СЕРДЕЧНИК РОТОРА, ДВИГАТЕЛЬ И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2016 года по МПК H02K1/27 H02K1/06 

Область техники

Настоящее изобретение относится к сердечнику ротора, двигателю и способу производства двигателя.

Уровень техники

Известен так называемый двигатель с внутренним ротором, в котором вращающийся узел расположен внутри неподвижного статора, имеющего обмотку. Например, ротор с постоянным магнитом, раскрытый в опубликованной заявке на патент Японии № Н7-312852, или вращающаяся электрическая машина с встроенным магнитом, раскрытая в опубликованной заявке на патент Японии № 2010-220359, могут применяться во вращающемся узле двигателя с внутренним ротором.

Ротор с постоянным магнитом, раскрытый в опубликованной заявке на патент Японии № Н7-312852, содержит множество постоянных магнитов, расположенных с регулярным интервалом по окружности, и между соответствующими постоянными магнитами имеется множество участков станины, при этом каждый из участков станины имеет сечение в форме сектора (см. п. 1 формулы и фиг. 1). Ротор второго варианта согласно опубликованной заявке на патент Японии № 2010-220359 содержит множество радиально ориентированных магнитов и сердечник ротора имеет множество отверстий для установки магнитов (см. абзац 0021 и фиг. 10).

Патентный документ 1: Опубликованная заявка на патент Японии № Н7-312852; и

Патентный документ 2: Опубликованная заявка на патент Японии № 2010-220359.

Задачи, решаемые изобретением

Когда двигатель приведен в действие, на магниты действует центробежная сила. Поэтому ротор с постоянными магнитами, описанный в опубликованной заявке на патент Японии № Н7-312852, снабжен лапками, выступающими в отверстия канавок для установки, тем самым препятствуя смещению магнитов к внешней периферии (см. абзац 0006 и фиг. 1). Ротор второго варианта согласно опубликованной заявке на патент № 2010-220359 содержит внешние мостики, сформированные на стороне внешней периферии отверстий для установки магнитов (см. абзац 0022 и фиг. 10 и 11).

В роторе, в котором участки магнитного полюса выполнены из магнитного материала и магниты расположены в чередующемся порядке в периферийном направлении, сердечник ротора местами становится тонким. Если сердечник ротора деформирован, магниты могут быть смещены. Деформация сердечника ротора и смещение магнитов создают проблемы, особенно в высокооборотных двигателях.

Задачей настоящего изобретения является создание технологии, способной ограничить деформацию сердечника ротора и смещение магнитов, вызванные центробежной силой в двигателе, в котором магниты и участки магнитных полюсов расположены в чередующемся порядке в периферийном направлении.

Средства для решения задачи

В иллюстративном варианте настоящего изобретения предлагается сердечник ротора, состоящий из слоистого стального тела, обрадованного аксиальным ламинированием множества пластин магнитного сердечника, уложенных одна над другой. Пластины сердечника проходят в направлении, ортогональном вертикальной центральной оси. Сердечник ротора содержит множество магнитных полюсов, расположенных вдоль периферии. Каждый магнитный полюс содержит пару периферийно концевых поверхностей и радиально концевую поверхность. Периферийно концевые поверхности обращены к пространствам для установки магнитов, которые определены между участками магнитных полюсов, примыкающих друг к другу. Радиально концевая поверхность обращена к пространству, находящемуся радиально снаружи от каждого участка магнитного полюса. По меньшей мере часть пластин сердечника содержит лапки и внешние соединительные участки. Лапки выступают из участков магнитных полюсов в периферийном направлении. Внешние соединительные участки расположены радиально снаружи от лапок для соединения участков магнитных полюсов, примыкающих друг к другу. Пространства для установки магнитов расположены между периферийно концевыми поверхностями и находятся радиально внутри от лапок.

Эффекты изобретения

Согласно одному показанному варианту изобретения лапки ограничивают возможность смещения магнитов радиально наружу под действием центробежной силы. Дополнительно, внешние соединительные участки ограничивают деформацию сердечника ротора под действием центробежной силы. В частности, внешние соединительные участки ограничивают смещение лапок под действием центробежной силы. Это позволяет дополнительно ограничить смещение магнитов.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - вид сверху сердечника ротора согласно первому предпочтительному варианту.

Фиг. 2 - вертикальное сечение двигателя согласно второму предпочтительному варианту.

Фиг. 3 - вид в перспективе узла ротора согласно второму предпочтительному варианту.

Фиг. 4 - вид сверху узла ротора согласно второму предпочтительному варианту.

Фиг. 5 - частичный вид сверху узла ротора согласно второму предпочтительному варианту.

Фиг. 6 - диаграмма последовательности операций по изготовлению узла ротора согласно второму предпочтительному варианту.

Фиг. 7 - частичный вид сверху модифицированного примера узла ротора.

Фиг. 8 - частичный вид сверху другого модифицированного примера узла ротора.

Фиг. 9 - частичный вид сверху еще одного модифицированного примера узла ротора.

Фиг. 10 - частичный вид сверху еще одного модифицированного примера узла ротора.

Способы осуществления изобретения

Далее следует подробное описание иллюстративных вариантов настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи. В настоящем описании направление, параллельное центральной оси двигателя, именуется "осевым направлением". Направление, ортогональное центральной оси двигателя, именуется "радиальным направлением". Направление, проходящее по дуге вокруг центральной оси двигателя, именуется "периферийным направлением". В настоящем описании форма и расположение отдельных компонентов описываются исходя из предположения, что осевое направление проходит в направлении вверх-вниз. Однако эти определения приведены лишь для удобства описания и не предназначены для ограничения ориентации сердечника ротора и двигателя при эксплуатации.

1. Первый вариант осуществления изобретения

На фиг. 1 приведен вид сверху сердечника 51А ротора согласно первому варианту настоящего изобретения. Сердечник 51А состоит из слоистого стального тела, сформированного путем укладки слоями множества пластин 511А одна на другую. Каждая из пластин 511А сердечника проходит в направлении ортогональном центральной оси 9А.

Как показано на фиг. 1 сердечник 51А ротора предпочтительно содержит множество участков 61А магнитных полюсов, расположенных в периферийном направлении. Между участками 61А магнитных полюсов, примыкающими друг к другу, расположены пространства 70А для установки магнитов. Каждый участок 61А магнитного полюса содержит пару периферийно концевых поверхностей 611А и радиально концевую поверхность 612А. Периферийно концевые поверхности 611А обращены к пространствам 70А для установки магнитов. Радиально концевая поверхность 612А обращена к пространству, расположенному снаружи от каждого участка 61А магнитного полюса.

В сердечнике 51А ротора по меньшей мере одна пластина 511А сердечника предпочтительно содержит лапки 62А и внешние соединительные пространства 63А. Лапки 62А выступают из участков 61А магнитных полюсов в периферийном направлении. Внешние соединительные участки 63А расположены радиально снаружи от лапок 62А для соединения соседних участков 61А магнитных полюсов. Каждое из пространств 70А для установки магнитов расположено между периферийно концевыми поверхностями 611А и находятся внутри от лапок 62А.

Как показано штрихпунктирными линиями на фиг. 1, магниты 52А расположены в пространствах 70А для установки магнитов. Лапки 62А ограничивают возможность смещения магнитов 52А радиально наружу. Внешние соединительные участки 63А ограничивают расширение периферийных зазоров между соседними участками 61А магнитных полюсов. Это позволяет ограничить деформацию сердечника 51А под действием центробежной силы.

В частности, если на сердечник 51А ротора действует центробежная сила, к участкам 61А магнитных полюсов прилагается сила, направленная радиально наружу. Предполагая, что участки 61А магнитных полюсов смещаются радиально наружу, зазоры между соседними участками 61А магнитных полюсов в периферийном направлении становятся шире. Однако в сердечнике 51А ротора соседние участки 61А магнитных полюсов соединены внешними соединительными участками 63А. Поэтому зазоры в периферийном направлении между соседними участками 61А магнитных полюсов расширяться не могут. Соответственно, имеется возможность ограничить смещение участков 61А магнитных полюсов в направлении радиально наружу.

Поскольку внешние соединительные участки 63А ограничивают расширение проходящих в периферийном направлении зазоров между соседними участками 61А магнитных полюсов под действием центробежной силы, внешние соединительные участки 63А могут ограничивать смещение лапок 62А. Это позволяет дополнительно ограничить смещение магнитов 52А. Поскольку направленное радиально наружу смещение участков 61А магнитных полюсов ограничено внешними соединительными участками 63А, можно уменьшить напряжения, возникающие в радиально внутренних частях участков 61А магнитных полюсов.

2. Второй вариант осуществления изобретения

2-1. Общая конфигурация двигателя

Далее следует описание двигателя согласно второму предпочтительному варианту настоящего изобретения. На фиг. 2 представлено вертикальное сечение двигателя 1 согласно второму предпочтительному варианту. Как показано на фиг. 2, двигатель 1 предпочтительно содержит статор 2 и ротор 3. Статор 2 закреплен на раме устройства, приводимого в движение. Ротор 3 установлен с возможностью вращения в статоре 2.

Статор 2 согласно настоящему варианту предпочтительно содержит корпус 21, крышку 22, узел 23 статора, узел 24 нижнего подшипника и узел 25 верхнего подшипника.

Корпус 21 предпочтительно содержит по существу цилиндрическую боковую стенку 211 и стенку 212 дна для закрывания нижнего отверстия в боковой стенке 211. Крышка 22 закрывает верхнее отверстие корпуса 21. Узел 23 статора и узел 32 ротора будут описаны ниже и расположены во внутреннем пространстве, окруженном корпусом 21 и крышкой 22. В центральной части участка 212 дна корпуса 21 выполнено углубление 213 для приема узла 24 нижнего подшипника. В центральной части крышки 22 определено круглое отверстие 221 для приема узла 25 верхнего подшипника.

Узел 23 статора предпочтительно содержит сердечник 41 статора, изолятор 42 и обмотку 43. Сердечник 41 статора состоит из слоистого стального тела, образованного сложенными в осевом направлении одна на другую пластинами из электромагнитной стали. Сердечник 41 статора предпочтительно содержит кольцевую спинку 411 сердечника и множество зубьев 412, выступающих радиально внутрь от спинки 411 сердечника. Спинка 411 сердечника расположена по существу соосно с центральной осью 9. Внешняя периферийная поверхность спинки 411 сердечника прикреплена к внутренней периферийной поверхности боковой стенки 211 корпуса 21. Зубья 412 расположены по существу с регулярными интервалами в периферийном направлении. Соответствующие зубья 412 отходят радиально относительно центральной оси 9.

Изолятор 42 выполнен из смолы и является изолирующим телом. Верхняя поверхность, нижняя поверхность и проходящие по периферии противоположные поверхности каждого из зубьев 412 покрыты изолятором 42. Обмотка 43 сформирована из электропроводной проволоки, намотанной на изолятор 42. В показанном варианте электропроводная проволока намотана вокруг каждого зуба 412 через изолятор 42. Изолятор 42 расположен между каждым из зубьев 412 и обмоткой 43, тем самым предотвращая короткое замыкание между каждым из зубьев 412 и обмоткой 43.

Вместо изолятора 43 на поверхность каждого зуба 412 можно нанести изолирующее покрытие.

Узел 24 нижнего подшипника и узел 25 верхнего подшипника расположены между корпусом 21, крышкой 22 и валом 31 ротора 3. В настоящем варианте в качестве узла 24 нижнего подшипника и узла 25 верхнего подшипника применяются шарикоподшипники, в которых наружная обойма и внутренняя обойма вращаются относительно друг друга на шариках. Вместо шарикоподшипников можно использовать подшипники других типов, такие как подшипники скольжения или гидростатические подшипники.

Узел 24 нижнего подшипника содержит внешнюю обойму 241, расположенную в углублении 213 корпуса 21, и прикрепленную к корпусу 21. Узел 25 верхнего подшипника содержит внешнюю обойму 251, расположенную в круглом отверстии 221 крышки 22 и прикрепленную к крышке 22. С другой стороны, уел 24 нижнего подшипника и узел 25 верхнего подшипника содержат внутренние обоймы 242 и 252, прикрепленные к валу 31. Вследствие этого вал 31 поддерживается с возможностью вращения относительно корпуса 21 и крышки 22.

Ротор 3 согласно настоящему изобретению предпочтительно содержит вал 31 и узел 32 ротора.

Вал 31 является металлически элементом в форме колонны, проходящим вдоль центральной оси 9. Вал 31 поддерживается узлом 24 нижнего подшипника и узлом 25 верхнего подшипника и вращается вокруг центральной оси 9. Вал 31 имеет головную часть 311, выступающую вверх из крышки 22. Головная часть 311 соединена через механизм силовой передачи, например, через зубчатые колеса, с приводимым в движение устройством.

Узел 32 ротора расположен радиально внутри узла 32 статора и вращается вместе с валом 31. Узел 32 ротора предпочтительно содержит сердечник 51 ротора и множество магнитов 52. В центральной части сердечника 51 ротора имеется проходящее в осевом направлении сквозное отверстие 50. В это сквозное отверстие 50 сердечника 51 ротора с натягом посажен вал 31. Магниты 52 расположены с по существу регулярными интервалами в периферийном направлении. Каждый магнит 52 удерживается сердечником 51 ротора.

В описанном выше двигателе 1, если на катушку 43 статора 2 подается ток возбуждения, в зубьях 412 генерируются радиальные магнитные потоки, действующие между зубьями 412 и узлом 32 ротора. В результате ротор 3 вращается вокруг центральной оси 9 относительно статора 2.

2-2. Узел ротора

Далее следует подробное описание ротора 3 со ссылками на фиг. 3-5. На фиг. 3 приведен вид в перспективе узла 32 ротора. На фиг. 3 показан один из магнитов 52 в извлеченном состоянии. На фиг. 4 приведен вид сверху узла 32 ротора. На фиг. 4 один из магнитов опущен. На фиг. 5 приведен частичный вид сверху узла 32 ротора.

Как показано на фиг. 3, сердечник 51 ротора состоит из стального слоистого тела, образованного путем наложения в осевом направлении пластин 511 сердечника одна на другую. Каждая из пластин 511 является магнитной пластиной, проходящей в направлении ортогональном к центральной оси 9. Применение слоистого стального тела позволяет уменьшить перегрузки по току, генерируемые в сердечнике 51 ротора. Соответственно на сердечник 51 ротора можно эффективно подавать магнитные потоки. Как показано на фиг. 3-5, сердечник 51 ротора предпочтительно имеет множество участков 61 магнитных полюсов, множество лапок 62, множество внешних соединительных участков 63, внутренний соединительный участок 64 и множество выступов 65.

Участки 61 магнитных полюсов расположены вокруг вала 31 с по существу регулярными интервалами в периферийном направлении. Если смотреть сверху, каждый из участков 61 магнитного полюса по существу имеет форму сектора. Каждый из участков 61 магнитного полюса имеет пару периферийно концевых поверхностей 611, обращенных к пространству 70 для установки магнита, как будет описано ниже. Каждый участок 61 магнитного полюса имеет радиально концевую поверхность 612, обращенную к пространству, находящемуся радиально снаружи от каждого участка 61 магнитного полюса. Другими словами, радиально концевые поверхности 612 участков 61 магнитного полюса расположены радиально напротив радиально внутренних поверхностей зубьев 412.

Пространства 70 для установки магнитов расположены между соседними участками 61 магнитных полюсов. Магниты 52 соответственно расположены в пространствах 70 для установки магнитов. Периферийно противоположные концевые поверхности магнитов 52 приклеены к периферийно концевым поверхностям 611 участков 61 магнитных полюсов. Следовательно, как показано на фиг. 3-5, магниты 52 и участки 61 магнитных полюсов расположены чередуясь в периферийном направлении.

Периферийно противоположные концевые поверхности магнитов 52 служат как поверхности магнитных полюсов, расположенные напротив периферийно концевых поверхностей 611 участков 61 магнитных полюсов. Магниты 52 расположены так, что поверхности магнитных полюсов, имеющие одинаковую полярность, могут быть расположены напротив друг друга в периферийном направлении. Каждый участок 61 магнитного полюса намагничен магнитами 52, расположенными на его противоположных сторонах. В результате радиально концевые внешние поверхности участков 61 магнитных полюсов служат поверхностями магнитных полюсов. Другими словами, магнитные потоки, генерируемые магнитами 52, проходят радиально наружу от участков 61 магнитных полюсов через участки 61 магнитных полюсов.

В качестве магнитов 52 можно использовать спеченные магниты на основе феррита или неодимовые магниты. В последние годы цена неодима, как редкоземельного элемента, выросла, что препятствует применению неодимовых магнитов. Потому растет спрос на технологию, которая позволит получить сильные магниты на основе спеченных ферритовых магнитов. Если участки 61 магнитных полюсов сердечника 51 ротора и магниты 52 расположить, чередуя в периферийном направлении, как в настоящем изобретении, появляется возможность увеличить объемное отношение магнитов 52 в узле 32 ротора. Это позволяет получить большие магнитные силы, используя спеченные ферритовые магниты.

Лапки 62 расположены в радиально внешних областях периферийно концевых поверхностей 611 и выступают из соответствующих участков 61 магнитных полюсов в периферийном направлении. Каждое из пространств 70 для установки магнита расположено между периферийно концевыми поверхностями 611 и радиально внутри от каждой из лапок 62. Радиально внутренние поверхности лапок 62 по меньшей мере частично контактируют с радиально наружными поверхностями магнитов 52. Во время работы двигателя 1 на магниты 52 действует центробежная сила. Тем не менее, благодаря контакту магнитов 52 с лапками 62, магниты 52 удерживаются от смещения радиально наружу.

В настоящем варианте все пластины 511 сердечника, образующие сердечник 51 ротора снабжены лапками 62. В результате лапки 62 имеют увеличенную жесткость относительно центробежной силы. Это позволяет дополнительно ограничить смещение магнитов 52, вызванное центробежной силой. В настоящем варианте пара лапок 62 расположена радиально снаружи в каждом пространстве 70 для установки магнита. Это позволяет дополнительно увеличить силу, удерживающую магниты 52.

Как показано на фиг. 5, лапки 62 согласно настоящему варианту имеют косые поверхности 621, наклоненные относительно радиального направления и периферийного направления. Косые поверхности 621 наклонены так, чтобы с увеличением радиального расстояния подходить ближе к основанию лапки 62. Радиальная ширина лапок 62 увеличивается от участков вершин лапок 62 к участкам их основания. Такая конфигурация позволяет дополнительно ограничить деформацию лапок 62, вызванную центробежной силой. Соответственно, можно дополнительно ограничить смещение магнитов 52, вызванной центробежной силой.

Внешние соединительные участки 63 расположены радиально снаружи от лапок 62 для соединения соседних участков 61 магнитных полюсов друг с другом. Внешние соединительные участки 63 ограничивают деформацию сердечника 51 ротора, вызванную центробежной силой. Более конкретно, поскольку соседние участки 61 магнитных полюсов соединены друг с другом внешними соединительными участками 63, зазоры в периферийном направлении между соседними участками 61 магнитных полюсов не могут увеличиться, даже если на участки 61 магнитных полюсов действует центробежная сила. В результате участки 61 магнитных полюсов не могут сместиться радиально наружу.

В частности, внешние соединительные участки 63 ограничивают смещение лапок 62 радиально наружу под действием центробежной силы. Это позволяет дополнительно ограничить смещение магнитов 52, контактирующих с лапками 62, радиально наружу. В настоящем варианте все пластины 511 сердечника, образующие сердечник 51 ротора, имеют внешние соединительные участки 63. Это позволяет дополнительно ограничить деформацию сердечника 51 ротора под действием центробежной силы.

В настоящем варианте, как показано на фиг. 4 и 5, радиально наружная поверхность каждого наружного соединительного участка 63 расположена радиально внутри от радиально концевой поверхности 612 каждого из участков 61 магнитных полюсов. Поэтому радиальное расстояние между радиально концевой внешней поверхностью каждого из внешних соединительных участков 63 и радиально внутренней поверхностью каждого из зубьев 412 больше, чем радиальное расстояние между радиально концевой поверхностью 612 каждого из участков 61 магнитных полюсов и радиально внутренней поверхностью каждого из зубьев 412. В такой конфигурации, если радиальное положение внешних соединительных участков 63 задано правильно, форма волны напряжение, наводимого во время работы двигателя 1 будет по существу синусоидальной. Если форма волны наводимого напряжения по существу является синусоидальной, можно ограничить пульсацию крутящего момента. В результате можно уменьшить вибрации и шум, генерируемые во время работы двигателя 1.

Как показано на фиг. 5, первое пространство 71 определено между каждым из магнитов 52 и каждым из внешних соединительных участков 63. Первое пространство расположено 71 находится радиально снаружи от каждого из пространств 70 для установки магнитов и между парой лапок 62. Каждый из внешних соединительных участков 63 проходит радиально снаружи от первого пространства 71 в периферийном направлении. Первое пространство 71 становится барьером для магнитного потока между каждым из магнитов 52 и каждым из внешних соединительных участков 63. Другими словами, линия магнитной индукции между каждым из магнитов 52 и каждым из внешних соединительных участков 63 сужена первым пространством 71. Это ограничивает утечку магнитных потоков в сторону каждого из внешних соединительных участков 63.

В настоящем варианте на противоположных в периферийном направлении сторонах от первого пространства определены вторые пространства 72. Каждое из вторых пространств 72 находится между косой поверхностью 621 каждой из лапок 62 и радиально внутренней поверхностью внешнего соединительного участка 63. Каждое из вторых пространств 72 становится барьером для магнитного потока между каждой из лапок 62 и каждым из внешних соединительных участков 63. Другими словами, линия магнитной индукции между каждой из лапок 62 и каждым из соединительных участков 63 сужена каждым из вторых пространств 72. Это дополнительно ограничивает утечки магнитного потока в направлении каждого из соединительных участков 63.

Если утечка магнитного потока в сторону внешних соединительных участков 63 ограничена, величина магнитного потока, проходящего от магнитов 52 через участки 61 магнитных полюсов к зубьям 412, увеличивается. Это способствует увеличению кпд двигателя 1. Если применять конструкцию согласно настоящему изобретению, можно ограничить утечку магнитного потока в сторону внешних соединительных участков 63 без чрезмерного уменьшения радиальной толщины внешних соединительных участков 63 или без обработки внешних соединительных участков 63 для уменьшения магнетизма, например, термообработкой и т.п.

Внутренний соединительный участок 64 является по существу цилиндрическим участком, расположенным радиально внутри от участков 61 магнитных полюсов и проходящим в периферийном направлении. Как показано на фиг. 3-5, внутренний соединительный участок 64 может иметь форму кольца, если смотреть сверху, или может проходить в периферийном направлении только на части периферии. В настоящем варианте участки 61 магнитных полюсов соединены в периферийном направлении друг с другом внешними соединительными участками 63 и внутренним соединительным участком 64. Это способствует повышению жесткости сердечника 51 ротора. Таким образом можно дополнительно ограничить деформацию сердечника 51 ротора под действием центробежной силы.

В настоящем варианте между внутренним соединительным участком 64 и каждым из пространств 70 для установки магнита имеется третье пространство 73. Третье пространство становится барьером для магнитного потока между каждым из магнитов 52 и внутренним соединительным участком 64. Другими словами, магнитный путь линия магнитной индукции между каждым из магнитов 52 и внутренним соединительным участком 64 сужен третьим пространством 73. Это помогает ограничить утечку магнитного потока в сторону внутреннего соединительного участка 64. Если утечка магнитного потока в сторону внутреннего соединительного участка 64 ограничена, величина магнитного потока от магнитов 52 к зубьям 412 через участки 61 магнитных полюсов увеличивается.

Выступы 65 выступают радиально наружу от радиально наружной поверхности внутреннего соединительного участка 64. Вершина каждого выступа 65 контактирует с радиально внутренней поверхностью магнита каждого из магнитов 52. Радиальное положение каждого из магнитов 52 определяется парой лапок 62 и каждым из выступов 65. В настоящем варианте каждый из выступов 65 расположен по существу в одинаковом положении на периферии как расположенный на периферии центр каждого из пространств 70 для установки магнитов. Третье пространство 73 находится на противоположных в периферийном направлении сторонах от каждого выступа 65. Это предотвращает увеличение линий магнитной индукции между участками 61 магнитных полюсов и внутренним соединительным участком 64 выступами 65. Таким образом, имеется возможность дополнительно ограничить утечку магнитного поток в направлении внутреннего соединительного участка 64.

2-3. Технологическая последовательность производства ротора

На фиг. 6 показана диаграмма последовательности, иллюстрирующая только технологическую последовательность изготовления узла 32 ротора в технологической последовательности производства двигателя 1. Для изготовления узла 32 ротора сначала изготавливают сердечник 51 ротора (этап S1). Более конкретно, штампуют множество пластин 511 сердечника, выполненных из электромагнитной стали. Пластины 511 укладывают одна на другую и фиксируют друг на друге чеканкой. В результате можно получить сердечник 51 ротора с множеством участков 61 магнитных полюсов, множеством лапок 62, множеством внешних соединительных участков 63, внутренним соединительным участком 64 и множеством выступов 65.

Далее во множество пространств 70 для установки магнитов в сердечнике 51 ротора устанавливают множество магнитов 52 (этап S2). Магниты 52 крепят к сердечнику 51 ротора, например, адгезивом или клеем. Альтернативно, магниты 52 можно запрессовывать в сердечник 52 ротора без клея.

В узле 32 ротора согласно настоящему варианту, описанному выше, утечка магнитного потока в направлении соединительных участков 63 ограничена первым пространством 71 и вторыми пространствами 72. Кроме того, утечка магнитного потока в сторону внутреннего соединительного участка 64 ограничивается третьим пространством 73. Соответственно можно производить узел 32 ротора с увеличенным магнитным КПД, не подвергая внешние соединительные участки 63 и внутренний соединительный участок 64 обработке для уменьшения магнетизма, например термообработке и т.п.

3. Модифицированные примеры

Выше были описаны иллюстративные варианты настоящего изобретения, но изобретение не ограничивается этими вариантами.

На фиг. 7 приведен частичный вид сверху узла 32В ротора согласно одному модифицированному примеру. В примере, показанном на фиг. 7, периферийно противоположные концевые участки внешних соединительных участков 63В и лапок 62В непосредственно соединены друг с другом. В примере, показанном на фиг. 7 между каждым из магнитов 52В и каждой из внешних перегородок 63В имеется пространство. Однако вторые пространства 72, показанные на фиг. 5 в примере согласно фиг. 7 отсутствуют. Это способствует еще большему повышению жесткости лапок 62В. Потому, имеется возможность дополнительно ограничить деформацию лапок 62В под действием центробежной силы. Однако учитывая утечку магнитного потока в сторону внешних соединительных участков, предпочтительно наличие вторых пространств 72 между лапками 62 и внешними соединительными участками 63, как в предыдущих вариантах.

На фиг. 8 приведен частичный вид сверху узла 32С ротора согласно другому модифицированному примеру. В примере, показанном на фиг. 8, если смотреть сверху, каждый из внешних соединительных участков 63С соединяет соседние участки 61С магнитных полюсов по прямой. Между каждым из внешних соединительных участков 63С и каждым из магнитов 52С имеется пространство. При такой конфигурации по сравнению с вариантом, в котором внешний соединительный участок 63С отсутствует, здесь можно ограничить деформацию сердечника 51С ротора. Однако предпочтительно, чтобы, как и в предыдущих вариантах, внешний соединительный участок 63 был выгнут радиально наружу. Это объясняется тем, что противоположные в периферийном направлении секции внешнего соединительного участка 63 радиально наружу не смещаются. Соответственно, существует меньшая вероятность того, что сердечник 51 ротора деформируется под действием центробежной силы.

На фиг. 9 показан частичный вид сверху узла 32D ротора согласно еще одному модифицированному примеру. В примере, показанном на фиг. 9 в сердечнике 51D ротора выполнены канавки 512D. Канавки 512D выполнены на границах между периферийно концевыми поверхностями 611D участков 61D магнитных полюсов и радиально внутренней поверхностью лапок 62D и углублены в направлении от магнитов 52D. Канавки 512D проходят в осевом направлении сквозь множество пластин сердечника.

Как показано на выноске на фиг. 9 в увеличенном масштабе, магниты 52D прикреплены к сердечнику 51D ротора клеем 53D. Радиальный зазор d1 и периферийный зазор d2 между канавками 512D и углами магнитов 52D больше, чем радиальный зазор d3 между радиально внутренними поверхностями лапок 62D и магнитами 52D и периферийный зазор d4 между периферийно концевыми поверхностями 611D участков 61D магнитных полюсов и магнитами 52D.

Наличие канавок 521D ограничивает контакт углов 521D магнитов 52D с сердечником 51D ротора и предотвращает сколы на них. Кроме того, углы магнитов 52D не требуют срезания в попытке предотвратить контакт углов магнитов 52D с сердечником 51D ротора. Соответственно, нет необходимости уменьшать размер магнитов 52D.

На фиг. 10 приведен вид в перспективе узла 32Е ротор согласно еще одному модифицированному примеру. В примере, показанном на фиг. 10, лапки 62Е и наружные соединительные участки 63Е выполнены только на некоторых из пластин 511Е, образующих сердечник 51Е ротора. Таким образом, лапки и внешние соединительные участки следует выполнить только по меньшей мере на некоторых из пластин сердечника.

В отличие от конфигурации, согласно фиг. 10, лапки и внешние соединительные участки могут быть выполнены только на самой верхней и самой нижней из пластин сердечника ротора. Пластины сердечника ротора, снабженные лапками и внешними соединительными участками, и пластины сердечника, не имеющие лапок и соединительных участков, могут быть расположены в чередующемся порядке в осевом направлении. Сердечник ротора может быть сформирован путем произвольного комбинирования пластин сердечника, снабженных только лапками и пластин сердечника снабженных только соединительными участками.

Узел ротора далее может содержать участок смолы для инкапсулирования сердечника ротора и магнитов.

Сердечник ротора и двигатель согласно настоящему изобретению применяются, например, в бытовой технике, такой как пылесосы и стиральные машины, в транспортных средствах, таких как автомобили и т.п., в устройствах автоматизации офисной работы, медицинских устройствах и т.п. Однако сердечник ротора и двигатель согласно настоящему изобретению можно использовать и для решения других задач. В высокооборотном двигателе деформация сердечника ротора и смещение магнитов, вызванное центробежной силой, представляют собой часто встречающуюся проблему. Поэтому структура согласно настоящему изобретению особенно полезна для высокооборотного двигателя. Более конкретно, настоящее изобретение может предпочтительно применяться в двигателях с номинальной частотой вращения 10000 об/мин или более или в двигателях с номинальной частотой вращения 15000 об/мин или более.

Дополнительно конкретные формы соответствующих элементов могут отличаться от показанных на соответствующих чертежах. Соответствующие компоненты вариантов и модифицированных примеров, описанных выше, могут соответственно комбинироваться, если при этом не возникает конфликтов.

Промышленная применимость

Настоящее изобретение может применяться в сердечнике ротора, в двигателе и в способе изготовления двигателя.

Перечень ссылочных позиций

1 - двигатель

2 - статор

3 - ротор

9 - центральная ось

21 - корпус

22 - крышка

23 - узел статора

24 - узел нижнего подшипника

25 - узел верхнего подшипника

31 - вал

32, 32В, 32С, 32D, 32 Е - узел ротора

41 - сердечник статора

42 - изолятор

43 - обмотка

51, 51В, 51С, 51D, 51Е - сердечник ротора

52, 52А, 52D - магнит

53D - клей

61, 61А, 61С, 61D - участок магнитного полюса

62, 62А, 62В, 62D, 62Е - лапка

63, 63А, 63В, 63С, 63Е - внешний соединительный участок

64 - внутренний соединительный участок

65 - выступы

70, 70А - пространство для установки магнита

71 - первое пространство

72 - второе пространство

73 - третье пространство

411 - спинка сердечника

511, 511А, 511Е - пластина сердечника

512D - канавка

611, 611А, 611D - периферийно концевая поверхность

612, 612А - радиально концевая поверхность.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструкции сердечников ротора с постоянными магнитами, и способу производства электрических машин. Сердечник ротора состоит из стальных пластин и содержит множество участков магнитных полюсов. Пластины сердечника содержат лапки, выступающие из участков магнитных полюсов в периферийном направлении, и внешние соединительные участки, расположенные радиально снаружи от лапок для соединения участков магнитных полюсов друг с другом. Лапки, имеющие наклонные поверхности от периферии к основаниям лапок, увеличивают жесткость лапок и ограничивают радиальное смещение магнитов наружу под действием центробежной силы. Внешние соединительные участки ограничивают смещение лапок и магнитов, и тем самым дополнительно ограничивают деформацию сердечника ротора под действием центробежной силы. Технический результат состоит в ограничении деформации сердечника ротора и смещении магнитов при уменьшении рассеяния магнитного поля. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Сердечник ротора, состоящий из слоистого стального тела, сформированного путем укладки в осевом направлении одна на другую множества магнитных пластин сердечника, причем пластины сердечника ориентированы ортогонально к центральной оси сердечника, при этом сердечник ротора содержит:
множество участков (61) магнитных полюсов, расположенных в периферийном направлении, причем между соседними участками магнитных полюсов образованы пространства (70) для установки магнитов, при этом каждый из участков (61) магнитных полюсов содержит пару периферийно концевых поверхностей (611), обращенных к пространствам для установки полюсов, и радиально концевую поверхность (612), обращенную к пространству, находящемуся по радиусу снаружи каждого участка магнитного полюса,
причем, по меньшей мере, некоторые из пластин сердечника содержат лапки (62), выступающие из участков (61) магнитных полюсов в периферийном направлении, и внешние соединительные участки (63), расположенные по радиусу снаружи лапок для соединения участков магнитных полюсов друг с другом, и
пространства (70) для установки магнитов расположены между периферийно концевыми поверхностями (611) участков магнитных полюсов и по радиусу внутри пары лапок (62),
при этом лапки (62) имеют наклонные поверхности, проходящие к основаниям лапок при прохождении наклонных поверхностей радиально наружу, а ширина лапок (62) по радиусу увеличивается от концов лапок к их основаниям,
по меньшей мере, некоторые из пластин сердечника имеют первое пространство (71) и вторые пространства (72),
причем первое пространство (71) образовано между парой лапок по радиусу на наружной стороне каждого из пространств (70) для установки магнитов, и каждый из внешних соединительных участков (63) расположен по радиусу снаружи первого пространства, а
вторые пространства (72) образованы между наклонными поверхностями лапок (62) и по радиусу внутренними поверхностями внешних соединительных участков (63).

2. Сердечник по п. 1, в котором радиально наружные поверхности каждого из внешних соединительных участков (63) расположены по радиусу внутри радиально концевых поверхностей (612) каждого из участков магнитного полюса.

3. Сердечник по п. 1, в котором внешние соединительные участки (63) выгнуты радиально наружу.

4. Сердечник по п. 1, дополнительно содержащий внутренний соединительный участок (64), расположенный по радиусу внутри участков (61) магнитных полюсов и проходящий в периферийном направлении, причем между каждым из пространств (70) для установки магнитов и внутренним соединительным участком (64) имеется третье пространство (73).

5. Сердечник по п. 4, дополнительно содержащий множество выступов (65), проходящих по радиусу наружу внутреннего соединительного участка (64), при этом каждый из выступов расположен по существу в том же периферийном положении, что и периферийный центр каждого пространства (70) для установки магнитов.

6. Сердечник по п. 1, в котором все пластины сердечника содержат лапки.

7. Сердечник по п. 1, в котором все пластины сердечника содержат внешние соединительные участки.

8. Двигатель, содержащий:
узел статора и
узел ротора, установленный с возможностью вращения относительно узла статора,
причем узел статора содержит множество зубьев, проходящих радиально относительно центральной оси, и обмотку, выполненную из электропроводной проволоки, намотанной вокруг зубьев, а
узел ротора содержит вал (31), проходящий по центральной оси, сердечник (51) ротора по любому из пп. 1-7, прикрепленный к валу, и множество магнитов (52), расположенных в пространствах (70) для установки магнитов в сердечнике ротора,
причем сердечник (51) ротора расположен радиально внутри относительно зубьев, и каждый из магнитов (52) имеет радиально внешнюю поверхность, по меньшей мере, частично контактирующую с радиально внутренней поверхностью каждой лапки (62).

9. Двигатель по п. 8, в котором сердечник (51) ротора содержит проходящие в осевом направлении канавки (512D), выполненные на границах между периферийно концевыми поверхностями (611) участков магнитных полюсов и по радиусу внутренними поверхностями лапок (62D), и радиальный зазор и периферийный зазор между канавками и углами магнитов превышают радиальный зазор между радиально внутренними поверхностями лапок и магнитами и периферийный зазор между периферийно концевыми поверхностями участков магнитных полюсов и магнитами.

10. Двигатель по п. 8, в котором магниты являются спеченными магнитами на основе феррита.

11. Способ производства двигателя по любому из пп. 8-10, согласно которому:
a) изготавливают сердечник ротора по любому из пп. 1-7 и
b) устанавливают магниты (52) в пространства (70) для установки магнитов.