RU2583484C1 - Method of making electric machine rotor and device for making same - Google Patents

Method of making electric machine rotor and device for making same Download PDF

Info

Publication number
RU2583484C1
RU2583484C1 RU2014154167/07A RU2014154167A RU2583484C1 RU 2583484 C1 RU2583484 C1 RU 2583484C1 RU 2014154167/07 A RU2014154167/07 A RU 2014154167/07A RU 2014154167 A RU2014154167 A RU 2014154167A RU 2583484 C1 RU2583484 C1 RU 2583484C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnets
shaft
bandage
rotor
electric machine
Prior art date
Application number
RU2014154167/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Петрович Глухов
Владимир Михайлович Добулевич
Анатолий Федорович Алексеев
Юрий Валентинович Булатов
Иван Алексеевич Михайлов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "ТВЭЛ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "ТВЭЛ" filed Critical Открытое акционерное общество "ТВЭЛ"
Priority to RU2014154167/07A priority Critical patent/RU2583484C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2583484C1 publication Critical patent/RU2583484C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: invention can be used in designing and manufacturing of high-speed electric machines with permanent magnets on the rotor. Firstly a unit is produced of a magnetic conductor with fixed magnets and installed support of high-strength fibres, after which the assembled unit is installed on the shaft. Installation of support structure on magnets and installation of the unit completely to shaft is carried out with a cylindrical tension. Selection of values of preloads provides transfer of torque between magnets and shaft, and also enables to control the stress-deformed state of the article during assembly and operation under operating rates. Support structure on magnets is made of high-strength fibers in the form of a solid ring or multiple rings which are mounted on one or more rows of magnets. Pressing of the support structure on magnets is performed using a special mandrel.
EFFECT: improved manufacturability of the rotor.
4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при проектировании и изготовлении высокооборотных электрических машин с постоянными магнитами на роторе.The invention relates to electrical engineering and can be used in the design and manufacture of high-speed electric machines with permanent magnets on the rotor.

Известны роторы высокоскоростных электрических машин, содержащие вал и систему возбуждения в виде расположенных на кольцевом магнитопроводе постоянных магнитов, на которые для увеличения прочности насажена упрочняющая оболочка [«Электрические машины с постоянными магнитами», М.-Л. "Энергия", 1964, с. 51]. Наличие упрочняющей оболочки обеспечивает, в сравнении с неупрочненным вариантом, более высокую скорость вращения ротора.Rotors of high-speed electric machines are known, containing a shaft and an excitation system in the form of permanent magnets located on an annular magnetic circuit, on which a reinforcing shell is mounted to increase strength ["Electric machines with permanent magnets", M.-L. "Energy", 1964, p. 51]. The presence of a reinforcing sheath provides, in comparison with the unreinforced version, a higher rotor speed.

Известен способ изготовления ротора высокооборотной электрической машины, согласно которому в ферромагнитной втулке (кольцевом магнитопроводе) выполняют аксиально-радиальные прорези, после чего втулку размещают на валу, а магниты устанавливают на втулке, ориентируя при этом оси симметрии прорезей относительно осей полюсов. В прорезях дополнительно размещают пластины из магнитомягкого материала. Полученную магнитную систему охватывают предварительно нагретым упрочняющим кольцом (авторское свидетельство СССР №955.393, М.Кл. H02K 21/02, 1982). Однако недостатком известного способа является наличие в конструкции аксиально-радиальных прорезей, сложных в изготовлении, а также ориентация их осей симметрии относительно осей полюсов, кроме того, сборка узла осложняется необходимостью нагрева упрочняющего кольца.A known method of manufacturing a rotor of a high-speed electric machine, according to which axially radial slots are made in a ferromagnetic sleeve (ring magnetic core), after which the sleeve is placed on the shaft, and the magnets are mounted on the sleeve, while orienting the symmetry axis of the slots relative to the axis of the poles. Plates of magnetically soft material are additionally placed in the slots. The resulting magnetic system is covered with a preheated reinforcing ring (USSR copyright certificate No. 955.393, M. Cl. H02K 21/02, 1982). However, the disadvantage of this method is the presence in the design of axial radial slots, difficult to manufacture, as well as the orientation of their axis of symmetry relative to the axis of the poles, in addition, the assembly of the node is complicated by the need to heat up the reinforcing ring.

Известен способ изготовления ротора высокооборотной электрической машины с постоянными магнитами, принятый за прототип для способа изготовления ротора электрической машины, с предварительно изготовленным кольцевым пакетом, состоящим из магнитов, размещенных между упрочняющим кольцом (бандажом) из высокопрочных волокон и втулкой (магнитопроводом) (Патент России №2155430 МПК Н02K 15/03, Н02K 15/02, Н02K 21/14, Н02K 21/02, опубл. 27.08.2000 г.). При этом внутреннюю поверхность втулки и сопрягаемую с ней поверхность вала выполняют коническими. Затем кольцевой пакет напрессовывают на вал, прикладывая усилие вдоль оси вала. Однако посадка пакета магнитов по конусу приводит к неравномерности напряженно-деформированного состояния вдоль оси вращения ротора и росту напряжений в конструкции, вследствие чего уменьшается максимально допустимая скорость вращения. Кроме того, наличие в конструкции сопрягаемых конических поверхностей требует высокой точности их изготовления для обеспечения должного контактного взаимодействия.A known method of manufacturing a rotor of a high-speed electric machine with permanent magnets, adopted as a prototype for a method of manufacturing a rotor of an electric machine, with a prefabricated annular package consisting of magnets placed between a reinforcing ring (bandage) of high-strength fibers and a sleeve (magnetic circuit) (Russian Patent No. 2155430 IPC Н02K 15/03, Н02K 15/02, Н02K 21/14, Н02K 21/02, publ. 08.27.2000). In this case, the inner surface of the sleeve and the mating surface of the shaft are tapered. Then the annular package is pressed onto the shaft, applying force along the axis of the shaft. However, the fit of the magnet package along the cone leads to uneven stress-strain state along the axis of rotation of the rotor and an increase in stresses in the structure, as a result of which the maximum permissible rotation speed decreases. In addition, the presence in the design of mating conical surfaces requires high accuracy of their manufacture to ensure proper contact interaction.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в упрощении способа изготовления ротора высокооборотной электрической машины, в том числе упрочнения конструкции ротора генератора с постоянными магнитами в сочетании с повышением допустимой рабочей скорости вращения.The problem to which the present invention is directed, is to simplify the method of manufacturing the rotor of a high-speed electric machine, including hardening the design of the rotor of the generator with permanent magnets in combination with increasing the permissible operating speed.

Техническое решение направлено на совершенствование технологии изготовления конструкции ротора генератора с постоянными магнитами.The technical solution is aimed at improving the manufacturing technology of the design of the rotor of the generator with permanent magnets.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

Фиг. 1 - поперечное сечение ротора электрической машины.FIG. 1 is a cross section of a rotor of an electric machine.

Фиг. 2 - устройство для изготовления ротора электрической машины.FIG. 2 - a device for manufacturing a rotor of an electric machine.

Поставленная задача достигается тем, что в электрической машине (Фиг. 1), содержащей вал (1) с магнитопроводом (2), на котором закреплены постоянные магниты (3), охваченные бандажом из высокопрочных волокон (4), первоначально изготавливают узел из магнитопровода с закрепленными на нем магнитами и установленным бандажом, после чего собранный узел устанавливают на вал.The problem is achieved in that in an electric machine (Fig. 1), containing a shaft (1) with a magnetic circuit (2), on which are fixed permanent magnets (3), covered by a bandage of high-strength fibers (4), the unit is initially made of a magnetic circuit with magnets mounted on it and an installed bandage, after which the assembled assembly is mounted on the shaft.

Бандаж изготавливают в виде цельного кольца или в виде нескольких колец, которые устанавливаются на один или несколько рядов магнитов.The bandage is made in the form of a single ring or in the form of several rings, which are installed on one or more rows of magnets.

При этом чем меньше протяженность зоны контакта при запрессовке (высота бандажа или высота готового узла), тем меньше требуемое усилие запрессовки.Moreover, the smaller the length of the contact zone when pressing (the height of the bandage or the height of the finished unit), the less the required pressing force.

Установка бандажа на магниты и узла целиком на вал осуществляется с натягом по цилиндрической посадке, что позволяет добиться на поверхности контакта равномерного распределения напряжений.The installation of the brace on the magnets and the entire assembly on the shaft is carried out with an interference fit in a cylindrical fit, which allows achieving a uniform stress distribution on the contact surface.

Перед установкой узла вал изготавливают с диаметром, обеспечивающим натяг для передачи крутящего момента между узлом и валом на рабочей скорости вращения исходя из измеренного диаметра изготовленного узла.Before installing the node, the shaft is made with a diameter that provides an interference fit for transmitting torque between the node and the shaft at an operating speed of rotation based on the measured diameter of the manufactured node.

Подбор величин натягов обеспечивает передачу крутящего момента между магнитами и валом, а также позволяет управлять напряженно-деформированным состоянием изделия при сборке и при работе на рабочей скорости вращения. Величины натягов подбираются исходя из сохранения целостности конструкции ротора (недопущения отхода магнитов от магнитопровода) на рабочей скорости вращения и обеспечения допустимого уровня напряжений в деталях на всех режимах работы. При этом бандаж устанавливают на магниты по цилиндрической посадке с натягом меньшим, чем натяг, обеспечивающий передачу крутящего момента между магнитами и валом при работе на рабочей скорости вращения.The selection of the interference values provides the transmission of torque between the magnets and the shaft, and also allows you to control the stress-strain state of the product during assembly and when working at the operating speed of rotation. The values of interference are selected based on the preservation of the integrity of the rotor design (to prevent the magnets from moving away from the magnetic circuit) at the operating speed of rotation and to ensure an acceptable level of stress in the parts in all operating modes. In this case, the bandage is mounted on the magnets in a cylindrical fit with an interference fit less than the interference fit, which provides torque transmission between the magnets and the shaft when operating at a working rotation speed.

Такое соотношение величин натягов может быть достигнуто тем, что перед установкой узла вал изготавливают с диаметром, обеспечивающим натяг для передачи крутящего момента между узлом и валом на рабочей скорости вращения исходя из измеренного диаметра изготовленного узла.Such a ratio of the interference values can be achieved by the fact that before installing the assembly, the shaft is made with a diameter that provides an interference fit for transmitting torque between the assembly and the shaft at the operating rotation speed based on the measured diameter of the manufactured assembly.

При этом бандаж изготавливается из высокопрочных керамических волокон отдельно от узла методом намотки на жесткую оправку.In this case, the bandage is made of high-strength ceramic fibers separately from the unit by winding on a rigid mandrel.

Кроме того, для повышения технологичности конструкции магнитопровод может быть изготовлен в виде цельной трубы или в виде отдельных колец, на которых закреплено от одного до нескольких рядов магнитов.In addition, to increase the manufacturability of the design, the magnetic circuit can be made in the form of a solid pipe or in the form of separate rings on which one to several rows of magnets are fixed.

Запрессовка бандажа на магниты происходит по специальным оправкам для изготовления ротора электричсекой машины (Фиг. 2). При этом профиль оправок (5) - угол наклона наружной поверхности β и их длина L рассчитаны таким образом, чтобы обеспечить минимальный уровень напряжений в процессе запрессовки бандажа на магниты. Наружный диаметр D1 и D2 оправки для запрессовки бандажа (4) выполняют на одном конце меньше внутреннего диаметра D бандажа, а на другом конце не меньше наружного диаметра магнитов (3). При этом угол наклона наружной поверхности оправки к ее оси β находится в функциональной зависимости f() от следующих параметров:Pressing the bandage onto the magnets takes place according to special mandrels for manufacturing the rotor of the electric machine (Fig. 2). Moreover, the mandrel profile (5) - the angle of inclination of the outer surface β and their length L are designed in such a way as to ensure a minimum level of stresses during the pressing of the bandage onto the magnets. The outer diameter D 1 and D 2 of the mandrel for pressing the brace (4) is performed at one end less than the inner diameter D of the brace, and at the other end no less than the outer diameter of the magnets (3). The angle of inclination of the outer surface of the mandrel to its axis β is in the functional dependence of f () on the following parameters:

P=(0,9-1,1)f(L,В,D,D1,D2,R),P = (0.9-1.1) f (L, B, D, D 1 , D 2 , R),

где:Where:

β - угол наклона наружной поверхности оправки к ее оси, град.;β is the angle of inclination of the outer surface of the mandrel to its axis, deg .;

L - длина рабочей части оправки, мм;L is the length of the working part of the mandrel, mm;

В - ширина бандажа, мм;B - bandage width, mm;

D - внутренний диаметр бандажа, мм;D is the inner diameter of the bandage, mm;

D1, D2 - наружные диаметры по концам оправки, мм;D 1 , D 2 - outer diameters at the ends of the mandrel, mm;

R - радиус скругления торцевой поверхности бандажа к внутреннему диаметру, мм.R is the radius of the rounding of the end surface of the brace to the inner diameter, mm

Кроме того, длина рабочей части оправки L устройства для изготовления ротора электрической машины находится в функциональной зависимости F() от следующих параметров:In addition, the length of the working part of the mandrel L of the device for manufacturing the rotor of an electric machine is in the functional dependence of F () on the following parameters:

L=(0,9-1,1)F(B,D,D1,D2,R,σ),L = (0.9-1.1) F (B, D, D 1 , D 2 , R, σ),

где:Where:

L - длина рабочей части оправки, мм;L is the length of the working part of the mandrel, mm;

В - ширина бандажа, мм;B - bandage width, mm;

D - внутренний диаметр бандажа, мм;D is the inner diameter of the bandage, mm;

D1, D2 - наружные диаметры по концам оправки, мм;D 1 , D 2 - outer diameters at the ends of the mandrel, mm;

R - радиус скругления торцевой поверхности бандажа к внутреннему диаметру, мм;R is the radius of the rounding of the end surface of the brace to the inner diameter, mm;

σ - предел осевой прочности бандажа, кгс/мм2.σ is the axial tensile strength of the bandage, kgf / mm 2 .

Угол наклона наружной поверхности оправки к ее оси и длина рабочей части оправки определяются расчетным или опытным путем.The angle of inclination of the outer surface of the mandrel to its axis and the length of the working part of the mandrel are determined by calculation or experimentally.

Claims (4)

1. Способ изготовления ротора электрической машины, содержащего вал с магнитопроводом, на котором закреплены постоянные магниты с установленным на них бандажом из высокопрочных волокон, включающий изготовление вала, изготовление узла, состоящего из магнитопровода, закрепленных на нем магнитов и установленного на них бандажа, отличающийся тем, что бандаж изготавливают в виде цельного кольца или в виде нескольких колец, которые устанавливаются на один или несколько рядов магнитов, узел устанавливают на вал по цилиндрической посадке с натягом, который достигается тем, что перед установкой узла вал изготавливают с диаметром, обеспечивающим натяг для передачи крутящего момента между узлом и валом на рабочей скорости вращения, исходя из измеренного диаметра изготовленного узла.1. A method of manufacturing a rotor of an electric machine containing a shaft with a magnetic circuit, on which are fixed permanent magnets with a bandage made of high-strength fibers mounted on them, comprising making a shaft, manufacturing a node consisting of a magnetic circuit, magnets mounted on it and a bandage mounted on them, characterized in that the bandage is made in the form of a single ring or in the form of several rings that are installed on one or more rows of magnets, the assembly is mounted on a shaft along a cylindrical fit with yag, which is achieved by the fact that before installing the node, the shaft is made with a diameter that provides an interference fit for transmitting torque between the node and the shaft at the operating speed of rotation, based on the measured diameter of the manufactured node. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что бандаж устанавливают на магниты по цилиндрической посадке с натягом меньшим, чем натяг, обеспечивающий передачу крутящего момента между магнитами и валом при работе на рабочей скорости вращения.2. The method according to claim 1, characterized in that the bandage is mounted on the magnets in a cylindrical fit with an interference fit less than the interference fit, which provides torque transmission between the magnets and the shaft when operating at an operating speed of rotation. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что бандаж изготавливают методом намотки на оправку.3. The method according to claim 1, characterized in that the bandage is made by winding on a mandrel. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что магнитопровод изготавливают в виде цельной трубы или в виде отдельных колец, на которых закрепляют от одного до нескольких рядов магнитов. 4. The method according to claim 1, characterized in that the magnetic circuit is made in the form of a solid pipe or in the form of separate rings, on which one to several rows of magnets are fixed.
RU2014154167/07A 2014-12-30 2014-12-30 Method of making electric machine rotor and device for making same RU2583484C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014154167/07A RU2583484C1 (en) 2014-12-30 2014-12-30 Method of making electric machine rotor and device for making same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014154167/07A RU2583484C1 (en) 2014-12-30 2014-12-30 Method of making electric machine rotor and device for making same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2583484C1 true RU2583484C1 (en) 2016-05-10

Family

ID=55959969

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014154167/07A RU2583484C1 (en) 2014-12-30 2014-12-30 Method of making electric machine rotor and device for making same

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2583484C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2679311C1 (en) * 2017-12-27 2019-02-07 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Combined rotor for high-speed electric machine
RU2746266C1 (en) * 2020-11-23 2021-04-12 Общество с ограниченной ответственностью «ЭТК» Rotor of a high speed electric machine
RU209630U1 (en) * 2021-10-14 2022-03-17 Акционерное общество "Электромашиностроительный завод "ЛЕПСЕ" ROTOR OF ELECTRIC MACHINE

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6064134A (en) * 1998-07-24 2000-05-16 General Motors Corporation Rotor for a synchronous reluctance machine
RU2155430C1 (en) * 1999-06-18 2000-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "НПО Sibeca Co.,Ltd" (ОOO "НПО СибЭКА") High-speed electrical machine rotor manufacturing process
RU2187188C2 (en) * 2000-03-14 2002-08-10 Закрытое акционерное общество "ЭЛМАС" Method for electrical machine rotor manufacture
JP2005045923A (en) * 2003-07-22 2005-02-17 Honda Motor Co Ltd Method of manufacturing rotor for motor, and rotor for motor
WO2011108733A1 (en) * 2010-03-03 2011-09-09 Nidec Corporation Rotor, method of manufacturing rotor, and motor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6064134A (en) * 1998-07-24 2000-05-16 General Motors Corporation Rotor for a synchronous reluctance machine
RU2155430C1 (en) * 1999-06-18 2000-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "НПО Sibeca Co.,Ltd" (ОOO "НПО СибЭКА") High-speed electrical machine rotor manufacturing process
RU2187188C2 (en) * 2000-03-14 2002-08-10 Закрытое акционерное общество "ЭЛМАС" Method for electrical machine rotor manufacture
JP2005045923A (en) * 2003-07-22 2005-02-17 Honda Motor Co Ltd Method of manufacturing rotor for motor, and rotor for motor
WO2011108733A1 (en) * 2010-03-03 2011-09-09 Nidec Corporation Rotor, method of manufacturing rotor, and motor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2679311C1 (en) * 2017-12-27 2019-02-07 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Combined rotor for high-speed electric machine
RU2746266C1 (en) * 2020-11-23 2021-04-12 Общество с ограниченной ответственностью «ЭТК» Rotor of a high speed electric machine
RU209630U1 (en) * 2021-10-14 2022-03-17 Акционерное общество "Электромашиностроительный завод "ЛЕПСЕ" ROTOR OF ELECTRIC MACHINE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105164767B (en) The device and method kept for magnet
RU2583484C1 (en) Method of making electric machine rotor and device for making same
US8018114B2 (en) Generator rotor with improved wedges
WO2015028876A3 (en) Fixing method and fixing structure for fixing a coil insulator, stator using the same and rotating electrical machine using the same
NZ579117A (en) Three stator windings that exit slots at different tilted angles, at least one head having a 90 degree curvature
US20190081524A1 (en) Rotor
JP2010139068A (en) Force transmitting assembly for composite fiber tie rod
US9225205B2 (en) Method of constructing core with tapered pole pieces and low-loss electrical rotating machine with said core
US8726490B2 (en) Method of constructing core with tapered pole pieces and low-loss electrical rotating machine with said core
US20150023739A1 (en) Drive point for a pile
JP2019515630A (en) Hydroelectric generator, method of manufacturing the same and method of operating the same
CN105720788A (en) High-power winding type permanent-magnet coupler
WO2010070405A3 (en) Slotted stator section of an axial flux electric machine and process for making the slotted stator section of an axial flux electric machine.
FI20080188L (en) Polygon coil for roller stand and method of producing polygon coil
KR101510813B1 (en) Runner shaft and a centrifugal casting apparatus for rotor
WO2016080191A1 (en) Interior magnet rotary electric machine
CN102130518B (en) Four-working-side coreless generator
CA1047090A (en) Rotor construction for slow speed, large diameter electrical machines
WO2015110816A2 (en) Flywheel assembly
CN108475946A (en) The manufacturing method of the stator of the stator of electric rotating machine, electric rotating machine and electric rotating machine
RU2610305C1 (en) Electric machine rotor
RU2659796C9 (en) Flexible rotor with constant magnets
RU151763U1 (en) ROTOR OF FAST ASYNCHRONOUS MOTOR
CN103878649A (en) Method for machining optical fiber stress rod
RU155153U1 (en) ELECTRIC MACHINE ROTOR