Способ изготовления электрической машины

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, в частности к технологии изготовления электрических машин, и может использоваться, например, при изготовлении статоров и роторов электродвигателей, а также при изготовлении электромагнитных реле и электромагнитов. Согласно предлагаемому способу изготовления электрической машины, для получения статора и/или ротора в диамагнитный материал, находящийся в жидком состоянии, вводят твердые частицы ферромагнитного материала. Заливают полученную смесь в форму, соответствующую форме ярма со сформированными местами полюсов. Устанавливают индуктор однонаправленного магнитного поля, располагая чередующиеся отрицательные и положительные полюсы индуктора напротив сформированных мест полюсов формы. Проводят выдержку смеси в однонаправленном магнитном поле до затвердевания диамагнитного материала. Технический результат, достигаемый использованием данного изобретения, состоит в повышении технологичности процесса изготовления электрической машины за счет применения литьевой технологии при обеспечении одновременного формирования ярма, полюсов и обмотки. При этом достигается анизотропное повышение магнитной проводимости за счет применения в качестве магнитопровода пространственно ориентированных твердых частиц ферромагнетика. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, в частности к технологии изготовления статоров электрических машин, может использоваться, например, при изготовлении статоров электродвигателей, при изготовлении электромагнитных реле, электрических магнитов и т.д.

Широко известен способ сборки статоров электродвигателей из отдельных листов электротехнической стали. В стальном листе с помощью штампа одновременно вырубают ярмо, главные и дополнительные полюсы, htpp://principact.ru.

Известен способ изготовления статора бесщеточного электродвигателя постоянного тока, патент РФ на изобретение №2287888, Н02К 15/02, 2006. Согласно данному способу формируют в форме ленты материал заднего ярма путем штамповки листовой кремнистой стали, формируют само ярмо статора спиралевидной укладкой материала заднего ярма, формируют полюса с использованием магнитного порошка железа путем его спекания, соединяют полюса с задним ярмом, покрывают полюса изоляционной бумагой, наматывают обмотки вокруг внешних круговых поверхностей полюсов. Недостатками являются сложность и трудоемкость технологического процесса, включающего процессы штамповки, сборки листов ярма, формирование ярма, получения полюсов и сборки статора. Необходимость точной выдержки размеров зазоров при спиралевидной укладке материала заднего ярма, необходимость применения каркасов при соединении полюсов с задним ярмом и при укладке обмотки усложняют процесс изготовления статора.

Известен беспазовый цилиндрический статор электрической машины по патенту РФ на изобретение №2206168, Н02К 1/12, 2003. Ярмо статора выполнено сборным из кольцеобразных стальных пластин и соединенных между собой монолитных колец из ленточной электротехнической стали с наружными прорезями, заполненными клеевой ферромагнитной массой. Между шихтованным ярмом и распределенным активным слоем введена прослойка из клеевой армированной ферромагнитной массы. Заполнение зазоров ферромагнитной клеевой массой позволяет уменьшить магнитное сопротивление, облегчить прохождение магнитного потока в соседних пластинах ярма, несколько упрощает технологию сборки ярма. Однако весь процесс изготовления статора остается трудоемким, и в стальных пластинах ярма в процессе работы статора возникают вихревые токи, снижающие магнитную проводимость.

В качестве ближайшего аналога заявляемому техническом решению выбран патент РФ на изобретение №2269856, Н02К 1/14, 2005 «Узел статора электродвигателя и способ его изготовления», по которому известно применение железного порошка для изготовления статора. Согласно способу изготовления узла статора электродвигателя изготавливают множество яремных пластин путем вырубки из стальной пластины, изготавливают ярмо путем наслаивания яремных пластин слой за слоем, далее наполняют предварительно определенную пресс-форму материалом в виде железного порошка, изготавливают полюс путем прессования и нагревания железного порошка при предварительно определенных давлении и температуре. Формируют каркас полюса путем впрыскивания в пресс-форму изолирующего материала, наматывают на каркас обмотку, соединяют полюс и ярмо. Недостатками также являются высокая трудоемкость процесса изготовления статора, сложность обеспечения точности сборки, наличие ЭДС в стальных пластинах ярма.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение технологичности изготовления электрической машины, повышение ее КПД.

Технический результат заключается в повышении технологичности изготовления статора и ротора электрической машины, в повышении их анизотропной магнитной проводимости.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления электрической машины, включающем формирование ярма статора, полюсов, согласно изобретению в диамагнитный материал, находящийся в жидком состоянии, вводят твердые частицы ферромагнитного материала, заливают полученную смесь в форму, соответствующую форме ярма статора со сформированными местами полюсов, устанавливают индуктор однонаправленного магнитного поля, располагая чередующиеся отрицательные и положительные полюсы индуктора напротив сформированных мест полюсов формы, подают напряжение на индуктор, проводят выдержку смеси в однонаправленном магнитном поле до затвердевания диамагнитного материала, извлекают статор из формы. В аналогичном способе, включающем формирование ярма ротора в диамагнитный материал, находящийся в жидком состоянии, вводят твердые частицы ферромагнитного материала, заливают полученную смесь в форму, твердые частицы ферромагнитного материала неодинакового размера, заливают полученную смесь в форму, соответствующую форме ярма ротора со сформированными местами полюсов, устанавливают индуктор однонаправленного магнитного поля, располагая чередующиеся отрицательные и положительные полюсы индуктора напротив сформированных мест полюсов формы, подают напряжение на индуктор, проводят выдержку смеси в однонаправленном магнитном поле до затвердевания диамагнитного материала, извлекают ротор из формы. Перед заливкой смеси в форме со сформированными местами полюсов фиксируют обмотку.

Технический результат обеспечивается тем, что в диамагнитный материал, находящийся в жидком состоянии, вводят твердые частицы ферромагнитного материала, заливают полученную смесь в форму, проводят выдержку смеси в однонаправленном магнитном поле до затвердевания диамагнитного материала, этим обеспечивается формирование тела ярма из диамагнитного материала, внутри которого сформированы нитевидные магнитопроводящие образования из твердых частиц ферромагнитного материала, проводящие магнитный поток за счет того, что они определенным образом выстраиваются по линиям магнитного поля. За счет этого технология изготовления статора и ротора значительно упрощается. Использование для заливки смеси формы со сформированными местами полюсов, установка индуктора однонаправленного магнитного поля таким образом, что чередующиеся отрицательные и положительные полюсы индуктора располагают напротив сформированных мест полюсов, позволяет при формировании ярма литьевым способом одновременно сформировать полюсы ярма с анизотропной магнитной проводимостью. Введение в диамагнитный материал, находящийся в жидком состоянии, твердых частиц ферромагнитного материала неодинаковой длины позволяет обеспечить их пространственную мобильность в жидкой смеси под действием магнитного поля. Это позволяет исключить взаимное отталкивание соседних нитевидных магнитопроводящих образований друг от друга в теле сформированных статора и ротора. Использование множества мелких магнитопроводящих частиц обусловлено также задачей снижения вихревых токов. Создание однонаправленного магнитного поля для формирования магнитопроводящих нитевидных образований необходимо для исключения хаотичного движения частиц ферромагнитного материала под действием гистерезиса. Фиксирование обмотки в форме до заливки смеси позволяет получить после отверждения связующего статор и ротор с уложенной обмоткой.

На фигуре 1 представлена схема расположения индуктора однонаправленного магнитного поля в форме с заливаемой смесью для изготовления статора.

На фигуре 2 представлена схема расположения индуктора однонаправленного магнитного поля в форме с заливаемой смесью для изготовления ротора.

Способ изготовления статора электрической машины осуществляют следующим образом. В форме 1, имеющей выступы 2 для полюсов, закрепляют обмотку 3, заливают в форму 1 смесь 4 из диамагнитного материала, находящегося в жидком состоянии и твердых частиц ферромагнитного материала. В качестве диамагнитного материала возможно применение компаунда, эпоксидных смол, иных твердеющих составов с диэлектрическими свойствами. В качестве частиц ферромагнитного материала используют мелкую просеянную и промытую в растворителе стружку трансформаторной стали. Возможно использование мелких кристаллов ферромагнетика. В смеси используют частицы неодинакового размера. Размеры твердых частиц от долей миллиметра до нескольких миллиметров не исключают возможности их перемещения внутри смеси под действием внешнего магнитного поля. В отверстие для установки ротора вставляют индуктор 5 однонаправленного магнитного поля. Чередующиеся отрицательные 6 и положительные 7 полюсы индуктора располагают напротив выступов 2 формы для формирования полюсов статора. Подают напряжение на индуктор 5 и обмотку 3. Под действием однонаправленного магнитного поля частицы ферромагнитного материала выстраиваются в нитевидные магнитопроводящие образования, в результате чего получают множественные замкнутые цепи 8. Под действием данного поля частицы ферромагнитного материала ориентируются в смеси в направлении, создающем минимальное сопротивление полям, генерируемым обмоткой статора, т.е. создают анизотропную магнитную проницаемость ярма электрической машины. Для того чтобы отдельные твердые частицы ферромагнетика соседних цепей 8 не совпадали по заряженности полюсов и не отталкивались друг от друга, т.е. были расположены по отношению друг к другу с разным шагом, используют ферромагнитные частицы неодинаковой длины. После того как сформируются замкнутые магнитопроводящие цепи 8 с максимальной магнитной проницаемостью, проводят выдержку смеси 4 в однонаправленном магнитном поле до затвердевания диамагнитного материала. Это необходимо для обеспечения пространственной фиксации твердых частиц ферромагнитного материала. Далее снимают напряжение с индуктора 5 однонаправленного магнитного поля и обмотки 3, извлекают статор из формы 1.

В способе изготовления ротора электрической машины между выступами для полюсов формы 9 фиксируют обмотку 10, заливают в форму 9 смесь 4 из диамагнитного материала, находящегося в жидком состоянии и твердых частиц ферромагнитного материала. Устанавливают форму 9 в отверстие индуктора однонаправленного магнитного поля 11, располагая чередующиеся отрицательные 12 и положительные 13 полюсы индуктора напротив выступов 14 формы для формирования полюсов статора. Подают напряжение на индуктор однонаправленного магнитного поля 11 и обмотку 10. Проводят выдержку смеси 4 в однонаправленном магнитном поле до затвердевания диамагнитного материала. Снимают напряжение с индуктора 11 однонаправленного магнитного поля и обмотки 10, извлекают ротор из формы 9.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить технологичность изготовления электрической машины за счет применения литьевой технологии с одновременным формированием ярма, полюсов и обмотки. Повышение магнитной проводимости достигается за счет применения в качестве магнитопровода большого количества пространственно ориентированных твердых частиц ферромагнетика.

1. Способ изготовления электрической машины, включающий формирование ярма статора, полюсов, отличающийся тем, что в диамагнитный материал, находящийся в жидком состоянии, вводят твердые частицы ферромагнитного материала неодинакового размера, заливают полученную смесь в форму, соответствующую форме ярма статора со сформированными местами для полюсов, устанавливают индуктор однонаправленного магнитного поля, располагая чередующиеся отрицательные и положительные полюсы индуктора напротив сформированных в форме мест для полюсов, подают напряжение на индуктор, проводят выдержку смеси в однонаправленном магнитном поле до затвердевания диамагнитного материала, извлекают статор из формы.

2. Способ изготовления электрической машины по п.1, отличающийся тем, что перед заливкой смеси в форме, соответствующей форме ярма статора со сформированными местами для полюсов, фиксируют обмотку статора, при подаче напряжения на индуктор однонаправленного магнитного поля подают напряжение на обмотку статора.

3. Способ изготовления электрической машины, включающий формирование ярма ротора, полюсов, отличающийся тем, что в диамагнитный материал, находящийся в жидком состоянии, вводят твердые частицы ферромагнитного материала неодинакового размера, заливают полученную смесь в форму, соответствующую форме ярма ротора со сформированными местами для полюсов, устанавливают индуктор однонаправленного магнитного поля, располагая чередующиеся отрицательные и положительные полюсы индуктора напротив сформированных в форме мест для полюсов, подают напряжение на индуктор, проводят выдержку смеси в однонаправленном магнитном поле до затвердевания диамагнитного материала, извлекают ротор из формы.

4. Способ изготовления электрической машины по п.3, отличающийся тем, что перед заливкой смеси в форме, соответствующей форме ярма ротора со сформированными местами для полюсов, фиксируют обмотку ротора, при подаче напряжения на индуктор однонаправленного магнитного поля подают напряжение на обмотку ротора.