СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РОТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ
METHOD OF MANUFACTURING ROTOR OF ELECTRIC MACHINE

Изобретение относится к области электротехники, а точнее, к способам изготовления синхронных и шаговых электрических машин, в том числе для космических аппаратов (КА).
Известен способ сборки ротора высокооборотной электрической машины (патент РФ №1534640), состоящий в том, что на валу закрепляют переменно-полюсную магнитную систему из постоянных магнитов, намагниченных в тангенциальном направлении, и размещенных между ними магнитных полюсов, выполненных в виде клиновидных вставок. После установки на валу магнитную систему заключают во внешнюю цилиндрическую обойму, обеспечивающую жесткость конструкции при высоких оборотах ротора (1).
Недостатком указанного технического решения является сложность и низкая технологичность сборки, что обусловлено трудностью изготовления цилиндрической обоймы, состоящей из чередующихся участков из немагнитного и магнитного материалов.
Известен также способ сборки ротора высокооборотной электрической машины (патент RU №2223585), состоящий в том, что на валу устанавливают переменно-полюсную магнитную систему из постоянных магнитов, намагниченных в тангенциальном направлении, и размещенных между ними магнитных полюсов. Полюса выполняют в виде клиновидных вставок, каждая из которых состоит из двух частей, разделенных между собой клиньями. Для сохранения целостности конструкции при вращении ротора предусмотрены подкладки с конусными краями, которые входят в сопряжение с буртиками на краях полюсов. В процессе сборки используют специальное приспособление в виде оправок, сконцентрированных по наружному диаметру вала (2).
Недостатком указанного способа является большая трудоемкость сборки и низкая технологичность, обусловленные сложностью конструкции.
В качестве прототипа выбран способ сборки ротора высокооборотной электрической машины (патент RU №2346375), заключающийся в том, что на валу устанавливают переменно-полюсную магнитную систему, включающую постоянные магниты, намагниченные в тангенциальном направлении, и размещенные между ними пластины. Магнитную систему образуют путем чередования магнитных и немагнитных пластин с пазами и размещения в данных пазах постоянных магнитов, при этом немагнитные пластины устанавливают на валу, надевая их на осевые шпильки в чередующейся последовательности с магнитными пластинами, наружный диаметр которых больше наружного диаметра немагнитных пластин, затем все пластины стягивают между собой осевыми шпильками и обтачивают магнитные пластины до размера наружного диаметра немагнитных пластин, после чего устанавливают постоянные магниты в упомянутые пазы; высоту по радиусу пазов в магнитных пластинах выбирают равной наружному радиусу немагнитных пластин, либо меньше него на величину от 5 до 5/2, где 5 - величина рабочего зазора электрической машины; установку на валу немагнитных пластин производят с помощью шлицевого соединения.
Недостаток способа-прототипа заключается в увеличенной трудоемкости и не достаточно высокой технологичности его применения при изготовлении ротора электрической машины из-за применения нескольких стяжных шпилек, сложности изготовления пазов для размещения постоянных магнитов. Возможности применения способа-прототипа ограничены из-за применения его для изготовления электрической машины только с синхронным электродвигателем. Способ не предусматривает точной балансировки ротора с применением подшипников, а также окончательной чистовой обработки магнитных пластин по их внешнему периметру, что снижает равномерность вращения ротора и, как следствие этого, снижается КПД электрической машины.
Задачи предложенного способа заключаются в уменьшении трудоемкости и повышении технологичности изготовления ротора; в расширении возможности применения предложенного способа для изготовления электрических машин как синхронных, так и шаговых; в повышении точности балансировки ротора в процессе его изготовления.
Поставленные задачи решены за счет того, что переменно-полюсную магнитную систему, образованную путем чередования постоянных магнитов и магнитных кольцевых пластин с пазами, размещенными в них указанными магнитами, устанавливают на осевой шпильке и стягивают осевой шпилькой между собой; сборку обрабатывают шлифовкой, постоянные магниты изготавливают в виде кольцевых цилиндрических форм с центральными отверстиями с диаметрами, выполненными с допусками относительно шпоночного выступа для обеспечения возможности их установки на осевую шпильку, выполненную с диаметром, равным диаметру вала ротора; магнитные пластины изготавливают с зубцами по наружным периметрам и центральными отверстиями с выполненными в них шпоночными вырезами; пластины устанавливают так, чтобы зубцы одной пластины находились напротив промежутков между зубцами соседней пластины; нарезку зубцов по наружным периметрам магнитных пластин выполняют в отдельности на каждой пластине с одинаковыми размерами ширины зубцов и промежутками между ними; при сборке ротора одноименные полюсы соседних магнитов устанавливают направленными друг к другу; осевую шпильку выполняют съемной, после готовности сборки шпильку заменяют на вал.
При чем, если количество шпоночных вырезов больше одного, то их выполняют под углом 90° относительно друг друга, чередуя при этом направление шпоночных вырезов попеременно на зубец или промежуток между зубцами.
Предложенный способ сборки изготовления ротора электрической машины поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан вид ротора, установленного на съемной осевой шпильке, сбоку в разрезе.
На фиг. 2 показан разрез А-А периферийных участков магнитных пластин.
На фиг. 3 показан главный вид и вид сбоку магнитной пластины.
Предложенный способ изготовления ротора электрической машины, заключается в том, что переменно-полюсную магнитную систему, образованную путем чередования постоянных магнитов 2 и магнитных кольцевых пластин 3 с пазами 4 для размещенния в них указанных магнитов 2, устанавливают на осевой шпильке 5, стягивают между собой. Осевая шпилька 5 выполнена с жестко соединенным опорным фланцем с одного ее конца и снабженной стяжной гайкой с другого ее конца; магнитные пластины 3 обрабатывают по наружным диаметрам.
В предложенном способе изготовления ротора электрической машины постоянные магниты 2 изготавливают в виде кольцевых цилиндрических форм с центральными отверстиями 6 диаметром 7. На осевой шпильке 5 выполнен шпоночный выступ 8. Шпильку 5 выполняют съемной; после изготовления сборки шпильку заменяют валом 1. Диаметр шпильки 5 равен диаметру вала 1. Диаметры центральных отверстий 6 постоянных магнитов 2 выполнены с допусками относительно шпоночного выступа 8 для возможности их установки на съемную осевую шпильку 5. Это позволяет уменьшить трудоемкость и повысить технологичность изготовления ротора за счет исключения из него немагнитных пластин, сокращения числа осевых шпилек до одной; упрощения выполнения пазов в магнитных кольцевых пластинах 3 для установки кольцевых цилиндрических постоянных магнитов 2. Магнитные пластины 3 изготавливают с зубцами 9 по наружным периметрам и с центральными отверстиями 10 с одним шпоночным вырезом или вырезами, например, с четырьмя вырезами 11, 12, 13, 14, как показано на фиг. 3, равномерно расположенными в отверстиях 10 с углами α между ними 90 градусов (при выполнении двух или четырех вырезов) для установки в них шпоночного выступа 8 съемной осевой шпильки 5. При выполнении шпоночных вырезов их направление чередуют попеременно на зубец или промежуток между зубцами. Магнитные пластины 3 изготавливают двух форм: крайние 15 - с цилиндрическим пазом 16, выполненным с одной стороны для установки кольцевых цилиндрических постоянных магнитов 2 и промежуточные 17 - с цилиндрическим пазами 18, 19, выполненными с обеих их сторон для установки указанных кольцевых цилиндрических постоянных магнитов 2. Это позволило повысить технологичность изготовления ротора за счет изготовления магнитных кольцевых пластин 3 с одинаковыми зубцами 9 по наружным периметрам и с одинаковыми цилиндрическими пазами 16, 18, 19 для установки кольцевых цилиндрических постоянных магнитов 2. Нарезку зубцов 9 по наружным периметрам магнитных пластин 15, 17 выполняют в отдельности на каждой пластине электроэрозионным способом с одинаковыми размерами ширины 20 зубцов 9 и промежутками 21 между ними. Причем, обеспечение расположения зубцов одной пластины напротив промежутков соседней пластины достигают путем поворота пластин вокруг центрального отверстия и установке на шпоночном выступе 8 соответствующего шпоночного выреза 11.
Сборку ротора выполняют на съемной осевой шпильке 5 склеиванием прилегающими поверхностями равномерно чередующихся магнитных кольцевых пластин 15, 17 и цилиндрических кольцевых постоянных магнитов 2 с полюсами S и N, расположенными в осевом направлении. При этом одноименные полюсы соседних магнитов устанавливают направленными друг к другу. Затем осуществляют стяжку ротора на съемной осевой шпильке 5 и сушку сборки, после которой съемную осевую шпильку 5 снимают с ротора и заменяют на вал 1. Это позволяет расширить возможность применения предложенного способа для изготовления электрических машин как синхронных, так и шаговых за счет выполнения зубцов 9 по наружным периметрам магнитных кольцевых пластин 15, 17; повысить технологичность изготовления ротора за счет применения только одной съемной осевой стяжной шпильки 5 с одним шпоночным выступом 8, на который устанавливают перед стяжкой магнитные кольцевые пластины 15, 17 и между ними цилиндрические кольцевые постоянные магниты 2.
В настоящее время предложенный способ находится на этапе выпуска конструкторской документации на создаваемую электрическую машину для КА с применением указанного способа ее изготовления.