EA021309B1

EA021309B1 - Постоянный магнит и способ изготовления постоянного магнита

Info

Publication number: EA021309B1
Application number: EA201170800A
Authority: EA
Inventors: Петер Келстеен; Аллан Иво Сегор Серенсен; Флемминг Буус Бенниксен
Original assignee: Грундфос Менеджмент А/С
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2015-05-29
Also published as: EP2374200A1; EA201170800A1; WO2010066455A8; US20110241469A1; JP2012511815A; WO2010066455A1; CN102204064B; US8698360B2; CN102204064A; JP5577349B2; WO2010066251A1; EP2374200B1

Abstract

Изобретение относится к постоянному магниту и, в частности, к ротору с постоянным магнитом для машины, содержащему первую втулку, первую заглушку и вторую заглушку, выполненные с возможностью закрывания внутреннего отверстия упомянутой первой втулки, постоянный магнит, сформированный в упомянутом внутреннем отверстии втулки между первой заглушкой и второй заглушкой и включающий в себя спрессованный несвязанный порошковый материал, содержащий магнитно-твердый порошковый материал, магнитно-мягкий порошковый материал или комбинацию магнитно-твердого и мягкого порошкового материала. Изобретение также относится к способу изготовления ротора с постоянным магнитом.

Description

Изобретение относится к постоянному магниту и, в частности, к ротору с постоянным магнитом для электрической машины.

Изобретение также относится к способу изготовления такого постоянного магнита.

В предпочтительном варианте воплощения постоянный магнит в соответствии с изобретением представляет собой ротор с постоянным магнитом для машины.

Описание предшествующего уровня техники

В настоящее время на рынке имеется множество различных типов материалов постоянных магнитов, используемых в роторах. Выбор материала зачастую зависит от баланса между желаемой магнитной индукцией ротора и стоимостью материалов для ротора, например магнитного порошка. Более того, на выбор будут влиять многие другие параметры, такие как коррозия, температура, рабочая точка магнита и т.д.

Доступные материалы для постоянного магнита содержат ферриты и ЫДРеВ, §тСо или ΛΙΝίί'ο. Магниты из этих материалов могут быть изготовлены множеством способов, но самыми распространенными способами являются спекание, литье под давлением или объединение связкой.

Спеченные магниты изготавливают путем прессования магнитного порошка под высоким давлением с последующим спеканием в подходящей печи.

Магниты на связке (магнитопласты) изготавливают из композита магнитного порошка, содержащего связующее. Постоянный магнит формируют путем прессования композита в пресс-форме. В ЕР 1722457 А описан электродвигатель с ротором, содержащим магнит на связке такого типа.

Недостатки при использовании упомянутых магнитов в роторах заключаются в том, что спеченные магниты, как правило, сравнительно дорогие в изготовлении из-за сложного процесса производства, а магниты на связке, как правило, не так эффективны, как спеченные, например, из-за содержания в них немагнитного связующего материала.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение выгодного постоянного магнита без описанных недостатков и с большей магнитной индукцией. Дополнительной задачей является обеспечение выгодного способа изготовления ротора с постоянным магнитом.

Данная задача решается при помощи постоянного магнита, обладающего признаками, описанными в п.1 формулы изобретения, и при помощи способа изготовления ротора с постоянным магнитом, обладающего признаками, описанными в п.18 формулы изобретения. В соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения описаны дополнительные варианты воплощения.

Постоянный магнит в соответствии с изобретением имеет структуру, состоящую из спрессованного, несвязанного магнитного порошкового материала. Это означает, что никакое специальное связующее не смешивается с порошковым материалом и не применяется спекание. Магнитный порошковый материал просто прессуется до желаемой формы. Магнитный порошковый материал представляет собой магнитнотвердый и/или магнитно-мягкий порошковый материал, предпочтительно лишь магнитно-твердый порошковый материал. После прессования и придания порошковому материалу желаемой формы магнитные полюса могут быть заданы в материале путем намагничивания магнита. Таким образом, можно получить один или более магнитных полюсов в постоянном магните в соответствии с изобретением.

Как объяснено выше, магнитный порошковый материал является несвязанным, т.е. он не содержит связующего материала. Он просто спрессован. Может быть использовано давление, которое является более высоким, чем давление, используемое при производстве в соответствии с уровнем техники. Это давление может составлять более 1000 МПа, предпочтительно более 1500 и до 2000 МПа или больше.

Предпочтительно поверхность магнитного порошкового материала, т.е. спрессованного магнитного порошкового материала, может быть по меньшей мере частично и предпочтительно полностью покрыта покрывающим материалом и/или получила поверхностную обработку. Такой покрывающий материал или поверхностная обработка обеспечивает защиту поверхности, необходимую для использования магнита. Такая поверхностная обработка и/или покрывающий материал могут придать магниту требуемую механическую прочность. Более того, магнит может стать более стойким к применяемой окружающей среде, например влажному воздуху. Покрывающий материал может представлять собой покрытие или втулку, окружающую магнитный порошковый материал, например, втулку, изготовленную из стали и, в частности, из нержавеющей стали. Поверхностная обработка может представлять собой, например, нанесение покрытия на поверхность, например, путем распыления слоя покрытия на поверхность или по меньшей мере часть поверхности спрессованного порошкового материала.

В предпочтительном варианте воплощения магнитный порошковый материал полностью герметизирован от внешней среды, то есть целиком содержится внутри покрывающего материала, например втулки.

Магнитный порошковый материал может быть спрессован во втулке. Таким образом, втулка может дополнительно определять форму законченного магнита. Однако также возможно расположить втулку внутри пресс-формы так, чтобы этой втулке придавалась форма пресс-формы, когда магнитный порошковый материал прессуется внутри втулки под высоким давлением, как описано выше.

Предпочтительно постоянный магнит представляет собой ротор с постоянным магнитом для машины. Такой ротор с постоянным магнитом для машины может содержать первую втулку, первую заглушку

- 1 021309 и вторую заглушку, выполненные с возможностью закрывания внутреннего отверстия упомянутой первой втулки, постоянный магнит, сформированный в упомянутом внутреннем отверстии втулки между первой заглушкой и второй заглушкой и включающий в себя спрессованный, несвязанный магнитный порошковый материал, содержащий магнитно-твердый порошковый материал и/или магнитно-мягкий порошковый материал или комбинацию магнитно-твердого и мягкого порошкового материала.

Под термином машина подразумеваются генераторы, а также электродвигатели, магнитные муфты, электромагнитные передачи или линейные приводы.

Магнитные порошковые материалы находятся в несвязанном виде, что означает, что порошковые материалы могут все еще находится в виде порошка и могут быть высвобождены в виде порошка в случае снятия давления прессования.

Однако путем прессования под высоким давлением порошковый материал может оставаться в спрессованной форме, даже если давление снимается.

Вместо того чтобы напрямую запрессовать магнитный порошковый материал во втулку, можно также сперва спрессовать порошковый материал до желаемой формы, а затем поместить втулку вокруг этого постоянного магнита.

Одним из преимуществ несвязанного магнитного порошкового материала является то, что постоянный магнит не содержит никакого связующего материала. Это облегчает переработку таких магнитов. Более того, проблема, связанная с использованием связующего материала наподобие эпоксидной смолы, заключается в том, что магниты будут корродировать на самых внешних слоях, а значит магнитный поток магнита будет уменьшаться. Поскольку в настоящем изобретении в магнитном порошковом материале связующее не применяется, вызванной связующим коррозии можно избежать.

Под термином магнитно-твердый порошковый материал подразумевается магнитный порошок, такой как ΛΙΝίΟο. ферриты, БтСо. 8тРеЫ, ЫбРеВ, и он может быть охарактеризован как материал, обладающий высокой коэрцитивной силой, которая придает большой магнитный гистерезис.

Под термином магнитно-мягкий порошковый материал подразумевается порошковый материал, такой как Ре, Со, Νί, РеБк Ре₃Р или Ре№, и он может быть охарактеризован как материал, который легко становится намагниченным при приложении магнитного поля и который возвращается, по существу, в немагнитное состояние, когда это поле снимается, т.е. материал со свойствами высокой магнитной проницаемости, низкой коэрцитивной силы и низкими потерями на магнитный гистерезис.

Как заявлено, постоянный магнит может содержать комбинации магнитно-твердых и магнитномягких порошковых материалов, за счет чего обеспечивается то, что могут быть получены различные конструкции, зависящие, например, от желаемых коэрцитивных свойств магнита. Если используется состав из магнитно-твердого и магнитно-мягкого порошковых материалов, то эти материалы предпочтительно разделены с желаемым рисунком во втулке так, чтобы добиться желаемой конструкции или функциональности ротора.

Путем изготовления постоянного магнита в соответствии с изобретением обеспечивается то, что плотность магнитного порошкового материала увеличивается и что может быть получен более мощный магнит. Под термином мощный в одном варианте воплощения изобретения подразумевается остаточная намагниченность магнита. Дополнительно обеспечивается то, что повышение плотности магнитного порошкового материала позволяет произвести рабочие магниты и, в частности, роторы с постоянными магнитами меньшего размера.

В одном аспекте изобретения плотность спрессованного магнитного порошкового материала, например, между первой и второй заглушками, составляет в диапазоне от 5,0 до 8,0 г/см³, предпочтительно от 6,8 до 7,7 г/см³, например, 7,3 г/см³. Таким образом, обеспечивается, что магнитный порошковый материал прессуется до такой степени, что он может быть сформирован в магниты с достаточной прочностью.

В случае различных вариантов воплощения изобретения размер частиц магнитно-твердого порошкового материала может быть такой же, что и для традиционного порошка магнитопласта.

В случае различных вариантов воплощения изобретения упомянутая втулка предпочтительно выполнена из нержавеющей стали, но может в случае других вариантов воплощения быть выполнена из других материалов, таких как медь, сталь, титан, алюминий или синтетические материалы. Таким образом, обеспечивается то, что магнит, например, такой как ротор, может работать в агрессивных окружающих условиях, например, различных видах жидкостей, таких как вода, сточные воды, масло (нефть) и т.д. Например, в био-этаноле, чистом топливе, может присутствовать вода, и поэтому к магнитам будут предъявляться специальные требования, требующие изоляции магнита.

Соответственно магниты в соответствии с настоящим изобретением могут подходить для этих применений.

В случае одного варианта воплощения изобретения по меньшей мере одна из первой заглушки и второй заглушки, выполненные с возможностью закрывания внутреннего отверстия упомянутой первой втулки, заблокирована на упомянутой первой втулке.

Блокировка заглушки или заглушек на первой втулке может осуществляться различными способами, например путем штамповки деформации, которая сцепляет между собой втулку и заглушку, путем

- 2 021309 сварки, пайки, фальцевания, привинчивания друг к другу упомянутой заглушки, на которой выполнена резьба, и упомянутой втулки, на которой выполнена аналогичная резьба, при этом упомянутые резьбы совместимы друг с другом.

В случае различных вариантов воплощения изобретения заглушки выполнены из материала с толщиной в диапазоне от 0,5 до 2,0 мм, например 1,0 мм.

В другом аспекте изобретения соотношение между насыпной плотностью магнитного порошкового материала и прессованной плотностью магнитного порошкового материала предпочтительно составляет в диапазоне от 2,0 до 2,9, например 2,7. Таким образом обеспечивается то, что магнитный порошковый материал достаточно спрессован, например, во втулке так, чтобы образовывать желаемый постоянный магнит.

В одном аспекте изобретения упомянутый постоянный магнит содержит по меньшей мере 90 об.%, предпочтительно по меньшей мере 95 об.% прессованного магнитного порошкового материала без связующего. Путем обеспечения постоянного магнита, например, в качестве ротора, с таким высоким содержанием спрессованного несвязанного порошкового материала обеспечивается то, что достигается высокая магнитная индукция (магнитный поток) постоянного магнита, а следовательно и ротора, предпочтительно вблизи его максимума.

В другом аспекте изобретения постоянный магнит дополнительно содержит одно или более цельных тел постоянных магнитов. Цельные постоянные магнитные тела могут быть такими, как железные детали, спеченные магниты, немагнитные тела и т.д. Таким образом обеспечивается то, что ротор может быть сконструирован желаемым образом с желаемыми физическими и функциональными свойствами.

В другом аспекте изобретения упомянутый несвязанный магнитный порошковый материал содержит анизотропный магнит. Таким образом обеспечивается то, что мощный магнит снабжен особыми свойствами анизотропного магнита.

В другом аспекте изобретения по меньшей мере одна из упомянутых первой и второй заглушки выполнена содержащей вал ротора. Путем включения вала ротора в качестве части по меньшей мере одной из заглушек можно исключить стоимость отдельного вала ротора, обеспечивая минимальные производственные затраты. Более того, обеспечивается то, что между упомянутой заглушкой и отдельным узлом вала ротора не возникнет слабого шва и могут быть достигнуты меньшие физические допуски.

В еще одном аспекте изобретения упомянутый ротор дополнительно содержит отдельный вал ротора, помещенный во втулку. Когда отдельный вал ротора помещен во втулку и тем самым в ротор, подходящая заглушка или заглушки приспособлены размещаться как во втулке, так и вокруг вала ротора для того, чтобы закрыть внутреннее отверстие втулки. Так как вал ротора должен служить в качестве оси вращения ротора при работе, вал ротора должен быть помещен таким образом, чтобы он располагался, по существу, по центру ротора. Способ, которым одна или более заглушек блокируются на втулке, может также быть применен для блокирования заглушки на валу ротора.

В другом аспекте изобретения упомянутый вал ротора содержит полую роторную трубку, простирающуюся по всей осевой длине вала ротора, образующую полое пространство роторной трубки и подходящую для транспортировки текучей среды вдоль полого пространства. Таким образом обеспечивается то, что, например, смазочное масло может транспортироваться от одного дистального конца вала ротора к другому, например, к распложенным там подшипникам, или же может быть уравнен градиент давлений в окружающей ротор текучей среде между двумя концами.

В еще одном аспекте изобретения упомянутый вал ротора представляет собой червячный вал, подходящий для использования с винтовым насосом. Таким образом обеспечивается то, что ротор может быть использован в электрической машине типа винтового насоса, при этом упомянутый тип насоса представляет собой высокоэффективный насос, способный создавать относительно высокое давление нагнетания. В других вариантах воплощения функцией червячного вала является создание циркуляции текучей среды вокруг ротора.

В другом аспекте изобретения упомянутые первая и вторая заглушки содержат блокирующие средства, подходящие для блокирования заглушек вместе внутри пространства первой втулки и поддержания заглушек расположенными в определенном положении относительно друг друга. Путем блокировки упомянутых первой и второй заглушек вместе внутри втулки в ходе прессования обеспечивается то, что заглушки взаимно удерживают друг друга на месте с порошковым материалом в желаемом прессованном состоянии, когда к заглушкам не прикладывается внешнего давления.

В еще одном аспекте изобретения ротор дополнительно содержит вторую втулку с меньшим диаметром, чем упомянутая первая втулка, помещенную внутрь первой втулки. Таким образом обеспечивается то, что возможно, например, удерживать и отделять разные материалы, входящие в состав ротора, или иметь пространства без материала для того, чтобы иметь желаемую схему заполнения материалов в роторе без смешения материалов. Более того, упомянутая вторая втулка может удерживать твердые материалы, такие как железные детали, спеченные магниты, немагнитные тела, вал ротора и т.д., или предварительно спрессованный магнит, выполненный из магнитного порошкового материала со связующим материалом или без него.

В другом аспекте изобретения первая втулка выполнена как одна цилиндрическая втулка. Когда

- 3 021309 упомянутая первая втулка выполнена как одна цилиндрическая втулка, обеспечивается то, что исключаются утечки в стыках на поверхности втулки. Дополнительно достигается то, что можно исключить сложные процедуры сборки втулки.

В дополнительных аспектах изобретения упомянутая втулка имеет, по существу, равномерную толщину стенки. Использованием втулки с по существу равномерной толщиной стенки при производстве ротора обеспечивается то, что выравнивание ротора оптимизируется. В случае различных вариантов воплощения такая втулка более того подходит для деформации. В случае различных вариантов воплощения изобретения толщина втулки составляет в диапазоне от 0,1 до 1,0 мм, например, 0,4 мм.

В другом аспекте изобретения первая втулка изготавливается из одной цилиндрической втулки, по существу, с равномерной толщиной стенки, и диаметр внутреннего отверстия первой втулки в первых положениях, где на первой втулке блокированы заглушки, меньше, чем диаметр внутреннего отверстия первой втулки во вторых положениях между упомянутыми первыми положениями, таких как посредине между упомянутыми заглушками. Таким образом обеспечивается выполнение ротора с подходящими размерами.

Предпочтительно магнитный порошок, используемый для получения постоянного магнита в соответствии с изобретением, представляет собой изотропный магнитный порошок. Альтернативно, может быть использован анизотропный магнитный порошок. В случае, когда используется изотропный магнитный порошок, анизотропный магнит можно получить при использовании этого изотропного магнитного порошка, если магнитный порошок нагревается во время его прессования. В ходе прессования магнитного порошка дополнительно к магнитному порошку может быть приложено магнитное поле. При помощи такого способа можно получить анизотропный магнит из изотропного магнитного порошка, т.е. изотропный магнитный порошок трансформируется в анизотропный постоянный магнит.

Более того, изобретение относится к способу изготовления постоянного магнита в соответствии с вышеприведенным описанием. В соответствии с этим способом магнитный порошковый материал, не содержащий какого-либо связующего материала, спрессовывают до желаемой формы постоянного магнита. Магнитный порошковый материал может содержать магнитно-твердый и/или магнитно-мягкий порошковый материал. Порошковый материал может быть спрессован при помощи высокого давления, предпочтительно более 1000 МПа, предпочтительнее более 1500 МПа или 2500 МПа или больше. Таким образом добиваются высокой плотности магнитного материала внутри постоянного магнита. После прессования порошкового материала магнитные полюса могут быть созданы внутри материала путем намагничивания. Более того, можно заключить постоянный магнит в оболочку. Это может быть сделано непосредственно путем прессования порошкового материала внутри оболочки, например втулки. Более того, может быть возможным применить поверхностную обработку к поверхности спрессованного порошкового материала, например, путем нанесения покрытия на эту поверхность. Более того, можно поместить спрессованный постоянный магнит внутрь втулки или оболочки.

В предпочтительном варианте воплощения этот способ представляет собой способ изготовления ротора с постоянным магнитом для машины, содержащий следующие этапы:

обеспечение первой втулки;

помещение первой заглушки в упомянутую первую втулку для закрывания внутреннего отверстия первой втулки в первом положении;

введение магнитного порошкового материала в первую втулку, причем упомянутый магнитный порошковый материал содержит магнитно-твердый порошковый материал и/или магнитно-мягкий материал или комбинацию магнитно-твердого и магнитно-мягкого материала;

помещение второй заглушки в упомянутую первую втулку для закрывания внутреннего отверстия первой втулки во втором положении, причем магнитный порошковый материал расположен между первым положением и вторым положением;

приложение давления по меньшей мере к одной из упомянутых первой и второй заглушек в первой втулке, причем это давление прикладывают в направлении к другой из упомянутых первой и второй заглушек так, чтобы спрессовать магнитный порошковый материал между ними, а предпочтительно дополнительный этап:

при поддержании упомянутого приложенного давления блокировку по меньшей мере одной из упомянутых первой и второй заглушек в определенном положении относительно первой втулки с тем, чтобы как первая, так и вторая заглушки были заблокированы в определенном положении относительно втулки, при этом магнитный порошок остается спрессованным, даже когда упомянутое давление снимают.

Под термином магнитный порошковый материал подразумевается магнитно-твердый порошковый материал или магнитно-мягкий порошковый материал или комбинация магнитно-твердого и магнитно-мягкого материалов.

При изготовлении ротора с постоянным магнитом в соответствии с изобретением обеспечивается то, что плотность содержащегося во втулке магнитного порошкового материала повышается по мере того, как он прессуется. Более того, обеспечивается, что путем блокировки заглушек в определенном положении, в то время как магнитный порошковый материал находится в спрессованном состоянии, эф- 4 021309 фект обратной отдачи спрессованного магнитного порошкового материала минимизируется, обеспечивая еще большую плотность магнитного порошкового материала во втулке. Это, в свою очередь, способствует изготовлению роторов меньшего размера по сравнению с роторами с магнитами на связке.

В случае различных вариантов воплощения изобретения упомянутая втулка может быть выполнена из таких материалов, как нержавеющая сталь, медь, сталь, титан, алюминий или синтетические материалы. Таким образом обеспечивается то, что ротор может работать в агрессивных окружающих условиях, например, в различных видах жидкостей, таких как вода, сточные воды, масло (нефть) и т.д. В биоэтаноле (чистом топливе) может присутствовать вода, и поэтому к магнитам могут предъявляться особые требования, т.е. они требуют изоляции (оболочки). Следовательно, магниты по настоящему изобретению могут подходить для таких применений.

Блокировка заглушки или заглушек в определенном положении относительно первой втулки может быть осуществлена различными способами, например, путем штамповки деформации, которая сцепляет между собой втулку и заглушку, сварки, пайки или фальцевания заглушки и втулки друг с другом, путем привинчивания друг к другу упомянутой заглушки, на которой выполнена резьба, и упомянутой втулки, на которой выполнена аналогичная резьба, причем упомянутые резьбы совместимы друг с другом. Блокировка может для различных вариантов воплощения быть осуществлена лишь частично в то время, когда упомянутое приложенное давление сохраняется, после чего блокировка, в свою очередь, может быть осуществлена полностью, когда давление снято. Таким образом обеспечивается то, что рабочий процесс изготовления упрощается, а также упрощаются требуемые для этого механизмы.

Более того, для различных вариантов воплощения обеспечивается то, что использование связующей добавки в магнитном порошковом материале может быть исключено, что, в свою очередь, способствует более высокой плотности магнитного порошкового материала, содержащегося в втулке.

В одном аспекте способа плотность упомянутого спрессованного магнитного порошкового материала между первой и второй заглушками составляет в диапазоне от 5,0 до 8,0 г/см³, предпочтительно в диапазоне от 6,8 до 7,7 г/м³, например 7,3 г/м³.

В другом аспекте изобретения степень сжатия упомянутого магнитного порошкового материала может составлять в диапазоне от 2,0 до 2,9, например 2,7.

В случае одного варианта воплощения изобретения приложенное давление по меньшей мере к одной из упомянутых первой и второй заглушек на его максимуме предпочтительно составляет в диапазоне от 400 МПа до 2000 МПа, предпочтительно в диапазоне от 400 до 1200 МПа. Таким образом обеспечивается то, что магнитный порошковый материал внутри втулки между заглушками достаточно спрессовывается.

В одном аспекте изобретения упомянутый спрессованный магнитный порошковый материал содержит по меньшей мере 90 об.%, предпочтительно по меньшей мере 95 об.% спрессованного несвязанного порошкового материала. Путем обеспечения ротора с постоянным магнитом с таким высоким содержанием магнитного порошкового материала обеспечивается то, что магнитная индукция ротора повышается практически до ее максимума. В другом аспекте изобретения по меньшей мере часть первой втулки постоянно расширяется, когда прикладывают упомянутое давление к по меньшей мере одной из упомянутых первой и второй заглушек в первой втулке, причем упомянутая часть первой втулки является частью между первой заглушкой и второй заглушкой. Таким образом обеспечивается то, что втулка, а значит и ротор, изготавливаются с требуемыми точными размерами так, как если бы втулка расширялась внутри пресс-формы с требуемыми размерами.

В еще одном аспекте изобретения упомянутый способ дополнительно содержит этап помещения вала ротора во втулку. Когда во втулку, а значит и в ротор, помещают отдельный вал ротора, установленная заглушка или заглушки приспособлены помещаться как во втулку, так и вокруг вала ротора для того, чтобы закрыть внутреннее отверстие втулки. Поскольку вал ротора должен служить в качестве оси вращения ротора при работе, вал ротора должен быть помещен таким образом, чтобы располагаться, по существу, по центру ротора, когда изготовление ротора закончено, для того, чтобы добиться хорошей балансировки ротора. Способы блокировки одной или более заглушек в определенном положении относительно первой втулки могут также быть применены для блокировки заглушки в определенном положении относительно вала ротора. Таким образом обеспечивается то, что, по существу, весь ротор был изготовлен при помощи выгодного способа, а поскольку в производственном процессе не требуются совсем или требуются лишь несколько дополнительных этапов, то тем самым этот способ позволяет сэкономить время и оптимизировать стоимость.

В еще одном аспекте изобретения упомянутый магнитный порошковый материал содержит добавку смазки. Путем добавления добавки смазки к магнитному порошковому материалу обеспечивается то, что в ходе процесса прессования частицы порошка не царапают, например, втулку с ее внутренней стороны. Более того, порошковый материал легче скользит во втулке, а для его прессования требуется меньшее давление.

В еще одном аспекте изобретения во втулке между первой и второй заглушками предусмотрена дополнительная часть магнитного порошкового материала, содержащая добавку связующего. Путем добавления добавки связующего обеспечивается то, что магнитный порошковый материал поддерживается, по

- 5 021309 существу, компактным, даже если давление на заглушки снимается или даже изменяется до того, как заглушки были заблокированы относительно втулки.

В еще одном аспекте изобретения упомянутый способ дополнительно содержит этап помещения одного или более цельных постоянных магнитных тел во втулку. Цельные тела могут представлять собой железные детали, спеченные магниты, немагнитные тела или предварительно спрессованные магниты со связующим материалом или без него. Таким образом обеспечивается то, что ротор может быть сконструирован желаемым способом с желаемыми физическими и функциональными свойствами.

В дополнительном аспекте изобретения упомянутые первая и вторая заглушки содержат блокирующие средства и блокируются друг с другом и поддерживаются в определенном положении друг относительно друга внутри первой втулки, когда приложено упомянутое давление по меньшей мере к одной из упомянутых первой и второй заглушек в первой втулке. Таким образом обеспечивается то, что заглушки поддерживаются на месте вместе с прессованным порошковым материалом, даже если давление на заглушки снято до того, как заглушки заблокированы относительно втулки.

В другом аспекте изобретения упомянутый способ дополнительно содержит этап помещения второй втулки с меньшим диаметром, чем первая втулка, внутрь первой втулки. Таким образом обеспечивается то, что может быть помещена втулка, которая могла бы выполнять функцию, например, удерживания и отделения разных материалов, введенных в ротор, или создания пространств без материала с тем, чтобы добиться желаемой схемы заполнения материалов в ротор. Более того, упомянутая вторая втулка может удерживать сплошные (цельные) материалы, такие как железные детали, спеченные магниты, немагнитные тела, вал ротора или предварительно спрессованные магниты со связующим материалом или без него.

В еще одном аспекте изобретения упомянутый способ дополнительно содержит этап введения магнитного порошкового материала в упомянутую вторую втулку. Таким образом обеспечивается то, что может быть помещена втулка, которая могла бы выполнять функцию, например, удерживания и отделения различных магнитных порошковых материалов, введенных в ротор, для того, чтобы добиться желаемой схемы заполнения материалов в роторе, например, без их смешивания в ходе заполнения и/или прессования. Более того, упомянутая вторая втулка может удерживать сплошные материалы, такие как железные детали, спеченные магниты, немагнитные тела, вал ротора и т.д.

В еще одном аспекте изобретения упомянутый способ дополнительно содержит этап смазывания по меньшей мере одной из упомянутых первой и второй втулок на ее поверхности до упомянутого этапа введения во втулку магнитного порошкового материала. Путем смазывания по меньшей мере одной из втулок обеспечивается то, что в ходе процесса прессования частицы магнитного порошкового материала не царапают втулку изнутри. Более того, магнитный порошковый материал легче скользит во втулке, а для его прессования требуется меньшее давление.

В одном аспекте изобретения способ дополнительно содержит этап помещения ротора в магнитное поле при осуществлении этапа приложения давления к по меньшей мере одной из упомянутых первой и второй заглушек в первой втулке для того, чтобы сформировать анизотропный магнит из магнитного порошкового материала, введенного в первую втулку. Таким образом обеспечивается то, что этап намагничивания ротора осуществляется одновременно с прессованием, что, в свою очередь, позволяет сэкономить время, затрачиваемое на изготовление, поскольку можно избежать последующей процедуры намагничивания. Более того, можно добиться более сильных магнитных полей магнитов и могут быть получены постоянные магниты с особыми свойствами.

В других аспектах изобретения способ дополнительно содержит этап вибрации магнитного порошкового материала после того, как он был введен во втулку, и до упомянутого приложения давления к по меньшей мере одной из упомянутых первой и второй заглушек. За счет вибрации магнитного порошкового материала во втулке обеспечивается то, что магнитный порошковый материал может быть спрессован во втулке до более высокой плотности, что, в свою очередь, обеспечивает ротор с более высокой магнитной индукцией. Вибрация порошка может быть осуществлена, например, при помощи механической вибрации или ультразвуковой вибрации.

В еще одном аспекте изобретения способ дополнительно содержит этап предварительного прессования упомянутого магнитного порошкового материала, введенного в первую втулку, до помещения второй заглушки в первую втулку для закрывания внутреннего пространства первой втулки. Путем предварительного прессования порошкового материала до помещения упомянутой второй заглушки обеспечивается то, что лишь последняя часть прессования порошка осуществляется с заглушкой. Это, в свою очередь, означает, что ход заглушки во втулке при приложенном давлении снижается, что означает, что риск деформации заглушки также снижается. Более того, в магнитном порошковом материале создается подходящее пространство для упомянутой второй заглушки.

Более того, магнит в соответствии с изобретением может быть изготовлен по многоэтапной процедуре прессования. Например, первая часть магнита, например, первый слой или участок, может быть спрессован на первом этапе, а после этого на втором этапе прессования может быть спрессована вторая часть и так далее. Путем прессования постоянного магнита в несколько этапов можно будет получить постоянный магнит сложной формы, имеющий внутри зоны или части из различных материалов. Напри- 6 021309 мер, это могут быть зоны магнитно-твердого материала и зоны магнитно-мягкого материала. После нескольких этапов прессования все части или слои магнита могут подвергаться дополнительному этапу прессования, на котором достигается конечная плотность материала. Более того, различные слои или части на этом окончательном этапе прессования могут быть присоединены друг к другу, и может быть достигнута равномерная плотность.

В еще одном аспекте изобретения способ дополнительно содержит этап предварительного прессования упомянутого магнитного порошка, введенного во вторую втулку, до помещения упомянутой второй заглушки в первую втулку.

Изобретение также относится к производственной системе, подходящей для изготовления ротора с постоянным магнитом в соответствии с пунктами формулы изобретения на способ.

В одном аспекте изобретения система содержит пресс-форму, подходящую для осуществления этапа удерживания втулки ротора с постоянным магнитом по меньшей мере тогда, когда прикладывают упомянутое давление к по меньшей мере одной из упомянутых первой и второй заглушек в первой втулке. Таким образом обеспечивается то, что упомянутые компоненты надежно удерживаются в ходе прессования. В случае различных вариантов воплощения более того обеспечивается то, что, например, упомянутая первая втулка не может расширяться дальше внутренней поверхности пресс-формы, если она должна расширяться, например, в ходе прессования.

В еще одном аспекте изобретения упомянутая пресс-форма содержит внутреннюю часть, которая выполнена с такой формой, чтобы позволять втулке расширяться до стенок фасонной внутренней части, когда прикладывают упомянутое давление к по меньшей мере одной из упомянутых первой и второй заглушек в первой втулке. Таким образом обеспечивается то, что может быть изготовлен желаемый ротор с желаемыми размерами.

В еще одном аспекте изобретения система содержит пресс-форму, подходящую для осуществления этапа удерживания втулки ротора с постоянным магнитом, по меньшей мере, при блокировке по меньшей мере одной из упомянутых первой и второй заглушек на первой втулке. Таким образом обеспечивается то, что блокировку можно выполнить надежно и точно с тем, чтобы обеспечить то, что магнитный порошковый материал будет оставаться спрессованным, и заглушки блокируются в своих желаемых положениях.

В другом аспекте изобретения упомянутая пресс-форма смазывается до осуществления упомянутого этапа удерживания втулки ротора с постоянным магнитом. Путем смазывания пресс-формы до помещения в нее компонентов обеспечивается то, что пресс-форма не оцарапается наружной поверхностью первой втулки, например, если материал втулки расширяется в ходе прессования и достигает внутренней поверхности пресс-формы.

В другом аспекте изобретения система содержит по меньшей мере один пуансон, предназначенный для приложения упомянутого давления к по меньшей мере одной из упомянутых первой и второй заглушек в первой втулке. Таким образом обеспечивается то, что упомянутая заглушка может быть расположена надлежащим образом и что прикладывается давление, достаточное для прессования порошкового материала.

В дополнительном аспекте изобретения пресс-форма содержит средства намагничивания, предназначенные для намагничивания упомянутого магнитно-твердого порошкового материала, когда прикладывают упомянутое давление к по меньшей мере одной из упомянутых первой и второй заглушек в первой втулке, с тем, чтобы создать по меньшей мере один анизотропный магнит во втулке. Таким образом обеспечивается то, что может быть изготовлен ротор, содержащий анизотропный магнит, и что могут быть использованы особые свойства анизотропного магнита.

Чертежи

Изобретение будет описано ниже со ссылкой на чертежи, на которых фиг. 1 схематично изображает основные компоненты изобретения;

фиг. 2 схематично изображает основные компоненты ротора, расположенного в пресс-форме, до прессования в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения;

фиг. 3 схематично изображает основные компоненты ротора в пресс-форме при прессовании в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения;

фиг. 4 схематично изображает ротор как продукт прессования в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения;

фиг. 5 схематично изображает то, как первая и вторая заглушки могут быть соединены при прессовании в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения;

фиг. 6 схематично изображает то, как одна из заглушек может быть заблокирована в определенном положении при прессовании с помощью внутренней и наружной резьбы в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения;

фиг. 7 схематично изображает то, как одна из заглушек может быть заблокирована в определенном положении при прессовании с помощью пробитого углубления во втулке и заглушек в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения;

фиг. 8 схематично изображает то, как одна из заглушек может быть заблокирована в определенном

- 7 021309 положении при прессовании с помощью забивания внутренней полой трубки в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения;

фиг. 9 схематично изображает в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения прессованный ротор, содержащий отдельный вал ротора;

фиг. 10 схематично изображает в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения ротор с одним валом, двумя подшипниками и заглушками;

фиг. 11 схематично изображает компоненты ротора, располагаемые в пресс-форме непосредственно перед прессованием, в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения;

фиг. 12 схематично изображает то, как пуансон вынуждает магнитный порошковый материал спрессовываться, а втулку расширяться к пресс-форме, в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения;

фиг. 13 схематично изображает вариант воплощения изобретения, содержащий вторую втулку; фиг. 14 схематично изображает прессование ротора в соответствии с вариантом воплощения изобретения, содержащим вторую втулку;

фиг. 15 схематично изображает различные конструкции ротора в соответствии с различными вариантами воплощения настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Роторы, содержащие магнитный порошковый материал, известны в данной области техники. Доступные на рынке материалы постоянных магнитов могут содержать ферриты, Л1№Со, §тСо и ЫйРеВ. Магниты, изготовленные из этих материалов, могут быть изготовлены множеством способов, но наиболее часто выбираемыми способами являются спекание или объединение связкой.

Спекание представляет собой способ изготовления предметов из порошка путем нагревания материала до тех пор, пока его частицы не прилипнут друг к другу. Этот процесс нагревания должен осуществляться ниже точки плавления порошкового материала.

Прессованные магниты на связке (магнитопласты) получают путем прессования композита, включающего в себя магнитный порошок и полимерное связующее, например эпоксидную смолу, в прессформе с желаемыми размером и формой.

Одним из недостатков прессованных магнитов на связке уровня техники является то, что добавляемое связующее не обладает магнитным действием, и поэтому возможная индукция магнита снижается по отношению к магниту без связующего.

Одним из способов преодоления этого эффекта может быть очень сильное механическое прессование композита. К сожалению, это также имеет отрицательный эффект, заключающийся в том, что при снятии механического давления на композит он обладает эффектом обратной отдачи, означающим, что композит не будет сохранять свое полностью спрессованное состояние, а будет снова расширяться в определенной степени, когда давление снято. Это, в свою очередь, означает, что плотность композита не достигает ее максимума. При использовании настоящего изобретения эффект обратной отдачи минимизируется.

Таким образом, при изготовлении, например, ротора с постоянным магнитом, содержащего изготовленные согласно описанному выше магниты на связке, не достигается максимально возможное намагничивание ротора.

Настоящее изобретение относится к различным выгодным роторам с постоянными магнитами. Роторы в принципе изготовлены путем запрессовывания заглушек в подходящую втулку, содержащую подходящий для намагничивания магнитный порошковый материал, с обоих концов. Магнитный порошковый материал прессуют до желаемой плотности и, во время поддержания давления на заглушки заглушки блокируют в их положениях. Таким образом получают выгодный ротор, где магнитный порошковый материал может быть спрессован до высокой плотности.

Фиг. 1 схематично изображает основные компоненты изобретения.

Ротор в соответствии с различными вариантами воплощения изобретения содержит по меньшей мере первую втулку 1, которая в случае одного варианта воплощения изобретения подходит для ее деформирования под давлением, первую и вторую заглушки 2, 3 и магнитный порошковый материал 4. В ходе изготовления компоненты могут быть помещены в пресс-форму 5.

Давление может также быть приложено к порошковому материалу с разных сторон. Порошковый материал может быть спрессован во втулке в осевом направлении. Однако дополнительно или альтернативно, также возможно прикладывать давление сбоку, например, в радиальном направлении.

Втулка 1 предпочтительно выполнена как цилиндрическая трубка.

Фиг. 2 схематично изображает основные компоненты ротора, расположенные в пресс-форме 5, до прессования в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения.

Упомянутую первую втулку 1 снабжают первой заглушкой 2 в одном положении внутри втулки 1. Размеры заглушки 2 таковы, что она закрывает внутреннее отверстие втулки 1. Втулка 1 и заглушка 2 тем самым образуют открытый с одного конца герметичный контейнер.

Магнитный порошковый материал 4, подходящий для намагничивания, вводят (засыпают) в упомянутый контейнер в подходящем количестве.

- 8 021309

Затем помещают вторую заглушку 3 в другое положение внутри втулки 1, как показано стрелкой на чертеже. Втулка 1 и заглушки 2, 3 теперь образуют закрытый контейнер, содержащий магнитный порошковый материал 4.

В случае различных вариантов воплощения изобретения втулка 1 может быть предварительно отформована так, чтобы частично или полностью соответствовать внутренней форме пресс-формы 5 до прессования.

Фиг. 3 схематично изображает основные компоненты ротора в пресс-форме при прессовании в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения.

Давление, схематично обозначенное стрелками Р на фигуре, прикладывают к одной или к обеим заглушкам 2, 3, теперь помещенным во втулку 1, после того, как компоненты были размещены так, как описано на фиг. 2. При приложении давления к заглушке или заглушкам, заглушки скользят по направлению к центру втулки 1, и порошок 4 прессуется.

В случае различных вариантов воплощения давление Р настолько высокое, что оно приводит, по меньшей мере отчасти, к физическому расширению или деформации втулки 1, как показано стрелками на фигуре. Втулка 1 расширяется, достигая стенок пресс-формы 5, и тем самым принимает форму прессформы 5.

В случае других вариантов воплощения изобретения втулка 1 не деформируется в ходе прессования.

В случае различных вариантов воплощения изобретения магнитный порошковый материал 4 подвергают вибрации до того, как его прессуют, например, при помощи механической вибрации или ультразвуковой вибрации. Подвергая магнитный порошковый материал 4 во втулке 1 подходящей вибрации, материал 4 предварительно уплотняют и, например, заполняют воздушные карманы во втулке 1.

Как показано на фигуре и описано выше, по меньшей мере одна из заглушек 2, 3 скользит к центру втулки 1. В случае различных вариантов воплощения изобретения упомянутая по меньшей мере одна заглушка 2, 3 скользит на такое расстояние, что заглушка 2, 3 находится, по меньшей мере частично внутри той области втулки 1, которая деформируется при прессовании. Тем самым эта часть заглушки также деформируется вместе со втулкой 1. Поэтому заглушка 2, 3 также должна быть приспособлена для деформации, по меньшей мере, этой части заглушки.

В случае различных вариантов воплощения изобретения физическая протяженность заглушек 2, 3 в продольном направлении ротора может быть разных размеров.

В случае различных вариантов воплощения по меньшей мере одна из заглушек 2, 3 выполнена составляющей часть вала ротора.

В случае различных вариантов воплощения по меньшей мере одна из заглушек 2, 3 выполнена составляющей вал ротора приводной машины (двигателя).

Описанный магнитный порошковый материал 4, используемый для введения во втулку, в случае различных вариантов воплощения изобретения подходит для изотропных или анизотропных магнитов. Как естественное следствие этого, пресс-форма 5 и прочие инструменты и оборудование, задействованные в процессе прессования порошкового материала 4 во втулке 1, подходят для используемого способа.

Фиг. 4 схематично изображает ротор 6 как продукт прессования в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения, как описано ранее.

В случае данного варианта воплощения можно видеть, что протяженность заглушек 2, 3 в продольном направлении ротора имеет разную длину, т.е. первая заглушка 2 длиннее, чем вторая заглушка 3.

Более того, можно видеть, что заглушки 2, 3 выполнены составляющими вал ротора.

Более длинная заглушка 2 может, например, быть использована в качестве ведущего вала ротора, тогда как более короткая заглушка 3 может, например, быть использована для обеспечения правильного расположения ротора, например, в подшипнике 11 электрической машины, как показано на фигуре.

Фиг. 5 схематично изображает то, как первая и вторая заглушки 2, 3 могут быть соединены при прессовании в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения.

В данном иллюстративном примере первая заглушка 2 имеет такие очертания, что она содержит заостренную поверхность с дистальным концом, направленным к центру втулки 1, до прессования. Вторая заглушка 3 имеет такие же очертания с дистальным концом, направленным к центру втулки 1, до прессования.

Как описано ранее, в ходе прессования к заглушкам 2, 3 прикладывают давление, и по меньшей мере одна из заглушек скользит по направлению к центру втулки 1, и порошок 4 прессуется.

В случае данного варианта воплощения две заостренные поверхности были выполнены так, что они достигнут друг друга и соединяться, когда магнитный порошковый материал 4 будет спрессован до желаемой плотности. Более того, два дистальных конца заостренных поверхностей имеют паз 7 и выступ 8 соответственно. Они выполнены так, что они будут зацепляться (защелкиваться), когда паз 7 и выступ 8 состыковываются друг с другом. Тем самым заглушки 2, 3 будут удерживаться на месте, когда давление прессования снимают.

В случае различных вариантов воплощения изобретения, чтобы предотвратить то, что магнитный порошковый материал 4 будет заполнять паз 7, занимая пространство под выступ 8, паз 7 содержит кана- 9 021309 лы (не показаны), через которые может отводиться излишек порошка.

Одним из преимуществ снабжения заглушек 2, 3 заостренными поверхностями, подобными описанным выше, является то, что в ходе прессования порошок 4 прессуется по направлению к внутренней поверхности втулки 1 по другой схеме, чем если бы давление прикладывалось, например, заглушками 2, 3 с плоскими поверхностями в плоскости, проходящей радиально от продольной оси ротора.

Более того, засыпаемое количество порошка 4 снижается, поскольку заостренные поверхности занимают некоторое пространство внутри втулки 1.

Нужно понимать, что описанное соединение и зацепление заглушек 2, 3 может быть использовано для соединения заглушек 2, 3 отдельно или в комбинации с прочими способами соединения или блокировки заглушек 2, 3 в желаемом положении.

Более того, конструкция соединения может быть реализована множеством способов.

Фиг. 6 схематично изображает то, как одна из заглушек может быть заблокирована в определенном положении при прессовании с помощью внутренней и наружной резьбы в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения.

В случае данного иллюстративного варианта воплощения изобретения втулка 1 выполнена таким образом, что она содержит внутреннюю резьбу 9 на своем дистальном конце, т.е. в той части втулки, которая перекрывается со второй заглушкой 3 после прессования. Вторая заглушка 3 содержит соответствующую наружную резьбу 10, которая может свинчиваться с внутренней резьбой 9 втулки путем ее закручивания вокруг собственной оси. Это обеспечивает то, что заглушка 3 блокируется в желаемом положении относительно втулки 1, например, когда достигается желаемая степень сжатия порошка 4.

Другая дистальная часть втулки 1 и первая заглушка 2 могут быть выполнены таким же образом.

В случае других вариантов воплощения изобретения внутренняя и наружная резьбы 9, 10 представляют собой зазубренные поверхности, обеспечивающие прочное зацепление между заглушками 2, 3 и втулкой 1.

Завинчивание резьбы 9, 10 может в случае различных вариантов воплощения осуществляться до, в ходе или после запрессовывания заглушек 2, 3.

Следует понимать, что описанный способ блокировки заглушек в определенном положении может быть использован отдельно или в комбинации с прочими способами блокировки.

Фиг. 7 схематично изображает то, как одна из заглушек может быть заблокирована в определенном положении при прессовании с помощью пробитого углубления во втулке и заглушках в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения.

В случае данного варианта воплощения изобретения втулка 1 и заглушка 3 перекрываются, когда в ходе прессования достигается желаемая степень сжатия магнитного порошкового материала 4. Заглушка 3 и втулка 1 блокируются в определенном положении при помощи одного или более пробитых углублений 13 вдоль их перекрывающихся поверхностей.

Следует понимать, что описанный способ блокировки заглушек в определенном положении может быть использован отдельно или в комбинации с прочими способами блокировки, например, сваркой.

Фиг. 8 схематично изображает то, как одна из заглушек может быть заблокирована в определенном положении при прессовании с помощью забивания внутренней полой трубки в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения.

В соответствии с различными вариантами воплощения изобретения ротор содержит внутреннюю полую трубку 14, как показано на фигуре. Назначением трубки 14 является обеспечение доступа, например, смазки через трубку к подшипникам, расположенным на одном дистальном конце ротора, когда он установлен в машине.

Полая трубка 14 может быть установлена через приспособленные для этого заглушки 2, 3, содержащие подходящее перфорационное отверстие до последовательности прессования. Когда сжатие магнитного порошкового материала 4 достигло желаемого уровня в ходе последовательности прессования, полую трубку 14 забивают (расклепывают) на ее концах. При этом дистальная часть трубки 14 буквально загибается вбок по всему периметру трубки, и диаметр наиболее дальней кольцеобразной части трубки увеличивается, посредством чего она зацепляется с упомянутым перфорационным отверстием в приспособленных для этого заглушках 2, 3. Это, в свою очередь, приводит к тому, что заглушки 2, 3 блокируются в определенном положении, даже если порошковый материал 4 стремится вытолкнуть заглушки, например, из-за обратной отдачи материала 4.

Описанный способ блокировки заглушек 2, 3 в определенном положении может быть использован отдельно или в комбинации с другими способами блокировки.

Фиг. 9 схематично изображает в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения использование уплотняющего кольца для удержания одной или более заглушек во втулке.

Уплотняющее кольцо в случае иллюстративного варианта воплощения удерживается в пазу заглушки и выполняет функцию уплотнения материала внутри втулки от воздействий снаружи. Если размер уплотняющего кольца подобран правильно, то оно будет предпочтительно сжиматься, по меньшей мере частично, при его удерживании в пазу.

Применение уплотняющего кольца при блокировке заглушек в определенном положении может

- 10 021309 быть осуществлено множеством способов, например, с пазом или без него для удержания уплотняющего кольца, но общим для них является то, что уплотняющее кольцо вставляют между заглушкой и внутренней стороной первой втулки и что уплотняющее кольцо накладывают на заглушку или втулку до или в ходе процесса изготовления.

Фиг. 10 схематично изображает в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения прессованный ротор, содержащий отдельный вал 18 ротора.

Вал 18 ротора в данном варианте воплощения не является выполненной заодно частью заглушек 2,

3. В случае данного варианта воплощения заглушки 2, 3 имеют такие очертания, чтобы помещаться во втулку 1, а также вокруг отдельного вала 18 ротора. Средства для оказания давления на заглушки 2, 3, естественно, специально сконструированы с учетом этого. Более того, в случае данного варианта воплощения могут быть реализованы различные способы, например, блокировки заглушек 2, 3 на втулке 1 в ходе прессования. Более того, аналогичные способы блокировки могут быть использованы для блокировки центрального участка 2, 3 заглушек на отдельном валу 18 ротора.

Вал 18 ротора может в случае различных вариантов воплощения быть сплошным, полым, закрытым или содержать, например, полую трубку, подобную описанной на фиг. 8.

Фиг. 11 схематично изображает компоненты ротора, расположенные в пресс-форме непосредственно до прессования. Втулка 1 и заглушка 3 заполнены определенным количеством магнитного порошкового материала 4 в непрессованном состоянии. В ходе процесса прессования пуансон 15 будет оказывать давление на заглушку 3, и магнитный порошковый материал 4 будет спрессовываться во втулке 1.

В случае различных вариантов воплощения изобретения пуансоном 15 можно управлять с учетом, например, приложенного давления и времени приложения давления. Приложенное давление может изменяться с течением времени, например, по синусоидальному закону с увеличивающейся амплитудой.

Пресс-форма 5 и пуансон 15 должны быть сконструированы так, чтобы можно было работать с разными степенями сжатия магнитного порошкового материала 4, которые для различных материалов могут составлять порядка, например, от 2,0 до 2,8, например 2,7.

Фиг. 12 схематично изображает то, как пуансон 15 вынуждает магнитный порошковый материал 4 спрессовываться и как втулка 1 расширяется до пресс-формы. Магнитный порошковый материал 4 прессуют до желаемого уровня, и заглушка 3 готова к блокировке в желаемом положении.

Как также показано на фигуре, втулка 1 и/или дистальная часть заглушки 3 расширяются под приложенным давлением от пуансона 15 так, что они достигают стенок пресс-формы 5.

Фиг. 13 схематично изображает вариант воплощения изобретения, содержащий вторую втулку.

Упомянутая вторая втулка 17 с меньшим диаметром, чем первая втулка 1, помещается внутрь первой втулки 1, расположенной, например, в пресс-форме 5. Два возникающих теперь пространства могут быть заполнены одинаковым или разными видами магнитных порошковых материалов 16а, 16Ь с тем, чтобы снабдить ротор особыми характеристиками.

В случае различных вариантов воплощения изобретения размер и форма второй втулки 17 могут быть изменены, например, форма не обязательно должна быть цилиндрической, но может быть квадратной, прямоугольной, эллиптической или других видов. Более того, осевая длина второй втулки 17 не должна совпадать с длиной первой втулки 1.

Эти варианты воплощения могут потребовать специальной последовательности прессования и пуансона 15а, 15Ь, как схематично показано на фиг. 14.

Для того чтобы не давить на и не деформировать вторую втулку 17, пресс-форма 5 и пуансон 15а, 15Ь могут быть сконструированы таким образом, чтобы отдельные пространства с порошком 16а, 16Ь могли быть спрессованы отдельно и/или последовательно.

Как показано на фиг. 14, пуансон может быть выполнен, например, из двух частей 15а, 15Ь пуансона. Как показано стрелками на частях пуансона, различные уровни давления могут быть приложены к каждой из частей 15а, 15Ь пуансона, и они могут перемещаться отдельно.

Такие же пуансон 15 и пресс-форма 5 могут быть использованы для различных вариантов воплощения при прессовании ротора лишь с упомянутой первой втулкой 1. Такой вариант воплощения не показан. В данной ситуации осевые силы прессования преобразуются в радиальные силы преимущественным образом. Это раздельное прессование может быть использовано для достижения поочередной схемы прессования, где сегменты магнитного порошкового материала 4 могут быть спрессованы вперед других, что может привести к минимизации царапания магнитным порошковым материалом 4 внутренности втулки 1, и смазки могут быть исключены. Более того, если во втулку 1 вводится более чем один магнитный порошковый материал 4, раздельное прессование может быть использовано для того, чтобы, по существу, прессовать разные магнитные порошковые материалы 4.

Все описанные выше фигуры показывают магнитный порошковый материал 4. Следует подчеркнуть, что во втулки может быть введен широкий диапазон различных порошковых и сплошных материалов в качестве разных вариантов воплощения описанного.

Несколько иллюстративных примеров раскрыты на фиг. 15, которая схематично иллюстрирует различные конструкции ротора в соответствии с различными вариантами воплощения настоящего изобретения.

- 11 021309

Вариант А схематично изображает вариант воплощения, содержащий участок из магнитно-мягкого материала 19 и участок из магнитно-твердого порошкового материала 20, заделанные во втулке 1. Участок 19 из порошка магнитно-мягкого материала составляет сердечник ротора, но с языками, простирающимися, по существу, до самой втулки 1.

Вариант В схематично изображает вариант воплощения, содержащий участок из магнитно-мягкого порошкового материала 19 и участок из магнитно-твердого порошкового материала 20, заделанные во втулке 1 похожим образом, как описано в варианте А. Более того, вал 18 ротора в случае данного варианта воплощения заделан в магнитно-мягкий порошковый материал 19 по центру втулки 1.

Вариант С схематично изображает вариант воплощения, содержащий магнитно-мягкий и магнитнотвердый порошковые материалы 19, 20, заделанные в первой втулке 1. Материалы 19, 20 содержатся во втулке как кольца с магнитно-твердым порошковым материалом 20 на периферии, ближайшей к первой втулке 1. Более того, во второй втулке 17, по существу, по центру первой втулки 1 заделан сплошной материал 21. Сплошной материал 21 может в случае разных вариантов воплощения состоять из, например, нержавеющей стали, ферритной стали, керамики и т.д.

Вариант Ό схематично изображает вариант воплощения, где сплошной материал 21 заделан по центру втулки 1 окруженным магнитно-твердым порошковым материалом 20.

Вариант Е схематично изображает вариант воплощения, где подходящие стержни из сплошного материала 21 расположены в желаемых положениях вдоль внутренней периферии втулки 1, а остальное пространство заполнено магнитно-мягким порошковым материалом 19.

Процесс заполнения втулок порошковыми и сплошными материалами в соответствии со схематично показанными вариантами воплощения может потребовать специализированных инструментов и оборудования.

Типы сплошного материала 21 могут для различных вариантов воплощения содержать предварительно спрессованный порошковый материал, например магнитно-мягкий материал или магнитнотвердый материал, спеченные или неспеченные материалы или литой материал. Данный вариант Е может, например, быть использован для магнитных муфт.

Как правило, смазка может использоваться в ходе процесса прессования для того, чтобы минимизировать трение между зернами порошкового материала 4 и другими компонентами ротора, такими как втулка 1, заглушки 2, 3 или ось 18 ротора. Такое трение может оставлять царапины на поверхности компонентов.

В случае различных вариантов воплощения настоящего изобретения добавка смазки добавляется к порошковому материалу 4 перед введением порошка во втулку 1.

В случае других вариантов воплощения, до прессования, смазка добавляется на поверхность одного или более компонентов ротора, таких как втулка 1, заглушки 2, 3 и/или ось 18 ротора.

В еще одном варианте воплощения внутренняя поверхность пресс-формы 5 смазывается до того, как компоненты ротора будут помещены в нее перед процессом прессования.

В другом варианте воплощения наружная поверхность первой втулки 1 смазывается до того, как она помещается в пресс-форму 5 перед процессом прессования.

Также, в целом, в описании были раскрыты различные варианты воплощения способов блокировки, соединения друг с другом или зацепления компонентов, например, заглушек 2, 3 на втулках 1 и 17 и/или отдельной оси 18 ротора. В еще одном варианте воплощения эти компоненты привариваются (не показано). Сварка компонентов может в случае различных вариантов воплощения осуществляться либо точечной, либо сплошной сваркой, например лазерной сваркой.

Сплошная сварка компонентов может в случае одного варианта воплощения осуществляться при прессовании, когда заглушки расположены в их правильных конечных положениях.

В случае другого варианта воплощения изобретения может осуществляться точечная сварка при прессовании, когда заглушки расположены в своем правильном конечном положении.

В случае различных вариантов воплощения сплошная или точечная сварка может быть осуществлена после последовательности прессования и после того, как был отведен упомянутый пуансон 15.

Все вышеуказанные варианты воплощения сварки могут быть использованы в комбинации с другими из описанных ранее способов блокировки, соединения и/или зацепления компонентов ротора.

Перечень ссылочных позиций

- первая втулка;

- первая заглушка;

- вторая заглушка;

- магнитный порошковый материал;

- пресс-форма;

- ротор;

- паз заглушки;

- выступ заглушки;

- часть втулки с наружной резьбой;

- часть заглушки с внутренней резьбой;

- 12 021309

- подшипник;

- пробойник;

- пробитое углубление;

- полая трубка;

- пуансон;

15а - первая часть пуансона;

15Ь - вторая часть пуансона;

16а - первый магнитный порошковый материал; 16Ь -второй магнитный порошковый материал;

- вторая втулка;

- вал ротора;

- магнитно-мягкий порошковый материал;

- магнитно-твердый порошковый материал;

- сплошной материал;

- уплотняющее кольцо.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Постоянный магнит, характеризующийся структурой, состоящей из спрессованного, несвязанного магнитного порошкового материала, причем этот магнитный порошковый материал представляет собой спрессованный внутри оболочки, имеющей форму окружающей этот материал втулки, магнитнотвердый порошковый материал или комбинацию магнитно-твердого и магнитно-мягкого порошкового материалов.
2. Постоянный магнит по п.1, при этом плотность упомянутого спрессованного магнитного порошкового материала составляет в диапазоне от 5,0 до 8,0 г/см³, предпочтительно в диапазоне от 6,8 до 7,7 г/см³, например 7,3 г/см³.
3. Постоянный магнит по любому из предшествующих пунктов, при этом постоянный магнит дополнительно содержит одно или более цельных постоянных магнитных тел.
4. Постоянный магнит по любому из предшествующих пунктов, характеризующийся тем, что постоянный магнит представляет собой ротор с постоянным магнитом для машины.
5. Постоянный магнит по п.4, содержащий первую втулку;

первую заглушку и вторую заглушку, выполненные с возможностью закрывания внутреннего отверстия упомянутой первой втулки;

постоянный магнит, сформированный в упомянутом внутреннем отверстии втулки между первой заглушкой и второй заглушкой и включающий в себя спрессованный, несвязанный магнитный порошковый материал, содержащий магнитно-твердый порошковый материал или комбинацию магнитнотвердого и магнитно-мягкого порошкового материала.
6. Постоянный магнит по п.5, при этом по меньшей мере одна из упомянутой первой и второй заглушки выполнена составляющей вал ротора.
7. Постоянный магнит по п.5 или 6, при этом упомянутый ротор дополнительно содержит отдельный вал ротора, помещенный во втулку.
8. Постоянный магнит по любому из предшествующих пп.5-7, при этом упомянутые первая и вторая заглушки содержат блокирующие средства, подходящие для блокировки заглушек вместе внутри пространства первой втулки и поддержания заглушек расположенными в определенном положении друг относительно друга.
9. Постоянный магнит по любому из предшествующих пп.5-8, при этом ротор дополнительно содержит вторую втулку с меньшим диаметром, чем упомянутая первая втулка, помещенную внутри первой втулки.
10. Постоянный магнит по любому из предшествующих пунктов, при этом магнитный порошковый материал представляет собой изотропный магнитный порошок.
11. Способ изготовления ротора с постоянным магнитом для электрической машины, содержащий следующие этапы:

помещение первой заглушки в первую втулку для закрывания внутреннего отверстия первой втулки в первом положении;

введение магнитного порошкового материала в первую втулку, причем упомянутый магнитный порошковый материал содержит магнитно-твердый порошковый материал или комбинацию магнитнотвердого и магнитно-мягкого порошкового материала;

помещение второй заглушки в первую втулку для закрывания внутреннего отверстия первой втулки во втором положении, причем магнитный порошковый материал располагается между первым положением и вторым положением;

приложение давления по меньшей мере к одной из упомянутых первой и второй заглушек в первой

- 13 021309 втулке, причем это давление прикладывают по направлению к другой из упомянутых первой и второй заглушек так, чтобы спрессовать магнитный порошковый материал между ними, с получением в результате постоянного магнита, содержащего спрессованный внутри втулки магнитный порошковый материал.
12. Способ по п.11, содержащий дополнительный этап - при поддержании упомянутого приложенного давления блокировку по меньшей мере одной из упомянутых первой и второй заглушек в определенном положении относительно первой втулки так, чтобы и первая, и вторая заглушки были заблокированы в определенном положении относительно втулки, за счет чего магнитный порошковый материал остается спрессованным, когда упомянутое давление снимают.
13. Способ по п.11 или 12, при этом плотность упомянутого спрессованного магнитного порошкового материала между первой и второй заглушками составляет в диапазоне от 5,0 до 8,0 г/см³, предпочтительно в диапазоне от 6,8 до 7,7 г/см³, например 7,3 г/см³.
14. Способ по любому из предшествующих пп.11-13, при этом по меньшей мере часть первой втулки постоянно расширяется, когда прикладывают упомянутое давление по меньшей мере к одной из упомянутых первой и второй заглушек в первой втулке, причем упомянутая часть первой втулки является частью между первой заглушкой и второй заглушкой.
15. Способ по любому из предшествующих пп.11-14, причем упомянутый способ дополнительно содержит этап помещения вала ротора во втулку.
16. Способ по любому из предшествующих пп.11-15, при этом упомянутый магнитный порошковый материал содержит добавку смазки.
17. Способ по любому из предшествующих пп.11-16, при этом во втулке между первой и второй заглушками предусматривают дополнительный участок магнитного порошкового материала, содержащий добавку связующего.
18. Способ по любому из предшествующих пп.11-17, при этом упомянутый способ дополнительно содержит этап помещения одного или более цельных постоянных магнитных тел во втулку.
19. Способ по любому из предшествующих пп.11-18, при этом упомянутые первая и вторая заглушки содержат блокирующие средства и блокируются вместе и поддерживаются расположенными в определенном положении друг относительно друга внутри первой втулки, когда прикладывают упомянутое давление по меньшей мере к одной из упомянутых первой и второй заглушек в первой втулке.
20. Способ по любому из предшествующих пп.11-19, при этом упомянутый способ дополнительно содержит этап помещения второй втулки с диаметром, меньшим чем у первой втулки, внутрь первой втулки и предпочтительно этап введения магнитного порошкового материала в упомянутую вторую втулку.
21. Способ по любому из предшествующих пп.11-20, при этом упомянутый способ дополнительно содержит этап смазывания по меньшей мере одной из упомянутых первой и второй втулкок на ее поверхности до упомянутого этапа введения магнитного порошкового материала во втулку.
22. Способ по любому из предшествующих пп.11-21, при этом способ дополнительно содержит этап помещения ротора в магнитное поле при осуществлении этапа приложения давления по меньшей мере к одной из упомянутых первой и второй заглушек в первой втулке с тем, чтобы сформировать анизотропный магнит из магнитного порошкового материала, введенного в первую втулку.
23. Способ по любому из предшествующих пп.11-22, при этом способ дополнительно содержит этап вибрации магнитного порошкового материала после того, как он был введен во втулку и до упомянутого приложения давления по меньшей мере к одной из упомянутых первой и второй заглушек.
24. Способ по любому из предшествующих пп.11-23, при этом способ дополнительно содержит этап предварительного прессования упомянутого магнитного порошкового материала, введенного в первую втулку, до помещения второй заглушки в первую втулку для закрывания внутреннего отверстия первой втулки.
25. Способ по любому из предшествующих пп.20-24, при этом способ дополнительно содержит этап предварительного прессования упомянутого магнитного порошкового материала, введенного во вторую втулку, до помещения упомянутой второй заглушки в первую втулку.