RU2362252C2

RU2362252C2 - Method of making magnetic core for electric machine

Info

Publication number: RU2362252C2
Application number: RU2007130779/09A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Сергеевич Ермолаев (RU); Дмитрий Сергеевич Ермолаев
Original assignee: Дмитрий Сергеевич Ермолаев
Priority date: 2007-08-13
Filing date: 2007-08-13
Publication date: 2009-07-20
Also published as: RU2007130779A; WO2009028992A1

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, particularly to the technology of making electrical machines, more specifically their magnetic cores. Proposed is a method of making a magnetic core of an electrical machine, involving obtaining annular work pieces by winding onto a mandrel tape with thickness less than 0.08 mm from amorphous soft magnetic material, cutting parts from the tape and aligning them such that, the main magnetic flux passes through sides of the parts, formed by edges of the tapes, and tapes, forming these parts are mainly parallel each other.

EFFECT: provision for accuracy of the working nonmagnetic gap of the electrical machine with simultaneous reduction of the cost of manufacturing and assembling the magnetic core.

3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а более точно к изготовлению магнитопроводов электрических машин.The invention relates to electrical engineering, and more specifically to the manufacture of magnetic circuits of electrical machines.

Известен способ изготовления магнитопровода электрической машины путем штамповки из листов магнитомягкой стали заготовок и последующей сборки из них магнитопровода. Такой способ широко применяется в промышленности при изготовлении промышленных электрических машин. Благодаря такому способу можно изготавливать сложные формы магнитопроводов, например Ш-образный магнитопровод или даже гребенкообразный, например, описанный в патенте RU 2130679. Однако частота колебаний магнитной индукции такого магнитопровода не может превышать 100 Гц, так как повышенная частота создает вихревые токи в каждой заготовке, что приводит в тепловым потерям и перегреву электрических машин. Это вызвано тем, что толщина листов достаточно большая - больше 0,3 мм.A known method of manufacturing the magnetic circuit of an electric machine by stamping blanks from sheets of soft magnetic steel and subsequent assembly of the magnetic circuit from them. This method is widely used in industry in the manufacture of industrial electrical machines. Thanks to this method, it is possible to produce complex forms of magnetic circuits, for example a U-shaped magnetic circuit or even a comb, for example, described in patent RU 2130679. However, the frequency of oscillations of the magnetic induction of such a magnetic circuit cannot exceed 100 Hz, since the increased frequency creates eddy currents in each workpiece, resulting in heat loss and overheating of electrical machines. This is due to the fact that the thickness of the sheets is large enough - more than 0.3 mm.

Известен способ изготовления магнитопровода электрической машины путем намотки тонкой ленты из магнитомягкого материала (RU 2178231, кл. Н02К 1/02) на тороидальную оправку, в котором толщина ленты составляет порядка 0,025 мм, а материал ленты не менее чем на 50% состоит из кристаллов размером менее 50 нм. Такой материал называется аморфным или нанокристаллическим. Этот способ позволяет создавать магнитопроводы для частоты колебаний магнитной индукции выше 800 Гц без значимых тепловых потерь на вихревые токи. Однако по такому способу невозможно делать сложные формы магнитопроводов, отличные от тороидальных, например гребенкообразные. К тому же заготовка из такого материала плохо поддается механической резке, так как является стеклообразным материалом. А электрохимическая резка, которой поддается такая заготовка, является дорогостоящей.A known method of manufacturing the magnetic circuit of an electric machine by winding a thin tape of soft magnetic material (RU 2178231, class Н02К 1/02) on a toroidal mandrel, in which the tape thickness is about 0.025 mm, and the tape material is not less than 50% consists of crystals of size less than 50 nm. Such a material is called amorphous or nanocrystalline. This method allows you to create magnetic circuits for the frequency of oscillations of the magnetic induction above 800 Hz without significant heat loss due to eddy currents. However, in this way it is impossible to make complex forms of magnetic circuits that are different from toroidal, for example, comb-shaped. In addition, a workpiece made of such a material is difficult to mechanically cut, since it is a glassy material. And electrochemical cutting, which lends itself to such a workpiece, is expensive.

Наиболее близким техническим решением является способ (RU 2296412) изготовления сборного магнитопровода электрической машины путем намотки ленты из магнитомягкого материала на оправку, резки полученных закольцованных заготовок на части и последующей сборки из них индуктора и якоря путем взаимного расположения частей так, что направление основного магнитного потока, проходящего через эту часть, совпадает с направлением максимальной магнитной проницаемости этой части, и при сборке одну из частей поворачивают на угол 90 градусов. При этом у повернутой части есть две стороны, образованные резкой, и две стороны, образованные кромками лент. Эта часть образует своей стороной рабочий немагнитный зазор. В этом способе ленты, образующие повернутую часть, не параллельны лентам, образующим другие части магнитопровода. В таком способе основной магнитный поток проходит через стороны части, образованные резкой закольцованной заготовки, что при величине рабочего немагнитного зазора менее 0,8 мм накладывает повышенные требования на технологию резки и требует высокой точности размера части между сторонами, выходящими в рабочий немагнитный зазор. Например, при величине рабочего немагнитного зазора 0,5 мм точность указанного размера должна быть лучше 0,1 мм. В таких случаях для порезки магнитопроводов, выполненных из аморфной стали, для улучшения точности разрезки необходимо применять дорогостоящую электрохимическую резку, что приводит к удорожанию электрической машины. Использование дешевой механической резки создает большую шероховатость поверхности резки и сколы, что ухудшает точность размера части. Обычно при механической резке аморфных магнитопроводов точность получается хуже чем 0,3 мм. Также в этом патенте обозначена прямоугольность одной из частей, но об этом признаке ничего не сказано в тексте.The closest technical solution is the method (RU 2296412) of manufacturing a prefabricated magnetic circuit of an electric machine by winding a tape of soft magnetic material onto a mandrel, cutting the resulting looped blanks into parts and then assembling the inductor and the armature from them by arranging the parts so that the direction of the main magnetic flux, passing through this part coincides with the direction of the maximum magnetic permeability of this part, and during assembly one of the parts is rotated through an angle of 90 degrees. In this case, the rotated part has two sides formed by the sharp, and two sides formed by the edges of the tapes. This part forms on its side a working non-magnetic gap. In this method, the tapes forming the rotated part are not parallel to the tapes forming the other parts of the magnetic circuit. In this method, the main magnetic flux passes through the sides of the part formed by the sharp ringed billet, which with a working non-magnetic gap of less than 0.8 mm imposes increased requirements on the cutting technology and requires high accuracy of the size of the part between the sides facing the working non-magnetic gap. For example, with a working non-magnetic gap of 0.5 mm, the accuracy of this size should be better than 0.1 mm. In such cases, for cutting magnetic cores made of amorphous steel, to improve the accuracy of cutting, it is necessary to use expensive electrochemical cutting, which leads to an increase in the cost of an electric machine. The use of cheap mechanical cutting creates a large roughness of the cutting surface and chips, which affects the accuracy of the size of the part. Typically, when machining amorphous magnetic cores, accuracy is worse than 0.3 mm. Also in this patent the rectangularity of one of the parts is indicated, but nothing is said about this feature in the text.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка способа изготовления магнитопроводов электрической машины, работающих на частотах колебаний магнитной индукции выше 800 Гц, выполненных из магнитомягкой ленты из аморфного сплава и имеющих сложную, например Ш-образную или гребенкообразную, форму, который бы обеспечивал достаточную точность рабочего немагнитного зазора и удешевление технологии изготовления и сборки магнитопровода.An object of the present invention is to develop a method for manufacturing magnetic circuits of an electric machine operating at frequencies of magnetic induction above 800 Hz, made of soft magnetic tape from an amorphous alloy and having a complex, for example, U-shaped or comb-like shape, which would provide sufficient accuracy of the working non-magnetic gap and cheaper technology for the manufacture and assembly of the magnetic circuit.

Поставленная задача решена тем, что в способе изготовления магнитопровода электрической машины, включающем получение закольцованных заготовок путем намотки на оправку ленты толщиной менее 0.08 мм из аморфного магнитомягкого материала, при этом две стороны закольцованной заготовки образованы кромками ленты, вырезание из полученных заготовок частей путем разреза закольцованной заготовки вдоль оси намотки ленты, при этом две стороны частей образованы благодаря резу, и последующую сборку из этих частей якоря и индуктора путем взаимного расположения частей так, что образующие их ленты расположены в плоскости, параллельной линии основного магнитного потока, проходящего через эту часть, а стороны частей, образующие немагнитный рабочий зазор, ориентированы преимущественно перпендикулярно к оси вращения электрической машины, согласно изобретению используют преимущественно прямоугольную оправку, вырезают преимущественно прямоугольные части и ориентируют части так, что основной магнитный поток проходит через стороны частей, образованные кромками лент, а ленты, образующие эти части, расположены преимущественно параллельно друг к другу.The problem is solved in that in a method for manufacturing a magnetic circuit of an electric machine, comprising producing looped blanks by winding on a mandrel a tape with a thickness of less than 0.08 mm from an amorphous magnetically soft material, the two sides of the looped blank formed by the edges of the tape, cutting parts from the blanks obtained by cutting a looped blank along the axis of winding the tape, while the two sides of the parts are formed due to the cut, and the subsequent assembly of these parts of the armature and inductor by mutual p the position of the parts so that the tapes forming them are located in a plane parallel to the line of the main magnetic flux passing through this part, and the sides of the parts forming a non-magnetic working gap are oriented mainly perpendicular to the axis of rotation of the electric machine; rectangular parts and orient the parts so that the main magnetic flux passes through the sides of the parts formed by the edges of the tapes, and the tapes forming these parts are located mainly parallel to each other.

Благодаря такому решению можно собрать магнитопровод сложной формы, например Ш-образный или гребенкообразный из преимущественно прямоугольных частей, выполненных из тонкой ленты из аморфного магнитомягкого материала. При этом полученный магнитопровод будет работать на частотах колебаний магнитной индукции выше 800 Гц без заметных тепловых потерь на вихревые токи. Точность рабочего немагнитного зазора при этом достигается за счет точности ширины используемой ленты, которая легко достигается на этапе создания самой ленты и может быть лучше чем 0,1 мм. Стороны же частей, образованные резом закольцованных заготовок, в этом случае не влияют на точность размера части, который определяет величину рабочего немагнитного зазора.Thanks to this solution, it is possible to assemble a magnetic circuit of complex shape, for example, a W-shaped or comb-shaped one, from predominantly rectangular parts made of a thin tape of amorphous soft magnetic material. In this case, the resulting magnetic circuit will operate at frequencies of magnetic induction above 800 Hz without noticeable thermal losses due to eddy currents. The accuracy of the working non-magnetic gap is achieved due to the accuracy of the width of the tape used, which is easily achieved at the stage of creating the tape itself and can be better than 0.1 mm. The sides of the parts formed by cutting the ringed blanks in this case do not affect the accuracy of the size of the part, which determines the magnitude of the working non-magnetic gap.

В дальнейшем изобретение будет подробно раскрыто в описании со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:The invention will be further described in detail in the description with reference to the accompanying drawings, in which:

- фиг.1 изображает создание преимущественно прямоугольной закольцованной заготовки 1 путем намотки на преимущественно прямоугольную оправку 2 ленты 3 из магнитомягкого аморфного материала, поступающей с бобины 4;- figure 1 depicts the creation of a predominantly rectangular looped blank 1 by winding on a predominantly rectangular mandrel 2 of a tape 3 of a soft magnetic amorphous material coming from the reel 4;

- фиг.2 изображает схематично вырезку преимущественно прямоугольных частей 5 и 6 из закольцованной заготовки 1;- figure 2 depicts schematically a notch of predominantly rectangular parts 5 and 6 from a looped blank 1;

- фиг.3 изображает магнитопровод электрической машины в сборе.- figure 3 depicts the magnetic circuit of the electric machine Assembly.

Предлагаемый способ заключается в следующем.The proposed method is as follows.

Преимущественно прямоугольную закольцованную заготовку 1 (фиг.1) создают путем намотки на преимущественно прямоугольную оправку 2 ленты 3 толщиной менее 0.08 мм из магнитомягкого аморфного материала, поступающей с бобины 4. Торцевые стороны такой заготовки образованы кромками ленты. После чего вырезают преимущественно прямоугольные части 5 и 6 (фиг.2) из полученных закольцованных заготовок 1 путем их разреза, по крайней мере, два раза вдоль оси намотки ленты. Из одной заготовки может быть вырезано несколько частей. Линия реза показана пунктирной линией. Видно, что две стороны 5.1 и 6.1 каждой из частей 5 и 6 образованы кромками ленты 3, а две других стороны 5.2, 6.2 образованы благодаря резу закольцованной заготовки 1. Из другой закольцованной заготовки 1, которая намотана из ленты большей ширины, чем лента у частей 5, вырезают преимущественно прямоугольные части 7 (не показаны). После чего осуществляют сборку магнитопровода электрической машины (фиг.3) из частей 5, 6 и 7 так, что образующие их ленты расположены в плоскости, параллельной линии основного магнитного потока, проходящего через данную часть. Также в положении индуктора относительно якоря, при котором магнитная цепь фазы имеет максимальную магнитную проницаемость, части 5, 6 и 7, из которых состоит эта фаза, расположены так, что ленты, образующие их, лежат в преимущественно параллельных плоскостях, а стороны частей, образующие немагнитный рабочий зазор, преимущественно перпендикулярны оси вращения электрической машины. При этом стороны 5.1, 6.1 и 7.1, образованные кромками лент, пропускают через себя основной магнитный поток 8, в то время как стороны 5.2, 6.2 и 7.2, образованные благодаря резу заготовки 1, расположены в стороне от прохождения основного магнитного потока 8, в данном случае параллельно ему. Таким образом, величина рабочего немагнитного зазора между частями 5 индуктора и частями 6 якоря зависит только от ширины ленты, из которой образованы части 5, 6 и 7, и не зависит от качества и точности реза закольцованной заготовки 1 при создании этих частей. На фиг.3 показан магнитопровод электрической машины, где магнитопровод якоря выполнен гребенкообразным и состоит из частей 6 и 7. Обмотки 9 выполнены кольцевыми, и ось их намотки совпадает с осью 10-10 вращения электрической машины. Части 5 образуют магнитопровод индуктора.A predominantly rectangular looped preform 1 (Fig. 1) is created by winding onto a predominantly rectangular mandrel 2 of a tape 3 with a thickness of less than 0.08 mm from a soft magnetic amorphous material coming from the reel 4. The end sides of such a preform are formed by the edges of the tape. After that, mainly rectangular parts 5 and 6 (Fig. 2) are cut out of the obtained ring blanks 1 by cutting them at least twice along the axis of winding the tape. Several parts can be cut from one blank. The cut line is shown with a dashed line. It can be seen that the two sides 5.1 and 6.1 of each of the parts 5 and 6 are formed by the edges of the tape 3, and the other two sides 5.2, 6.2 are formed due to the cutting of the ring blank 1. From another ring blank 1, which is wound from a tape of a larger width than the tape at the parts 5, mostly rectangular portions 7 (not shown) are cut out. Then carry out the assembly of the magnetic circuit of the electric machine (figure 3) from parts 5, 6 and 7 so that the ribbons forming them are located in a plane parallel to the line of the main magnetic flux passing through this part. Also in the position of the inductor relative to the armature, in which the magnetic circuit of the phase has maximum magnetic permeability, the parts 5, 6 and 7 of which this phase consists are arranged so that the ribbons forming them lie in predominantly parallel planes, and the sides of the parts forming non-magnetic working clearance, mainly perpendicular to the axis of rotation of the electric machine. In this case, the sides 5.1, 6.1 and 7.1 formed by the edges of the tapes pass the main magnetic flux 8 through themselves, while the sides 5.2, 6.2 and 7.2 formed by cutting the blank 1 are located away from the passage of the main magnetic flux 8, in this case parallel to it. Thus, the magnitude of the working non-magnetic gap between the parts 5 of the inductor and parts 6 of the armature depends only on the width of the tape from which parts 5, 6 and 7 are formed, and does not depend on the quality and accuracy of the cut of the ring blank 1 when creating these parts. Figure 3 shows the magnetic circuit of an electric machine, where the magnetic core of the armature is comb-shaped and consists of parts 6 and 7. The windings 9 are made circular, and the axis of their winding coincides with the axis 10-10 of rotation of the electric machine. Parts 5 form the magnetic circuit of the inductor.

Claims

A method of manufacturing a magnetic circuit of an electric machine, including producing ring-shaped blanks by winding on a mandrel of a tape with a thickness of less than 0.08 mm from an amorphous magnetically soft material, the two sides of the ring-shaped blank being formed by the edges of the tape, cutting parts from the resulting blanks by cutting the looped blank along the axis of winding the tape, while the two sides of the parts are formed due to the cut, and the subsequent assembly of these parts of the armature and inductor by the relative position of the parts so that forming their tapes are located in a plane parallel to the line of the main magnetic flux passing through this part, and the sides of the parts forming a non-magnetic working gap are oriented mainly perpendicular to the axis of rotation of the electric machine, characterized in that they use mainly a rectangular mandrel, cut mainly rectangular parts and orient parts so that the main magnetic flux passes through the sides of the parts formed by the edges of the tapes, and the tapes forming these parts are predominantly o parallel to each other.