Способ изготовления ротора электрической машины и устройство для его изготовления

Авторы патента:

Добулевич Владимир Михайлович (RU)

Алексеев Анатолий Федорович (RU)

Михайлов Иван Алексеевич (RU)

Глухов Николай Петрович (RU)

Булатов Юрий Валентинович (RU)

H02K21/02 - конструктивные элементы

H02K15/03 - с постоянными магнитами

H02K1/27 - Электрические машины (измерительные приборы G01; электродинамические реле H01H 53/00; преобразование входной энергии постоянного или переменного тока в выходную энергию требуемого вида H02M 9/00; громкоговорители, микрофоны, адаптеры и подобные электромеханические преобразователи звука H04R)

Владельцы патента RU 2583484:

Открытое акционерное общество "ТВЭЛ" (RU)

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при проектировании и изготовлении высокооборотных электрических машин с постоянными магнитами на роторе. Технический результат - повышение технологичности изготовления ротора. Первоначально изготавливают узел из магнитопровода с закрепленными на нем магнитами и установленным бандажом из высокопрочных волокон, после чего собранный узел устанавливают на вал. При этом установка бандажа на магниты и узла целиком на вал осуществляется с цилиндрическим натягом. Подбор величин натягов обеспечивает передачу крутящего момента между магнитами и валом, а также позволяет управлять напряженно-деформированным состоянием изделия при сборке и при работе на рабочей скорости вращения. Бандаж на магнитах изготавливают из высокопрочных волокон в виде цельного кольца или в виде нескольких колец, которые устанавливаются на один или несколько рядов магнитов. Запрессовка бандажа на магниты происходит по специальной оправке. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Известны роторы высокоскоростных электрических машин, содержащие вал и систему возбуждения в виде расположенных на кольцевом магнитопроводе постоянных магнитов, на которые для увеличения прочности насажена упрочняющая оболочка [«Электрические машины с постоянными магнитами», М.-Л. "Энергия", 1964, с. 51]. Наличие упрочняющей оболочки обеспечивает, в сравнении с неупрочненным вариантом, более высокую скорость вращения ротора.

Известен способ изготовления ротора высокооборотной электрической машины, согласно которому в ферромагнитной втулке (кольцевом магнитопроводе) выполняют аксиально-радиальные прорези, после чего втулку размещают на валу, а магниты устанавливают на втулке, ориентируя при этом оси симметрии прорезей относительно осей полюсов. В прорезях дополнительно размещают пластины из магнитомягкого материала. Полученную магнитную систему охватывают предварительно нагретым упрочняющим кольцом (авторское свидетельство СССР №955.393, М.Кл. H02K 21/02, 1982). Однако недостатком известного способа является наличие в конструкции аксиально-радиальных прорезей, сложных в изготовлении, а также ориентация их осей симметрии относительно осей полюсов, кроме того, сборка узла осложняется необходимостью нагрева упрочняющего кольца.

Известен способ изготовления ротора высокооборотной электрической машины с постоянными магнитами, принятый за прототип для способа изготовления ротора электрической машины, с предварительно изготовленным кольцевым пакетом, состоящим из магнитов, размещенных между упрочняющим кольцом (бандажом) из высокопрочных волокон и втулкой (магнитопроводом) (Патент России №2155430 МПК Н02K 15/03, Н02K 15/02, Н02K 21/14, Н02K 21/02, опубл. 27.08.2000 г.). При этом внутреннюю поверхность втулки и сопрягаемую с ней поверхность вала выполняют коническими. Затем кольцевой пакет напрессовывают на вал, прикладывая усилие вдоль оси вала. Однако посадка пакета магнитов по конусу приводит к неравномерности напряженно-деформированного состояния вдоль оси вращения ротора и росту напряжений в конструкции, вследствие чего уменьшается максимально допустимая скорость вращения. Кроме того, наличие в конструкции сопрягаемых конических поверхностей требует высокой точности их изготовления для обеспечения должного контактного взаимодействия.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в упрощении способа изготовления ротора высокооборотной электрической машины, в том числе упрочнения конструкции ротора генератора с постоянными магнитами в сочетании с повышением допустимой рабочей скорости вращения.

Техническое решение направлено на совершенствование технологии изготовления конструкции ротора генератора с постоянными магнитами.

Изобретение поясняется чертежами.

Фиг. 1 - поперечное сечение ротора электрической машины.

Фиг. 2 - устройство для изготовления ротора электрической машины.

Поставленная задача достигается тем, что в электрической машине (Фиг. 1), содержащей вал (1) с магнитопроводом (2), на котором закреплены постоянные магниты (3), охваченные бандажом из высокопрочных волокон (4), первоначально изготавливают узел из магнитопровода с закрепленными на нем магнитами и установленным бандажом, после чего собранный узел устанавливают на вал.

Бандаж изготавливают в виде цельного кольца или в виде нескольких колец, которые устанавливаются на один или несколько рядов магнитов.

При этом чем меньше протяженность зоны контакта при запрессовке (высота бандажа или высота готового узла), тем меньше требуемое усилие запрессовки.

Установка бандажа на магниты и узла целиком на вал осуществляется с натягом по цилиндрической посадке, что позволяет добиться на поверхности контакта равномерного распределения напряжений.

Перед установкой узла вал изготавливают с диаметром, обеспечивающим натяг для передачи крутящего момента между узлом и валом на рабочей скорости вращения исходя из измеренного диаметра изготовленного узла.

Подбор величин натягов обеспечивает передачу крутящего момента между магнитами и валом, а также позволяет управлять напряженно-деформированным состоянием изделия при сборке и при работе на рабочей скорости вращения. Величины натягов подбираются исходя из сохранения целостности конструкции ротора (недопущения отхода магнитов от магнитопровода) на рабочей скорости вращения и обеспечения допустимого уровня напряжений в деталях на всех режимах работы. При этом бандаж устанавливают на магниты по цилиндрической посадке с натягом меньшим, чем натяг, обеспечивающий передачу крутящего момента между магнитами и валом при работе на рабочей скорости вращения.

Такое соотношение величин натягов может быть достигнуто тем, что перед установкой узла вал изготавливают с диаметром, обеспечивающим натяг для передачи крутящего момента между узлом и валом на рабочей скорости вращения исходя из измеренного диаметра изготовленного узла.

При этом бандаж изготавливается из высокопрочных керамических волокон отдельно от узла методом намотки на жесткую оправку.

Кроме того, для повышения технологичности конструкции магнитопровод может быть изготовлен в виде цельной трубы или в виде отдельных колец, на которых закреплено от одного до нескольких рядов магнитов.

Запрессовка бандажа на магниты происходит по специальным оправкам для изготовления ротора электричсекой машины (Фиг. 2). При этом профиль оправок (5) - угол наклона наружной поверхности β и их длина L рассчитаны таким образом, чтобы обеспечить минимальный уровень напряжений в процессе запрессовки бандажа на магниты. Наружный диаметр D₁ и D₂ оправки для запрессовки бандажа (4) выполняют на одном конце меньше внутреннего диаметра D бандажа, а на другом конце не меньше наружного диаметра магнитов (3). При этом угол наклона наружной поверхности оправки к ее оси β находится в функциональной зависимости f() от следующих параметров:

P=(0,9-1,1)f(L,В,D,D₁,D₂,R),

где:

β - угол наклона наружной поверхности оправки к ее оси, град.;

L - длина рабочей части оправки, мм;

В - ширина бандажа, мм;

D - внутренний диаметр бандажа, мм;

D₁, D₂ - наружные диаметры по концам оправки, мм;

R - радиус скругления торцевой поверхности бандажа к внутреннему диаметру, мм.

Кроме того, длина рабочей части оправки L устройства для изготовления ротора электрической машины находится в функциональной зависимости F() от следующих параметров:

L=(0,9-1,1)F(B,D,D₁,D₂,R,σ),

где:

L - длина рабочей части оправки, мм;

В - ширина бандажа, мм;

D - внутренний диаметр бандажа, мм;

D₁, D₂ - наружные диаметры по концам оправки, мм;

R - радиус скругления торцевой поверхности бандажа к внутреннему диаметру, мм;

σ - предел осевой прочности бандажа, кгс/мм².

Угол наклона наружной поверхности оправки к ее оси и длина рабочей части оправки определяются расчетным или опытным путем.

1. Способ изготовления ротора электрической машины, содержащего вал с магнитопроводом, на котором закреплены постоянные магниты с установленным на них бандажом из высокопрочных волокон, включающий изготовление вала, изготовление узла, состоящего из магнитопровода, закрепленных на нем магнитов и установленного на них бандажа, отличающийся тем, что бандаж изготавливают в виде цельного кольца или в виде нескольких колец, которые устанавливаются на один или несколько рядов магнитов, узел устанавливают на вал по цилиндрической посадке с натягом, который достигается тем, что перед установкой узла вал изготавливают с диаметром, обеспечивающим натяг для передачи крутящего момента между узлом и валом на рабочей скорости вращения, исходя из измеренного диаметра изготовленного узла.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что бандаж устанавливают на магниты по цилиндрической посадке с натягом меньшим, чем натяг, обеспечивающий передачу крутящего момента между магнитами и валом при работе на рабочей скорости вращения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что бандаж изготавливают методом намотки на оправку.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что магнитопровод изготавливают в виде цельной трубы или в виде отдельных колец, на которых закрепляют от одного до нескольких рядов магнитов.

Настоящее изобретение относится к роторам вращающихся электрических машин, самим вращающимся электрическим машинам и способам изготовления роторов вращающихся электрических машин.

Электрогенератор // 2448405

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано для создания генераторов для малооборотных ветро- или гидроустановок.

Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина с аксиальным возбуждением // 2437203

Изобретение относится к области электротехники, в частности к низкооборотным высокомоментным электрическим двигателям, электроприводам и генераторам, касается конструктивного исполнения бесконтактных магнитоэлектрических машин с электромагнитной редукцией с аксиальным возбуждением от постоянных магнитов и может быть использовано в системах автоматики, в военной технике, в космической технике, в бытовой технике, в качестве мотор-колес, мотор-барабанов, стартер-генераторов, электроусилителей руля, грузоподъемных механизмов, электроприводов бетоносмесителей, ленточных транспортеров, насосов для перекачки жидкостей, механизмов с высокими моментами на валу и низкими частотами вращения вала, в качестве прямых приводов без применения механических редукторов, а также в качестве ветрогенераторов, гидрогенераторов, высокочастотных электрических генераторов, синхронных преобразователей частоты и в качестве управляемых шаговых гибридных двигателей.

Бесконтактная редукторная машина с аксиальным возбуждением // 2437200

Изобретение относится к области электротехники, в частности к низкооборотным высокомоментным электрическим двигателям, электроприводам и генераторам, касается конструктивного исполнения бесконтактных электрических машин с электромагнитной редукцией и может быть использовано в системах автоматики, в электроприводах большой и средней мощности судов, троллейбусов, трамваев метро, бетоносмесителей, грузоподъемных механизмов, ленточных транспортеров, механизмов с высокими моментами на валу и низкими частотами его вращения, в качестве прямых приводов без применения механических редукторов, а также в качестве ветрогенераторов, гидрогенераторов, высокочастотных электрических генераторов, синхронных генераторов преобразователей частоты и в качестве управляемых шаговых двигателей.

Бесконтактная редукторная машина с явнополюсным якорем // 2416861

Изобретение относится к области электротехники, в частности к низкооборотным высокомоментным электрическим двигателям, электроприводам и генераторам, касается конструктивного исполнения бесконтактных электрических машин с электромагнитной редукцией с комбинированным возбуждением индуктора и может быть использовано в системах автоматики, в качестве мотор-колес, мотор-барабанов, стартер-генераторов, электроусилителей руля, прямых приводов в бытовой технике, электроприводов большой и средней мощности судов, троллейбусов, трамваев метро, бетоносмесителей, грузоподъемных механизмов, ленточных транспортеров, насосов для перекачки жидкостей, механизмов с высокими моментами на валу и низкими частотами его вращения, в качестве прямых приводов без применения механических редукторов, а также в качестве ветрогенераторов, гидрогенераторов, высокочастотных электрических генераторов, синхронных генераторов преобразователей частоты и в качестве управляемых шаговых двигателей.

Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина с явнополюсным якорем // 2416860

Изобретение относится к области электротехники, в частности к низкооборотным высокомоментным электрическим двигателям, электроприводам и генераторам, касается конструктивного исполнения бесконтактных магнитоэлектрических машин с электромагнитной редукцией и может быть использовано в системах автоматики, в бытовой технике, в качестве мотор-колес, мотор-барабанов, стартер-генераторов, электроусилителей руля, грузоподъемных механизмов, электроприводов бетоносмесителей, ленточных транспортеров, насосов для перекачки жидкостей, механизмов с высокими моментами на валу и низкими частотами вращения вала, в качестве прямых приводов без применения механических редукторов, а также в качестве ветрогенераторов, гидрогенераторов, высокочастотных электрических генераторов, синхронных преобразователей частоты и в качестве управляемых шаговых двигателей.

Трехфазный синхронный двигатель // 2410822

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в трехфазных машинах с возбуждением от постоянных магнитов. .

Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина // 2407135

Изобретение относится к области электротехники и касается конструкций бесконтактных редукторных магнитоэлектрических машин с электромагнитной редукцией, предназначенных для использования в качестве мотор-колес, мотор-барабанов, прямых приводов в бытовой технике (электромясорубки, стиральные машины и пр.), электроприводов бетономестителей, грузоподъемных механизмов, ленточных транспортеров, насосов для перекачки жидкостей, механизмов с высокими моментами на валу и низкими частотами вращения вала, а также в качестве высокочастотных электрических генераторов.

Однофазный бесконтактный магнитоэлектрический генератор // 2393615

Изобретение относится к области электротехники, в частности - к однофазным электрическим генераторам с постоянными магнитами, и может быть использовано в автономных системах электрооборудования, в автоматике и бытовой технике, на авиационном и автомобильном транспорте, в качестве ветрогенераторов, высокочастотных электрических генераторов и синхронных преобразователей частоты однофазного переменного тока, а также при выпрямлении переменной ЭДС при помощи неуправляемых и управляемых полупроводниковых вентилей - в качестве генераторов постоянного тока, возбудителей синхронных генераторов передвижных мини-электростанций, подвозбудителей главных возбудителей синхронных генераторов на стационарных электростанциях.

Бесконтактная редукторная электрическая машина с комбинированным возбуждением // 2390086

Изобретение относится к области электротехники, в частности к низкооборотным высокомоментным электрическим двигателям, электроприводам и генераторам, касается особенностей конструктивного исполнения бесконтактных электрических машин с электромагнитной редукцией, и может быть использовано в системах автоматики, в качестве мотор-колес, мотор-барабанов, стартер-генераторов, электроусилителей руля, электроприводов большой и средней мощности судов, транспортных средств, бетоносмесителей, грузоподъемных механизмов, ленточных транспортеров, насосов для перекачки жидкостей, механизмов с высокими моментами на валу и низкими частотами его вращения, а также в качестве ветрогенераторов, гидрогенераторов, высокочастотных электрических генераторов и синхронных генераторов преобразователей частоты.

Ротор высокоскоростного генератора // 2552846

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в высокоскоростных электрических генераторах. Техническим результатом является повышение надежности и долговечности ротора высокоскоростного генератора, а также повышение его энергетических характеристик.

Способ намагничивания ротора электромашины, намагничивающая система для ротора электромашины и способ изготовления ротора электромашины // 2549835

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам. Технический результат состоит в упрощении намагничивания.

Ротор погружного электродвигателя // 2537966

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электродвигателям с постоянными магнитами, применяемым, например, в погружном электроприводе для подъема пластовой жидкости.

Постоянный магнит, способ его изготовления, и ротор и двигатель с внутренним постоянным магнитом(ipm) // 2516005

Способ изготовления для постоянного магнита включает этапы: а) изготовление постоянного магнита (1), (b) разламывание постоянного магнита (1) для получения двух или более отдельных частей (13) и с) восстановление постоянного магнита (1) путем соединения поверхностей разлома смежных отдельных частей (13) вместе.

Ротор и способ изготовления ротора электрической машины // 2499342

Изобретение относится к области электротехники и касается изготовления роторов электрических машин. Предложен способ изготовления ротора (14) для электрической машины (13), включающий следующие стадии его осуществления: а) изготовление магнитного элемента (8) посредством склеивания друг с другом постоянных магнитов (1, 1', 1", 1'") с помощью первого клея, при этом каждый постоянный магнит (1, 1', 1", 1'") имеет одну сторону (2) с магнитным северным полюсом (N) и одну сторону (3) с магнитным южным полюсом (S), при этом постоянные магниты (1, 1', 1", 1'") при склеивании расположены так, что стороны магнитных северных полюсов (N) или стороны магнитных южных полюсов (S) образуют общую нижнюю сторону (3, 3', 3", 3'") магнитного элемента (8), при этом первый клей в затвердевшем состоянии имеет твердую консистенцию; b) склеивание нижней стороны магнитного элемента (8) с ярмом (12) с помощью второго клея, при этом второй клей в затвердевшем состоянии является мягким и эластичным, что исключает разрыв второго клея при повышении температуры расширения магнитного элемента (8) и ярма (12).

Способ изготовления ротора внешнероторного двигателя и ротор внешнероторного двигателя // 2493644

Изобретение относится к области электротехники, касается технологии электрических машин, в частности способов изготовления ротора для двигателя с внешним ротором.

Синхронная машина // 2486653

Изобретение относится к электротехнике, к роторам для электрических машин. .

Способ сборки магнитного полюса и соответствующего ротора // 2485661

Изобретение относится к способу сборки, по меньшей мере, одного магнитного полюса ротора двигателя вращающейся синхронной электрической машины из единичных элементов, причем ротор содержит сердечник.

Способ установки втулки вокруг части вала по прессовой посадке // 2475925

Изобретение относится к области электротехники, в частности к технологии изготовления электрических машин, и может быть использовано, например, при установке втулки вокруг вала ротора с постоянными магнитами электрической машины, либо в других устройствах, где втулка должна быть неподвижно закреплена на части вала и при этом должна подвергаться воздействию вращающих усилий, в частности, при высокой частоте вращения.

Система и способ для намагничивания роторов типа постоянных магнитов в электрических машинах // 2412516

Изобретение относится к области электротехники и касается электрических машин, в частности электрических машин, имеющих роторы типа постоянных магнитов. .

Статор ветроэлектрогенератора // 2581595

Изобретение относится к области ветроэнергетики, в частности к ветроэлектрогенераторам сегментного типа. Технический результат - уменьшение массы и габаритов ветроэлектрогенератора.