РОТОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С НАРУЖНОЙ ОБОЛОЧКОЙ, ОБРАЗОВАННОЙ ПУТЕМ НАМОТКИ, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАКОГО РОТОРА И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С ТАКИМ РОТОРОМ Российский патент 2018 года по МПК H02K1/27 

Изобретение относится к ротору электродвигателя с постоянными магнитами, к способу изготовления такого ротора и к электродвигателю, содержащему такой ротор.

Известны роторы электродвигателей, содержащие металлический магнитопровод с постоянными магнитами, закрепленными по его окружности. Постоянные магниты могут быть, например, приклеены к магнитопроводу.

В результате центробежных сил магниты могут оторваться от магнитопровода, и для предотвращения этого магниты помещают в стальные втулки, также называемые обоймами, плотно прилегающие к магнитопроводу и магнитам. Для достаточно плотного прилегания втулки необходимо точно установить ротор и магниты, а внутренний диаметр втулки подвергнуть точной механической обработке. Поскольку от толщины втулки зависит размер зазора между магнитопроводом ротора и статором, необходимо отрегулировать наружный диаметр втулки посредством механической обработки после установки втулки на магнитопровод и магниты.

В документе US 4930201 А указано, что такая втулка имеет недостатки, заключающиеся в повышении инерции ротора и в содействии появлению вихревых токов в двигателе. Предложено заменить стальную втулку оболочкой, образованной путем намотки нитей из стекловолокна, арамидного и эпоксидного волокна, погруженных в полимер. Такая оболочка имеет несколько преимуществ:

- обеспечивает меньшую инерцию по сравнению со стальной втулкой;

- не электропроводна, и поэтому не способствует протеканию вихревых токов;

- оболочка имеет меньший коэффициент теплового расширения, чем магнитопровод, поэтому нагрев ротора повышает сжимающее действие оболочки на магнитопровод.

Тем не менее, такое устройство сложно в изготовлении. Нить предварительно пропитывается полимером в жидкой или вязкой форме, из-за чего с ней становится трудно обращаться. Можно применить пропитку полимером после намотки нитей, но это добавляет дополнительную операцию и требует равномерного распределения полимера по всей поверхности оболочки и по ее толщине.

Задачей изобретения является разработка простого в изготовлении ротора.

Указанная задача решается путем преобразования технологии намотки, обычно используемой при изготовлении индукционных катушек и катушек возбуждения, в технологию изготовления оболочек для роторов электродвигателей.

Обычно для изготовления таких катушек используется электропроводный металлический провод, покрытый электроизоляционным слоем, который в свою очередь имеет оболочку из термоадгезионного материала в твердой форме. Провод наматывается соприкасающимися витками на тело и затем нагревается, чтобы термоадгезионный материал соседних витков полимеризовался, и витки прикрепились друг к другу.

Согласно изобретению ротор электродвигателя содержит магнитопровод, закрепленные по его окружности магниты и провод, намотанный соприкасающимися витками на магнитопровод и магниты. При этом провод включает в себя металлический сердечник, окруженный электроизоляционным слоем, покрытым наружной оболочкой из термоадгезионного материала, причем витки адгезионно соединены между собой в соприкасающихся областях наружной оболочки провода.

Кроме того, объектом изобретения является также способ изготовления ротора электродвигателя, включающий в себя этапы на которых:

- крепят магниты по окружности магнитопровода ротора;

- наматывают соприкасающимися витками на магнитопровод и магниты провод, имеющий металлический сердечник с электроизолирующим слоем, покрытым наружной оболочкой из термоадгезионного материала в твердой форме;

- нагревают провод для адгезионного соединения витков между собой в соприкасающихся областях наружной оболочки провода.

Еще одним объектом изобретения является электродвигатель, содержащий статор, ограничивающий полость для размещения в ней с возможностью вращения описанного выше ротора.

Другие особенности и преимущества изобретения станут более понятны из дальнейшего описания вариантов его осуществления со ссылками не чертежи.

На фиг. 1 схематично показан электродвигатель в соответствии с изобретением, вид в поперечном разрезе;

на фиг. 2 схематично показана часть электродвигателя, вид в продольном разрезе;

на фиг. 3 - зона III на фиг. 2, вид в увеличенном масштабе;

на фиг. 4 - то же, но в другом варианте выполнения;

на фиг. 5 схематично показан первый вариант завершения намотки, вид с частичным продольным разрезом;

на фиг. 6 - второй вариант завершения намотки, вид в продольном разрезе;

на фиг. 7 - третий вариант завершения намотки, вид в продольном разрезе.

Как показано на фиг. 1-3, электродвигатель в соответствии с изобретением содержит статор 1 стандартного типа, содержащий корпус для прохождения магнитного потока. Корпус ограничивает полость 2, в которой расположен с возможностью вращения ротор 3.

Ротор 3 имеет по существу цилиндрический магнитопровод 4 и постоянные магниты 5, закрепленные по окружности магнитопровода 4. Магниты 5 расположены в наружных выемках магнитопровода 4 и приклеены к нему. Конструкция магнитопровода 4 и магнитов 5 известна специалистам в данной области техники.

Ротор 3 также содержит провод 6, намотанный соприкасающимися витками на магнитопровод 4 и магниты 5, образуя оболочку для удерживания магнитов 5 на магнитопроводе 4. В данном примере провод намотан в два слоя, витки касаются парами в пределах одного слоя, а также касаются между слоями. Таким образом, шаг намотки равен наружному диаметру провода 6. Натяжение провода 6 выбрано таким, чтобы провод 6 плотно прилегал к магнитопроводу 4 и магнитам 5.

Провод 6 имеет металлический сердечник 7, окруженный электроизоляционным слоем 8, который, в свою очередь, покрыт наружной оболочкой 9 из термоадгезионного материала в твердой форме. Витки, образованные проводом 6, адгезионно соединены между собой в соприкасающихся областях наружной оболочки провода. Например, наружный диаметр провода 6 составляет 0,1 мм, а толщины электроизолирующего слоя 8, и наружной оболочки 9 составляют по несколько микрометров. В данном примере металлический сердечник 7 выполнен из немагнитной стали. Этот материал обладает тем преимуществом, что он, также как и магнитопровод 4, выполнен из стали, поэтому провод 6 и магнитопровод 4 имеют одинаковые коэффициенты расширения, и нет необходимости учитывать возможные различия в расширении этих элементов при определении натяжения провода 6.

Концы провода 6 свободно расположены на магнитопроводе 4 и адгезионно связаны с лицевыми частями наружной оболочки 9 провода.

Оболочка ротора выполнена так, чтобы удерживать магниты 5 на магнитопроводе 4. Хотя металлический сердечник 7 провода 6 обладает электропроводностью, провод 6 не проводит вихревые токи из-за электроизоляционного слоя 8.

Способ изготовления такого ротора включает в себя следующие этапы:

- крепят магниты 5 по окружности магнитопровода 4, например, посредством адгезионного соединения;

- наматывают соприкасающимися витками провод 6 на магниты 5 и магнитопровод 4;

- нагревают провод 6 для полимеризации термоадгезионного материала наружной оболочки 9 провода и адгезионного соединения витков между собой в соприкасающихся областях наружной оболочки 9 провода.

Провод 6 наматывается намоточной машиной. Так как термоадгезионный материал наружной оболочки 9 провода имеет твердую или сухую форму, проводом 6 легко манипулировать, в частности, при использовании намоточной машины.

Нагрев осуществляют на основе эффекта Джоуля путем пропускания через металлический сердечник 7 провода 6 электрического тока необходимой силы. В данном примере выполнения нагрев осуществляют непосредственно в намоточной машине сразу после завершения намотки. Благодаря нагреванию термоадгезионный материал полимеризуется, тем самым связывая между собой соприкасающиеся части наружной оболочки 9 провода. Это приводит к тому, что витки в некоторой степени адгезионно связываются и с магнитопроводом 4.

В варианте выполнения, показанном на фиг. 4, провод 6 наматывается в два слоя, а витки в каждом слое не соприкасаются. Тем не менее, витки одного слоя касаются витков другого слоя, т.е. каждый виток наружного слоя опирается на два смежных витка внутреннего слоя. В этом случае шаг намотки должен быть больше наружного диаметра провода 6 и меньше двойного диаметра провода 6.

Для вариантов выполнения, соответствующих фиг. 5-7, способ включает в себя дополнительный этап закрепления по меньшей мере одного конца провода 6 на магнитопроводе 4. Закрепление концов провода 6 позволяет концам провода 6 не выступать за пределы ротора 3. Это упрощает обращение с ротором 3 и гарантирует надлежащий контроль его максимального диаметра.

Как показано на фиг. 5, концы провода 6 прижаты к части 10 магнитопровода 4, имеющей форму усеченного конуса, и на этой части 10 закреплен колпачок 11 в виде кольца с внутренней конической поверхностью, так что концы провода 6 оказываются закрытыми. Как вариант, каждому концу провода 6 может соответствовать свой колпачок 11, в частности, при нечетном количестве слоев, когда концы провода 6 расположены с противоположных сторон намотки.

В варианте выполнения, показанном на фиг. 6, каждый конец провода 6 вставлен в отверстие 13 в магнитопроводе 4. Отверстие 13 может быть сквозным или глухим.

На фиг. 7 показан вариант выполнения, согласно которому каждый конец провода 6 вставлен в три отверстия 13 в магнитопроводе 4 так, чтобы они прилегали друг к другу. По меньшей мере два отверстия 13 являются сквозными, а конец провода 6 проходит через отверстия 13 и переплетается между ними, образуя петлю, которая обеспечивает закрепление конца провода 6.

Разумеется, изобретение не ограничивается описанными вариантами его осуществления и охватывает любой вариант в пределах объема формулы изобретения.

В частности, металлический сердечник 7 может быть выполнен не из стали, а из другого металла, например, из алюминия или меди. Металлический сердечник 7 может быть также выполнен из магнитной стали, в частности, когда магниты имеют сравнительно большие кольцевые размеры, ограничивая тем самым потери в местах сопряжения, поскольку между крайней магнитной частью ротора 3 (то есть проводом 6) и статором 1 можно получить маленький воздушный зазор.

Провод 6 может быть намотан только в один слой или более чем в два слоя.

Колпачок 11 может иметь другую форму, кроме описанной выше.

Провод 6 может нагреваться на намоточной машине или после того, как магнитопровод 4 с намотанным на него проводом 6 будет извлечен из намоточной машины. При этом необходимо предусмотреть, чтобы концы провода 6 были закреплены во избежание их разматывания до нагревания.

Изобретение относится к ротору электродвигателя. Ротор (3) электродвигателя содержит магнитопровод (4), закрепленные на нем по окружности магниты (5) и провод (6), намотанный соприкасающимися витками на магнитопровод (4) и магниты (5). Провод (6) содержит металлический сердечник, окруженный электроизолирующим слоем, покрытым наружной оболочкой из термоадгезионного материала. При этом витки провода адгезионно соединены между собой в соприкасающихся областях наружной оболочки провода. Кроме того, изобретение относится к способу изготовления такого ротора и к электродвигателю с таким ротором. Техническим результатом является упрощение изготовления ротора. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Ротор (3) электродвигателя, содержащий магнитопровод (4), закрепленные по его окружности магниты (5) и провод (6), намотанный соприкасающимися витками на магнитопровод (4) и магниты (5), отличающийся тем, что провод (6) включает в себя металлический сердечник (7), окруженный электроизолирующим слоем (8), покрытым наружной оболочкой (9) из термоадгезионного материала, при этом витки адгезионно соединены между собой в соприкасающихся областях наружной оболочки провода (9), по меньшей мере один конец провода (6) вставлен в по меньшей мере одно отверстие (13) в магнитопроводе (4), на магнитопроводе (4) закреплен по меньшей мере один колпачок (11), закрывающий по меньшей мере один конец провода (6), часть (10) магнитопровода (4) имеет форму усеченного конуса, а указанный конец провода (6) прижат к этой части, причем на указанной части (10) закреплен колпачок (11) в виде кольца с конической внутренней поверхностью, закрывающий концы провода (6).

2. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что металлический сердечник (7) выполнен из стали.

3. Ротор по п. 2, отличающийся тем, что сталь является немагнитной.

4. Ротор по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один конец провода (6) вставлен в несколько отверстий (13) в магнитопроводе (4).

5. Способ изготовления ротора электродвигателя, включающий в себя этапы, на которых:

- крепят магниты по окружности магнитопровода ротора;

- наматывают соприкасающимися витками на магнитопровод с магнитами провод, имеющий металлический сердечник с электроизолирующим слоем, покрытым наружной оболочкой из термоадгезионного материала в твердой форме;

- нагревают провод для адгезионного соединения витков между собой в соприкасающихся областях наружной оболочки провода и закрепляют на магнитопроводе по меньшей мере один конец провода, при этом на магнитопроводе (4) закрепляют по меньшей мере один колпачок (11), закрывающий по меньшей мере один конец провода (6), указанный конец провода (6) прижимают к части (10) магнитопровода (4), имеющей форму усеченного конуса, и к этой части (10) прикрепляют колпачок (11) в виде кольца с конической внутренней поверхностью, закрывающий концы провода (6).

6. Способ по п. 5, в котором нагрев осуществляют на основе эффекта Джоуля путем пропускания электрического тока через металлический сердечник провода.

7. Способ по п. 5, в котором намотку и нагрев осуществляют в намоточной машине.

8. Электродвигатель, содержащий статор, ограничивающий полость, в которой расположен с возможностью вращения ротор по любому из пп. 1 - 4.