Способ изготовления ротора с постоянными магнитами
METHOD FOR MANUFACTURING A ROTOR WITH PERMANENT MAGNETS

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в электрических машинах с постоянными магнитами для повышения технологичности изготовления магнитной системы ротора.
Известен ротор и способ изготовления ротора электрической машины [заявка № JP2012138975A, B23K26/00, B23K26/382, H01F7/02, H02K15/03, опубл. 19.07.2012 г.], согласно которому постоянный магнит разделяют на множество разъемных частей путем разрезания, с последующим облучением лазером по меньшей мере одной из противоположных поверхностей частей постоянного магнита, при этом формируется оксидная кромка, выполняющая роль изоляции. Далее части постоянного магнита соединяются между собой в местах оксидных кромок.
Недостатком способа изготовления ротора является высокая стоимость оборудования, высокая трудоемкость изготовления.
Известен способ изготовления постоянного магнита для электрической машины [заявка WO2020030241A1, H01F41/02, опубл. 13.02.2020 г.], заключающийся в том, что в постоянном магните выполняют одну или несколько канавок, разделяющих постоянный магнит не менее чем на две секции, причем одна или несколько канавок соединены между собой одной или несколькими перемычками и в которых глубина одной или нескольких канавок равна глубине постоянного магнита, при этом указанная канавка заполнена изоляционным материалом, в частности полимерным пластиком или акриловым пластиком, после чего магниты устанавливаются на ротор.
Недостатком такого способа изготовления ротора является невысокая технологичность изготовления магнитной системы ротора.
Известна конструкция ротора электрической машины [полезная модель РФ № 56738 U1, H02K 1/27, H02K 1/28, опубл. 10.09.2006 г.], содержащая магнитную систему с полюсами, образованными постоянными магнитами сегментного типа, причем на валу установлены соосно цилиндрические секции, разделенные кольцевыми немагнитными перегородками, при этом наружные кромки торцевых поверхностей секций магнитов и перегородок, а также внешние кромки внутренних торцевых поверхностей торцевых крышек и краевых секций магнитов сопрягаются по коническим поверхностям, что обеспечивает создание дополнительных радиальных усилий, прижимающих магниты к магнитопроводу при осевом сжатии ротора.
Недостатком такой конструкции является невысокая технологичность изготовления магнитной системы ротора, высокая трудоемкость изготовления.
Известен способ изготовления имеющего форму диска или кольца элемента статора или ротора [патент РФ № 2276633C2, B23H 1/00, B23H 9/10, опубл. 20.05.2006 г.] со множеством лопаток, расположенных одна за другой по окружности элемента, заключающийся в том, что в заготовке элемента статора или ротора электроэрозионным методом одновременно выжигают по меньшей мере часть каждого из множества каналов в первой группе каналов, которые образуют расположенные между ними в окружном направлении лопатки, причем после электроэрозионной обработки части первой группы каналов  заготовку поворачивают на определенный угол, после чего электроэрозионным методом выжигают по меньшей мере часть каждого из множества каналов во второй группе каналов.
Недостатком способа изготовления ротора является невысокая технологичность изготовления, высокая трудоемкость изготовления магнитной системы ротора.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ изготовления постоянного магнита для электрической машины и электрическая машина [патент ЕР2760112А1, H02K1/17, H02K1/27, H02K15/03, опубл. 30.07.2014 г.], заключающийся в том, что в постоянных магнитах, расположенных по окружности ротора, выполнены по одной или несколько канавок, разделяющих постоянный магнит не менее чем на два сегмента, причем одна или несколько канавок соединены между собой перемычками, а глубина одной или нескольких канавок меньше глубины постоянного магнита, при этом указанная канавка заполнена изоляционным материалом.
Недостатком ближайшего аналога является невысокая технологичность и высокая трудоемкость способа изготовления магнитной системы ротора.
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей способа, повышение эффективности производства магнитной системы ротора.
Техническим результатом является повышение технологичности изготовления, снижение трудоемкости изготовления магнитной системы ротора.
Для решения поставленной задачи предложен способ изготовления ротора, при котором в постоянных магнитах, расположенных по окружности ротора, выполняют по одной или несколько канавок, разделяющих постоянный магнит не менее чем на два сегмента, причем одну или несколько канавок соединяют между собой перемычками, их глубину выполняют меньше глубины постоянного магнита и заполняют изоляционным материалом, согласно изобретению, указанные канавки выжигают электроэрозионным способом во вращающемся роторе, при этом постоянные магниты по окружности ротора приклеивают и с торцов ротора закрепляют поджимающими кольцами, а канавки заполняют компаундом, отвердевающим при комнатной температуре.
Существо изобретения поясняется чертежом. На чертеже изображен ротор с постоянными магнитами.
Предлагаемый способ изготовления ротора заключается в следующем. Ротор с постоянными магнитами 1 длиной l, установленными по его окружности, и поджимающими кольцами 2, расположенными с торцов ротора, закрепляют на оснастке с возможностью вращения, после чего ротор приводят во вращение и его постоянные магниты 1 разделяют на сегменты 3 электроэрозионным методом, путем выжигания канавки 4 по окружности магнитов 1, глубиной менее глубины постоянного магнита и равной ¼ глубины постоянного магнита 1, для обеспечения электрического контакта всех постоянных магнитов 1 через поджимающие кольца 2 с валом 5, который подключен к одному из электродов электроэрозионного станка, после чего ротор сдвигают на расстояние, соответствующее требуемой ширине b сегмента 3 постоянного магнита 1, определяемой исходя из допустимого уровня потерь в постоянных магнитах, и электроэрозионным методом выжигают следующие канавки, причем число канавок определяется как l/b-1, после чего канавки 4 заполняются компаундом, причем компаунд выбирается таким образом, чтобы его затвердевание происходило при температуре окружающей среды.
Примеры конкретной реализации способа.
Пример 1. Для практического осуществления способа в производственных условиях был разработан ротор для вентильного генератора мощностью 3 кВт, числом полюсов 4, с частотой вращения 13000 об/мин, активной длиной ротора равной 36 мм. Магнитную систему ротора изготавливают из постоянных магнитов SmCo, длиной 36 мм и глубиной 4 мм. Магниты монтируют на внешнюю часть цилиндрического магнитопровода ротора, выполненного из высоколегированной стали 30ХГСА. С торцов ротора установлены немагнитные прижимные кольца для исключения осевого перемещения постоянных магнитов, а также для обеспечения электрического контакта всех постоянных магнитов через поджимающие кольца с валом. Далее, готовый ротор закрепляют на оснастке, обеспечивающей возможность его вращения, и ротор приводят во вращение. С помощью установки для электроэрозионной резки постоянные магниты ротора разделяют на сегменты, путем выжигания канавки по окружности магнитов. Глубина канавки равна 3 мм. После выполнения канавки ротор (ротор продолжает вращаться), сдвигают на расстояние 6 мм, соответствующее ширине сегмента постоянного магнита, и выжигают следующие канавки. Всего в постоянном магните 6 сегментов и 5 канавок между ними. После выполнения всех канавок их заполняют компаундом ЭЗК-6.
Таким образом, в рассмотренном примере конкретной реализации способа, за счет исключения технологических операций по выставлению каждого постоянного магнита на станке и исключения необходимости изготовления оснастки для изготовления постоянных магнитов повышена технологичность и снижена трудоемкость изготовления магнитной системы ротора с постоянными магнитами приблизительно в шесть раз.
Пример 2. Способ реализуется на примере вентильного двигателя мощностью 2 кВт, числом полюсов 20, с частотой вращения 3000 об/мин, активной длиной ротора равна 40 мм. Магнитную систему ротора изготавливают из постоянных магнитов NdFeB, длиной 40 мм и глубиной 2 мм. Магниты монтируют на внешнюю часть цилиндрического магнитопровода ротора, выполненного из высоколегированной стали 30ХГСА. С торцов ротора установлены немагнитные прижимные кольца для исключения осевого перемещения постоянных магнитов, а также для обеспечения электрического контакта всех постоянных магнитов через поджимающие кольца с валом. Далее, готовый ротор закрепляют на оснастке, обеспечивающей возможность его вращения, и ротор приводится во вращение. С помощью установки для электроэрозионной резки постоянные магниты ротора разделяют на сегменты, путем выжигания канавки по окружности магнитов. Глубина канавки равна - 1,7 мм. После выполнения канавки ротор (ротор продолжает вращаться), сдвигают на расстояние 6 мм, соответствующее ширине сегмента постоянного магнита, и выжигают следующие канавки. Всего в постоянном магните 5 сегментов и 4 канавки между ними. После выполнения всех канавок их заполняют компаундом ЭЗК-6.
В рассмотренном примере конкретной реализации способа, за счет исключения технологических операций по выставлению каждого постоянного магнита на станке и исключения необходимости изготовления оснастки для изготовления постоянных магнитов повышена технологичность и снижена трудоемкость изготовления магнитной системы ротора с постоянными магнитами приблизительно в двадцать раз.
Таким образом, с увеличением количества постоянных магнитов ротора (повышения количества полюсов электрической машины) технологичность изготовления ротора повышается, а трудоемкость изготовления ротора снижается пропорционально количеству постоянных магнитов ротора (количеству полюсов).
Итак, заявляемое изобретение позволяет повысить технологичность изготовления и снизить трудоемкость изготовления магнитной системы ротора с постоянными магнитами за счет исключения технологических операций по выставлению каждого постоянного магнита на станке и исключения необходимости изготовления оснастки для изготовления постоянных магнитов, а также исключается необходимость специальных приспособлений для прижимания постоянных магнитов, чтобы скомпенсировать возникающие в торцевых постоянных магнитах односторонние силы отталкивания. Также снижается трудоемкость изготовления магнитной системы ротора с постоянными магнитами за счет применения компаунда, отвердевающего при комнатной температуре. Также изобретение позволяет повысить эффективность производства магнитной системы ротора за счет уменьшения количества бракованных изделий при выполнении канавок в постоянных магнитах до их установки на ротор.