отверстия 32 для вставки магнита, которая расположена параллельно осевому направлению.

Поскольку постоянный магнит 26 сформирован имеющим осевую длину, по существу, равную осевой длине сердечника 12 ротора, поверхности 26c, 26d осевых торцов оказываются, по существу, заподлицо с обеими поверхностями осевых торцов сердечника 12 ротора. Кроме того, угловой участок 27a на одной осевой торцевой стороне (верхней на фиг. 4) постоянного магнита 26 и другой угловой участок 27b на другой осевой торцевой стороне (нижней на фиг. 4), который диагонально противоположен угловому участку 27a, контактируют с внутренней стенкой отверстия 32 для вставки магнита, то есть, отверстия сердечника 12 ротора. Следует отметить, что угловой участок 27а в постоянном магните 26 является краевым участком, ограниченным поверхностью 26b длинной стороны и поверхностью 26 осевого торца, а угловой участок 27b является краевым участком, ограниченным поверхностью 26а длинной стороны и поверхностью 26d осевого торца.

Как описано выше, между поверхностями 26a, 26b длинных сторон постоянного магнита 26, который размещен в наклонном положении внутри отверстия 32 для вставки магнита, и внутренней стенкой отверстия 32 для вставки магнита, соответственно образованы пространства, имеющие форму конуса, проходящие в осевом направлении. Такое пространство заполнено изолирующим наполнителем 34, вследствие чего постоянный магнит 26 оказывается закрепленным внутри отверстия 32 для вставки магнита.

В качестве наполнителя 34 предпочтительно используют полимерный материал, обладающий свойством термореактивности, такой, как эпоксидная смола и кремнийорганическая смола. Однако наполнитель 34 не ограничивается таким полимерным материалом, и в качестве наполнителя 34 можно использовать термопластичный полимерный материал. Кроме того, для подавления роста температуры постоянного магнита 26 путем повышения теплопроводности сердечника 12 ротора, можно смешивать с наполнителем 34 наполнитель, обладающий высокой теплопроводностью (такой, как наполнитель в виде диоксида кремния). Для подавления снижения магнитного потока из постоянного магнита 26 путем повышения магнитной проницаемости наполнителя 34, можно смешивать с наполнителем 34 наполнитель, обладающий высокой магнитной проницаемостью (например, железные опилки).

Хотя пространство между поверхностями 26a, 26b длинных сторон постоянного магнита 26 и внутренней стенкой отверстия 32 для вставки магнита предпочтительно заполнять наполнителем 34 без зазоров, при заполнении все же можно оставлять некоторый зазор при условии, что достигается достаточная прочность сцепления постоянного магнита 26 с сердечником 12 ротора.

Как показано на фиг. 3, изолирующим наполнителем 34 также заполняют карманные участки 33a, 33b отверстия 32 для вставки магнита. Таким образом, можно предположить, что карманные участки 33a, 33b отверстия 32 для вставки магнита являются областью, обладающей относительно низкой магнитной проницаемостью.

За счет обеспечения области, обладающей такой низкой магнитной проницаемостью и обращенной к поверхностям коротких сторон, которые расположены вдоль направления намагничивания, появляется возможность эффективно подавлять рассеяние магнитного потока и короткое замыкание между передней и задней поверхностями на окружных торцевых участках постоянного магнита 26. Таким образом, можно подавить снижение величины потока, направляемого из постоянного магнита 26 к внешней окружности ротора, достигая повышенной выдаваемой мощности электродвигателя.

Хотя постоянный магнит 26 описан как имеющий осевое сечение в форме параллелограмма, форма постоянного магнита этой формой не ограничивается. Как показано на фиг. 5, можно использовать постоянный магнит 26, имеющий осевое сечение в форме прямоугольника. За счет придания такой формы постоянному магниту 26, когда постоянные магниты изготавливают путем вырезания из блоков магнитного материала, становится возможным повышение выхода пригодной продукции с достижением меньших производственных затрат.

На фиг. 6 показан вид, где постоянный магнит 26 обладающий проводимостью и не подвергнутый обработке изолирующей пленкой, закреплен так, что вступает в контакт с внутренней стенкой отверстия 32 для вставки магнита на одной стороне. В этом случае, как показано в области В, окаймленной штрихпунктирной линией на фиг. 6, поверхность 26b контакта между постоянным магнитом 26 и сердечником 12 ротора становится проводящей с помощью многих наслоенных электромагнитных стальных пластин, изолированных друг от друга, что приводит к большому пути - в форме замкнутого контура - вихревого тока, который течет через поверхность 26a магнита. Это увеличивает потери ротора, который вращается в магнитном поле, от вихревого тока, понижая номинальную эффективность по крутящему моменту во вращающейся электрической машине.

В отличие от этого, поскольку - согласно вышеописанному ротору - постоянный магнит 26 предусмотрен в наклонном положении относительно направления прохождения внутренней стенки отверстия 32 для вставки магнита, участок контакта между постоянным магнитом 26 и сердечником 12 ротора можно ограничить малой областью, которая является угловым участком 27a на одной осевой торцевой стороне и угловым участком 27b на другой осевой торцевой стороне.

Более конкретно, участок контакта между постоянным магнитом 26 и сердечником 12 ротора можно ограничить, например, пластинами в количестве, скажем, двух или более - на обоих осевых торцах - среди электромагнитных стальных пластин, образующих сердечник 12 ротора. Таким образом, даже тогда, когда на поверхности постоянного магнита 26 не сформирована изолирующая пленка, появляется возможность избежать образования большого пути, имеющего форму замкнутого контура, вихревого тока, по которому вихревой ток течет в сердечник 12 ротора через постоянный магнит 26.

Следовательно, оказывается возможным подавление увеличения потерь от вихревого тока через постоянный магнит 26 с одновременным исключением потребности в обработке изолирующей пленкой на постоянном магните 26.

Кроме того, поскольку появляется возможность использовать постоянный магнит 26 без обработки изолирующей пленкой, такой, как оксидное покрытие и полимерное покрытие, можно достичь снижения затрат ввиду уменьшенного периода изготовления и меньшего количества процессов, требуемых для изготовления постоянного магнита 26.

Далее, со ссылками на фиг. 7, описывается способ изготовления ротора 10, соответствующий данному варианту осуществления. На фиг. 7 представлена блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая процесс изготовления ротора.

Сначала, на этапе S10, подготавливают постоянные магниты 26 и сердечник 12 ротора, в котором сформированы отверстия 32 для вставки магнитов.

Затем, на этапе S12, вставляют - с осевого направления - постоянные магниты 26 в отверстия 32 для вставки магнитов сердечника 12 ротора.

На этапе S14, как показано на фиг. 8, устанавливают сердечник 12 ротора со вставленными постоянными магнитами 26 внутри пресс-формы 40.

Каждый из верхнего штампа 42 и нижнего штампа 44, образующих пресс-форму 40, включает в себя плоскую поверхность внутренней стороны, образующую широкую поверхность, контактирующую с поверхностями осевых торцов сердечника 12 ротора. Поскольку поверхности 26с, 26d осевых торцов постоянного магнита 26, располагающиеся заподлицо с поверхностями осевых торцов ротора, контактируют с внутренними поверхностями верхнего штампа 42 и нижнего штампа 44, постоянный магнит 26 удерживается в наклонном положении внутри отверстия 32 для вставки магнита сердечника 12 ротора на последующем этапе S16.

Затем, на этапе S18, в пресс-форму из входного отверстия 43, сформированного в верхнем штампе 42 пресс-формы 40, нагнетают полимерный материал, заполняющий карманные участки 33a, 33b отверстия 32 для вставки магнита и зазор между поверхностями 26a, 26b длинных сторон постоянного магнита 26 и внутренней стенкой отверстия 32 для вставки магнита. Таким образом, постоянный магнит 26 крепится в отверстии 32 для вставки магнита сердечника 12 ротора.

Сердечник 12 ротора, в котором закреплен постоянный магнит 26, как описано выше, извлекают из пресс-формы 40. На последующем этапе S20, сердечник 12 ротора собирают с валом 14, торцевыми пластинами 16 и крепежным элементом 18. Таким образом, завершается изготовление ротора 10.

На фиг. 9 показан вид, согласно которому постоянный магнит 26, имеющий осевое сечение в форме прямоугольника, удерживается в наклонном положении внутри отверстия 32 для вставки магнита сердечника 12 ротора посредством пресс-формы 40. В этом случае, на каждой из внутренних боковых поверхностей верхнего штампа 42 и нижнего штампа 44 пресс-формы 40 предусмотрен выступающий участок 46, который соответствует отверстию 32 для вставки магнита и имеет наклонную поверхность торца. Таким образом, постоянный магнит 26, вставленный в отверстие 32 для вставки магнита, удерживается в наклонном положении внутри отверстия 32 для вставки магнита за счет наклонных поверхностей торцов выступающих участков 46, которые упираются в поверхности 26с, 26в осевых торцов в осевом направлении и оказывают нажим на них.

На фиг. 10 показан еще один пример, в котором постоянный магнит 26, имеющий осевое сечение в форме прямоугольника, удерживается в наклонном положении внутри отверстия 32 для вставки магнита сердечника 12 ротора посредством пресс-формы 40. В этом случае, штифты 48, являющиеся выступающими элементами, которыми снабжены верхний штамп 42 и нижний штамп 44, выполнены так, что эти штифты 48 могут перемещаться вперед и назад. На участке кончика штифтов 48 сформирована скошенная поверхность. Штифты 48 прижаты к внутренней поверхности пресс-формы 40 упругим элементом 50, таким, как пружина или резина. Таким образом, скошенные поверхности упруго установленных штифтов 48 упираются в угловые части участков осевых торцов постоянного магнита 26 в направлении, перпендикулярном осевому направлению, и оказывают нажим на эти части, так что постоянный магнит 26 удерживается в наклонном положении внутри отверстия 32 для вставки магнита. Поскольку штифты 48 установлены упруго, так что эти штифты 48 можно перемещать вперед и назад, появляется возможность избежать приложения избыточного давления контакта к постоянному магниту 26 посредством пальцев 48, предотвращая повреждение постоянного магнита 26.

Следует отметить, что ротор, в соответствии с настоящим изобретением, не ограничивается вышеизложенными вариантами осуществления и их разновидностями. Возможны различные изменения и усовершенствования при условии, что они не выходят за рамки существа и объема притязаний формулы изобретения.

Например, хотя описано, что в состав каждого магнитного полюса 24 ротора 10 в вышеуказанных вариантах осуществления входит одна пара постоянных магнитов 26, количество постоянных магнитов, входящих в состав каждого магнитного полюса, также может быть равно единице или превышать три.

Кроме того, в случае, если в состав одного магнитного полюса 24 входит одна пара постоянных магнитов 26, как показано на фиг. 11, один постоянный магнит 26 и другой постоянный магнит 26 могут иметь разные направления наклона внутри отверстия 32 для вставки магнита. Иными словами, на одной поверхности осевого торца сердечника 12 ротора один постоянный магнит 26 может контактировать с сердечником 12 ротора в углу на внешней окружной стороне, а другой постоянный магнит 26 может контактировать в углу на внутренней окружной стороне. Таким образом, становится возможным достижение преимущества, заключающегося в том, что можно нивелировать величину магнитного потока одного магнитного полюса 24 в осевом направлении.

Помимо этого, как показано на фиг. 12, каждый постоянный магнит 26, входящий в состав магнитного полюса 24, можно сегментировать, например, на два или более в направлении поверхности длинной стороны. В таком случае, помимо заполнения пространства между постоянным магнитом 26 и отверстием 32 для вставки магнита, наполнителем 34 можно полностью заполнять пространство между каждыми соседними из сегментированных частей магнита. Таким образом, появляется возможность получить изоляционные свойства между каждыми соседними из частей магнита, достигая подавления потерь магнита от вихревого тока. Этого можно достичь, предусматривая между двумя частями магнита в отверстии 32 для вставки магнита тонкие пластинчатые прокладки 52, которые соответственно выступают из верхнего штампа 42 и нижнего штампа 44, как показано на фиг. 13, и заполняя пустоты наполнителем 34 в таких условиях.

Позиции чертежей

10 Ротор вращающейся электрической машины

11 Статор

12 Сердечник ротора

13 Внешняя окружная поверхность

14 Вал

15 Фланцевый участок

16 Торцевая пластина

18 Крепежный элемент

20 Крепежный участок

22 Прижимной участок

23 Отверстие под вал

24 Магнитный полюс

26 Постоянный магнит

26a, 26b Поверхности длинных сторон

32 Отверстие для вставки магнита

33a, 33b Карманные участки

33c Участок, окаймляющий магнит

34 Наполнитель

40 Пресс-форма

42 Верхний штамп

44 Нижний штамп

46 Выступающий участок

48 Штифт

50 Упругий элемент

52 Прокладка

Настоящее изобретение относится к роторам вращающихся электрических машин, самим вращающимся электрическим машинам и способам изготовления роторов вращающихся электрических машин. Технический результат состоит в минимизации потерь от вихревого тока через магнит, что делает ненужной обработку поверхности магнита изолирующей пленкой. Ротор для вращающейся электрической машины включает в себя: сердечник ротора с отверстием для вставки магнита, проходящим внутри; магнит, вставленный в отверстие для вставки магнита; и изолирующий наполнитель, которым заполнено пространство между внутренней стенкой отверстия для вставки магнита и магнитом, для закрепления магнита. Магнит закреплен наполнителем так, что поверхность магнита внутри отверстия для вставки магнита находится в наклонном положении относительно направления прохождения внутренней стенки отверстия для вставки магнита. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Ротор вращающейся электрической машины со встроенным магнитом, содержащий:
сердечник ротора с отверстием для вставки магнита, проходящим внутри;
магнит, вставленный в отверстие для вставки магнита; и
изолирующий наполнитель, которым заполнено пространство между внутренней стенкой отверстия для вставки магнита и магнитом, для закрепления магнита,
причем магнит закреплен наполнителем так, что поверхность магнита внутри отверстия для вставки магнита наклонена относительно направления прохождения внутренней стенки отверстия для вставки магнита.

2. Ротор вращающейся электрической машины по п. 1, в котором
отверстие для вставки магнита сформировано вдоль осевого направления сердечника ротора;
магнит имеет осевое сечение в форме удлиненного четырехугольника; и
магнит контактирует с внутренней стенкой отверстия для вставки магнита в углу на одной осевой торцевой стороне и в другом углу на другой осевой торцевой стороне, диаметрально противоположном углу на упомянутой одной осевой торцевой стороне.

3. Ротор вращающейся электрической машины по п. 2, в котором
магнит имеет осевое сечение в форме параллелограмма и поверхности осевых торцов, которые расположены заподлицо с поверхностями осевых торцов сердечника ротора.

4. Ротор вращающейся электрической машины по п. 2, в котором магнит имеет осевое сечение прямоугольной формы.

5. Ротор вращающейся электрической машины по любому из пп. 1-4, в котором
магнит сегментирован на множество магнитных деталей, и
пространство между каждыми из деталей магнита полностью заполнено наполнителем в дополнение к тому, который находится между внутренней стенкой отверстия для вставки магнита и магнитом.

6. Вращающаяся электрическая машина, содержащая:
ротор по любому из пп. 1-5 и
статор, расположенный вокруг ротора.

7. Способ изготовления ротора вращающейся электрической машины со встроенным магнитом, содержащий этапы, на которых:
подготавливают магнит и сердечник ротора с отверстием для вставки магнита, проходящим внутри;
вставляют магнит в отверстие для вставки магнита;
позиционируют в пресс-форме сердечник ротора со вставленным внутрь магнитом;
удерживают магнит с помощью участка пресс-формы так, что поверхность магнита внутри отверстия для вставки магнита оказывается наклоненной относительно направления прохождения внутренней стенки отверстия для вставки магнита;
наполняют изолирующим наполнителем пространство между внутренней стенкой отверстия для вставки магнита и магнитом через входное отверстие, предусмотренное посредством пресс-формы, для прикрепления магнита к сердечнику ротора; и
осуществляют сборку сердечника ротора с валом, при этом магнит закреплен посредством наполнителя.

8. Способ изготовления ротора вращающейся электрической машины по п. 7, в котором
магнит имеет осевое сечение в форме параллелограмма и поверхности осевых торцов, которые располагаются заподлицо с поверхностями осевых торцов сердечника ротора, а
при удержании плоские внутренние боковые поверхности пресс-формы упираются в поверхности осевых торцов сердечника ротора и поверхности осевых торцов магнита, так что магнит удерживается в наклонном положении внутри отверстия для вставки магнита.

9. Способ изготовления ротора вращающейся электрической машины по п. 7, в котором
магнит имеет осевое сечение прямоугольной формы, и
при удержании наклонные поверхности выступающих участков, которые выступают на внутренних боковых поверхностях пресс-формы, упираются в поверхности осевых торцов магнита и оказывают нажим на магнит в осевом направлении, так что магнит удерживается в наклонном положении внутри отверстия для вставки магнита.

10. Способ изготовления ротора вращающейся электрической машины по п. 7, в котором
магнит имеет осевое сечение прямоугольной формы, и
при удержании наклонные поверхности выступающих участков, которые упруго предусмотрены пресс-формой и выполнены с возможностью двигаться вперед и назад, упираются в осевые торцевые участки магнита и оказывают нажим на осевые торцевые участки магнита в направлении, по существу, перпендикулярном осевому направлению, так что магнит удерживается в наклонном положении внутри отверстия для вставки магнита.