RU2784369C1

RU2784369C1 - Method for manufacturing a rotor with permanent magnets

Info

Publication number: RU2784369C1
Application number: RU2022114587A
Authority: RU
Inventors: Флюр Рашитович Исмагилов; Вячеслав Евгеньевич Вавилов; Алексей Анатольевич Жеребцов; Оксана Алексеевна Юшкова; Евгений Олегович Жарков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ЭТК"
Filing date: 2022-05-31
Publication date: 2022-11-24

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering and can be used in electric machines with permanent rotor magnets. In the claimed method for manufacturing a rotor in permanent magnets located along its circumference, one or more grooves are made, dividing the permanent magnet into at least two segments. One or more of the grooves made are interconnected by bridges. The depth of the grooves is made less than the depth of the permanent magnet and filled with insulating material. In accordance with the claimed solution, the grooves are burned out by electroerosive method in a rotating rotor. At the same time, permanent magnets are glued around the circumference of the rotor and fixed from the ends of the rotor with clamping rings, and the grooves are filled with a compound that hardens at room temperature.

EFFECT: improving the manufacturability of the manufacture of a rotor with permanent magnets.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в электрических машинах с постоянными магнитами для повышения технологичности изготовления магнитной системы ротора.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in electric machines with permanent magnets to improve the manufacturability of the rotor magnetic system.

Известен ротор и способ изготовления ротора электрической машины [заявка № JP2012138975A, B23K26/00, B23K26/382, H01F7/02, H02K15/03, опубл. 19.07.2012 г.], согласно которому постоянный магнит разделяют на множество разъемных частей путем разрезания, с последующим облучением лазером по меньшей мере одной из противоположных поверхностей частей постоянного магнита, при этом формируется оксидная кромка, выполняющая роль изоляции. Далее части постоянного магнита соединяются между собой в местах оксидных кромок.Known rotor and method of manufacturing the rotor of an electrical machine [application No. JP2012138975A, B23K26/00, B23K26/382, H01F7/02, H02K15/03, publ. 07/19/2012], according to which the permanent magnet is divided into a plurality of detachable parts by cutting, followed by laser irradiation of at least one of the opposite surfaces of the parts of the permanent magnet, while forming an oxide edge that acts as insulation. Further, the parts of the permanent magnet are connected to each other in the places of the oxide edges.

Недостатком способа изготовления ротора является высокая стоимость оборудования, высокая трудоемкость изготовления.The disadvantage of this method of manufacturing the rotor is the high cost of equipment, the high complexity of manufacturing.

Известен способ изготовления постоянного магнита для электрической машины [заявка WO2020030241A1, H01F41/02, опубл. 13.02.2020 г.], заключающийся в том, что в постоянном магните выполняют одну или несколько канавок, разделяющих постоянный магнит не менее чем на две секции, причем одна или несколько канавок соединены между собой одной или несколькими перемычками и в которых глубина одной или нескольких канавок равна глубине постоянного магнита, при этом указанная канавка заполнена изоляционным материалом, в частности полимерным пластиком или акриловым пластиком, после чего магниты устанавливаются на ротор.A known method of manufacturing a permanent magnet for an electric machine [application WO2020030241A1, H01F41/02, publ. February 13, 2020], which consists in the fact that one or more grooves are made in the permanent magnet, dividing the permanent magnet into at least two sections, moreover, one or more grooves are interconnected by one or more jumpers and in which the depth of one or more of the grooves is equal to the depth of the permanent magnet, said groove is filled with an insulating material, in particular polymer plastic or acrylic plastic, after which the magnets are mounted on the rotor.

Недостатком такого способа изготовления ротора является невысокая технологичность изготовления магнитной системы ротора.The disadvantage of this method of manufacturing the rotor is the low manufacturability of the magnetic system of the rotor.

Известна конструкция ротора электрической машины [полезная модель РФ № 56738 U1, H02K 1/27, H02K 1/28, опубл. 10.09.2006 г.], содержащая магнитную систему с полюсами, образованными постоянными магнитами сегментного типа, причем на валу установлены соосно цилиндрические секции, разделенные кольцевыми немагнитными перегородками, при этом наружные кромки торцевых поверхностей секций магнитов и перегородок, а также внешние кромки внутренних торцевых поверхностей торцевых крышек и краевых секций магнитов сопрягаются по коническим поверхностям, что обеспечивает создание дополнительных радиальных усилий, прижимающих магниты к магнитопроводу при осевом сжатии ротора.Known design of the rotor of an electric machine [utility model RF No. 56738 U1, H02K 1/27, H02K 1/28, publ. 09/10/2006], containing a magnetic system with poles formed by segment-type permanent magnets, and coaxially cylindrical sections are installed on the shaft, separated by annular non-magnetic partitions, while the outer edges of the end surfaces of the sections of magnets and partitions, as well as the outer edges of the inner end surfaces end caps and edge sections of the magnets are mated along the conical surfaces, which ensures the creation of additional radial forces that press the magnets to the magnetic circuit during axial compression of the rotor.

Недостатком такой конструкции является невысокая технологичность изготовления магнитной системы ротора, высокая трудоемкость изготовления.The disadvantage of this design is the low manufacturability of the magnetic system of the rotor, the high complexity of manufacturing.

Известен способ изготовления имеющего форму диска или кольца элемента статора или ротора [патент РФ № 2276633C2, B23H 1/00, B23H 9/10, опубл. 20.05.2006 г.] со множеством лопаток, расположенных одна за другой по окружности элемента, заключающийся в том, что в заготовке элемента статора или ротора электроэрозионным методом одновременно выжигают по меньшей мере часть каждого из множества каналов в первой группе каналов, которые образуют расположенные между ними в окружном направлении лопатки, причем после электроэрозионной обработки части первой группы каналов заготовку поворачивают на определенный угол, после чего электроэрозионным методом выжигают по меньшей мере часть каждого из множества каналов во второй группе каналов.A known method of manufacturing disc-shaped or ring-shaped stator or rotor element [RF patent No. 2276633C2, B23H 1/00, B23H 9/10, publ. 20.05.2006] with a plurality of blades located one after the other around the circumference of the element, which consists in the fact that in the workpiece of the stator or rotor element, at least a part of each of the plurality of channels in the first group of channels, which form located between them in the circumferential direction of the blade, and after electroerosive processing of a part of the first group of channels, the workpiece is rotated at a certain angle, after which at least a part of each of the plurality of channels in the second group of channels is burned out by the electroerosive method.

Недостатком способа изготовления ротора является невысокая технологичность изготовления, высокая трудоемкость изготовления магнитной системы ротора.The disadvantage of this method of manufacturing the rotor is the low manufacturability, the high complexity of manufacturing the magnetic system of the rotor.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ изготовления постоянного магнита для электрической машины и электрическая машина [патент ЕР2760112А1, H02K1/17, H02K1/27, H02K15/03, опубл. 30.07.2014 г.], заключающийся в том, что в постоянных магнитах, расположенных по окружности ротора, выполнены по одной или несколько канавок, разделяющих постоянный магнит не менее чем на два сегмента, причем одна или несколько канавок соединены между собой перемычками, а глубина одной или нескольких канавок меньше глубины постоянного магнита, при этом указанная канавка заполнена изоляционным материалом.Closest to the proposed method is a method of manufacturing a permanent magnet for an electric machine and an electric machine [patent EP2760112A1, H02K1/17, H02K1/27, H02K15/03, publ. 07/30/2014], which consists in the fact that in the permanent magnets located around the circumference of the rotor, one or more grooves are made, dividing the permanent magnet into at least two segments, and one or more grooves are interconnected by jumpers, and the depth one or more grooves less than the depth of the permanent magnet, said groove being filled with insulating material.

Недостатком ближайшего аналога является невысокая технологичность и высокая трудоемкость способа изготовления магнитной системы ротора.The disadvantage of the closest analogue is the low manufacturability and high complexity of the method of manufacturing the magnetic system of the rotor.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей способа, повышение эффективности производства магнитной системы ротора.The objective of the invention is to expand the functionality of the method, increase the efficiency of production of the magnetic system of the rotor.

Техническим результатом является повышение технологичности изготовления, снижение трудоемкости изготовления магнитной системы ротора.The technical result is to increase manufacturability, reduce the complexity of manufacturing the magnetic system of the rotor.

Для решения поставленной задачи предложен способ изготовления ротора, при котором в постоянных магнитах, расположенных по окружности ротора, выполняют по одной или несколько канавок, разделяющих постоянный магнит не менее чем на два сегмента, причем одну или несколько канавок соединяют между собой перемычками, их глубину выполняют меньше глубины постоянного магнита и заполняют изоляционным материалом, согласно изобретению, указанные канавки выжигают электроэрозионным способом во вращающемся роторе, при этом постоянные магниты по окружности ротора приклеивают и с торцов ротора закрепляют поджимающими кольцами, а канавки заполняют компаундом, отвердевающим при комнатной температуре.To solve this problem, a method for manufacturing a rotor is proposed, in which one or more grooves are made in permanent magnets located around the circumference of the rotor, dividing the permanent magnet into at least two segments, and one or more grooves are interconnected by jumpers, their depth is made less than the depth of the permanent magnet and filled with insulating material, according to the invention, these grooves are burned out by the electroerosion method in a rotating rotor, while permanent magnets are glued around the circumference of the rotor and fixed from the ends of the rotor with clamping rings, and the grooves are filled with a compound that hardens at room temperature.

Существо изобретения поясняется чертежом. На чертеже изображен ротор с постоянными магнитами.The essence of the invention is illustrated by the drawing. The drawing shows a rotor with permanent magnets.

Предлагаемый способ изготовления ротора заключается в следующем. Ротор с постоянными магнитами 1 длиной l, установленными по его окружности, и поджимающими кольцами 2, расположенными с торцов ротора, закрепляют на оснастке с возможностью вращения, после чего ротор приводят во вращение и его постоянные магниты 1 разделяют на сегменты 3 электроэрозионным методом, путем выжигания канавки 4 по окружности магнитов 1, глубиной менее глубины постоянного магнита и равной ¼ глубины постоянного магнита 1, для обеспечения электрического контакта всех постоянных магнитов 1 через поджимающие кольца 2 с валом 5, который подключен к одному из электродов электроэрозионного станка, после чего ротор сдвигают на расстояние, соответствующее требуемой ширине b сегмента 3 постоянного магнита 1, определяемой исходя из допустимого уровня потерь в постоянных магнитах, и электроэрозионным методом выжигают следующие канавки, причем число канавок определяется как l/b-1, после чего канавки 4 заполняются компаундом, причем компаунд выбирается таким образом, чтобы его затвердевание происходило при температуре окружающей среды.The proposed method for manufacturing the rotor is as follows. A rotor with permanent magnets 1 of length l, installed along its circumference, and clamping rings 2 located at the ends of the rotor, is fixed on a tooling with the possibility of rotation, after which the rotor is set in rotation and its permanent magnets 1 are divided into segments 3 by the electroerosive method, by burning grooves 4 along the circumference of the magnets 1, with a depth less than the depth of the permanent magnet and equal to ¼ of the depth of the permanent magnet 1, to ensure electrical contact of all permanent magnets 1 through the preload rings 2 with the shaft 5, which is connected to one of the electrodes of the EDM machine, after which the rotor is shifted to the distance corresponding to the required width b of the segment 3 of the permanent magnet 1, determined on the basis of the allowable level of losses in the permanent magnets, and the following grooves are burned by the electroerosive method, the number of grooves being determined as l/b-1, after which the grooves 4 are filled with compound, and the compound is selected so that its hardened It did not occur at ambient temperature.

Примеры конкретной реализации способа.Examples of a specific implementation of the method.

Пример 1. Для практического осуществления способа в производственных условиях был разработан ротор для вентильного генератора мощностью 3 кВт, числом полюсов 4, с частотой вращения 13000 об/мин, активной длиной ротора равной 36 мм. Магнитную систему ротора изготавливают из постоянных магнитов SmCo, длиной 36 мм и глубиной 4 мм. Магниты монтируют на внешнюю часть цилиндрического магнитопровода ротора, выполненного из высоколегированной стали 30ХГСА. С торцов ротора установлены немагнитные прижимные кольца для исключения осевого перемещения постоянных магнитов, а также для обеспечения электрического контакта всех постоянных магнитов через поджимающие кольца с валом. Далее, готовый ротор закрепляют на оснастке, обеспечивающей возможность его вращения, и ротор приводят во вращение. С помощью установки для электроэрозионной резки постоянные магниты ротора разделяют на сегменты, путем выжигания канавки по окружности магнитов. Глубина канавки равна 3 мм. После выполнения канавки ротор (ротор продолжает вращаться), сдвигают на расстояние 6 мм, соответствующее ширине сегмента постоянного магнита, и выжигают следующие канавки. Всего в постоянном магните 6 сегментов и 5 канавок между ними. После выполнения всех канавок их заполняют компаундом ЭЗК-6.Example 1. For the practical implementation of the method under production conditions, a rotor was developed for a valve generator with a power of 3 kW, the number of poles 4, with a rotation speed of 13,000 rpm, and an active length of the rotor equal to 36 mm. The rotor magnetic system is made of SmCo permanent magnets, 36 mm long and 4 mm deep. The magnets are mounted on the outer part of the cylindrical magnetic circuit of the rotor, made of high-alloy steel 30KhGSA. Non-magnetic clamping rings are installed at the ends of the rotor to prevent axial movement of permanent magnets, as well as to ensure electrical contact of all permanent magnets through the clamping rings with the shaft. Next, the finished rotor is fixed on a tooling that allows it to rotate, and the rotor is set into rotation. Using an EDM machine, the permanent magnets of the rotor are divided into segments by burning a groove around the circumference of the magnets. The groove depth is 3 mm. After making the groove, the rotor (the rotor continues to rotate) is shifted by a distance of 6 mm corresponding to the width of the permanent magnet segment, and the next grooves are burned. In total, the permanent magnet has 6 segments and 5 grooves between them. After making all the grooves, they are filled with EZK-6 compound.

Таким образом, в рассмотренном примере конкретной реализации способа, за счет исключения технологических операций по выставлению каждого постоянного магнита на станке и исключения необходимости изготовления оснастки для изготовления постоянных магнитов повышена технологичность и снижена трудоемкость изготовления магнитной системы ротора с постоянными магнитами приблизительно в шесть раз.Thus, in the considered example of a specific implementation of the method, by eliminating the technological operations for setting each permanent magnet on the machine and eliminating the need to manufacture equipment for the manufacture of permanent magnets, the manufacturability and labor intensity of manufacturing the rotor magnetic system with permanent magnets are reduced by approximately six times.

Пример 2. Способ реализуется на примере вентильного двигателя мощностью 2 кВт, числом полюсов 20, с частотой вращения 3000 об/мин, активной длиной ротора равна 40 мм. Магнитную систему ротора изготавливают из постоянных магнитов NdFeB, длиной 40 мм и глубиной 2 мм. Магниты монтируют на внешнюю часть цилиндрического магнитопровода ротора, выполненного из высоколегированной стали 30ХГСА. С торцов ротора установлены немагнитные прижимные кольца для исключения осевого перемещения постоянных магнитов, а также для обеспечения электрического контакта всех постоянных магнитов через поджимающие кольца с валом. Далее, готовый ротор закрепляют на оснастке, обеспечивающей возможность его вращения, и ротор приводится во вращение. С помощью установки для электроэрозионной резки постоянные магниты ротора разделяют на сегменты, путем выжигания канавки по окружности магнитов. Глубина канавки равна - 1,7 мм. После выполнения канавки ротор (ротор продолжает вращаться), сдвигают на расстояние 6 мм, соответствующее ширине сегмента постоянного магнита, и выжигают следующие канавки. Всего в постоянном магните 5 сегментов и 4 канавки между ними. После выполнения всех канавок их заполняют компаундом ЭЗК-6.Example 2. The method is implemented on the example of a brushless motor with a power of 2 kW, the number of poles is 20, with a rotation speed of 3000 rpm, the active length of the rotor is 40 mm. The rotor magnetic system is made of NdFeB permanent magnets, 40 mm long and 2 mm deep. The magnets are mounted on the outer part of the cylindrical magnetic circuit of the rotor, made of high-alloy steel 30KhGSA. Non-magnetic clamping rings are installed at the ends of the rotor to prevent axial movement of permanent magnets, as well as to ensure electrical contact of all permanent magnets through the clamping rings with the shaft. Next, the finished rotor is fixed on a tooling that allows it to rotate, and the rotor is set into rotation. Using an EDM machine, the permanent magnets of the rotor are divided into segments by burning a groove around the circumference of the magnets. The depth of the groove is - 1.7 mm. After making the groove, the rotor (the rotor continues to rotate) is shifted by a distance of 6 mm corresponding to the width of the permanent magnet segment, and the next grooves are burned. In total, the permanent magnet has 5 segments and 4 grooves between them. After making all the grooves, they are filled with EZK-6 compound.

В рассмотренном примере конкретной реализации способа, за счет исключения технологических операций по выставлению каждого постоянного магнита на станке и исключения необходимости изготовления оснастки для изготовления постоянных магнитов повышена технологичность и снижена трудоемкость изготовления магнитной системы ротора с постоянными магнитами приблизительно в двадцать раз.In the considered example of a specific implementation of the method, by eliminating the technological operations for setting each permanent magnet on the machine and eliminating the need to manufacture equipment for the manufacture of permanent magnets, the manufacturability and labor intensity of manufacturing the rotor magnetic system with permanent magnets are reduced by about twenty times.

Таким образом, с увеличением количества постоянных магнитов ротора (повышения количества полюсов электрической машины) технологичность изготовления ротора повышается, а трудоемкость изготовления ротора снижается пропорционально количеству постоянных магнитов ротора (количеству полюсов).Thus, with an increase in the number of permanent magnets of the rotor (an increase in the number of poles of an electrical machine), the manufacturability of the manufacture of the rotor increases, and the complexity of the manufacture of the rotor decreases in proportion to the number of permanent magnets of the rotor (the number of poles).

Итак, заявляемое изобретение позволяет повысить технологичность изготовления и снизить трудоемкость изготовления магнитной системы ротора с постоянными магнитами за счет исключения технологических операций по выставлению каждого постоянного магнита на станке и исключения необходимости изготовления оснастки для изготовления постоянных магнитов, а также исключается необходимость специальных приспособлений для прижимания постоянных магнитов, чтобы скомпенсировать возникающие в торцевых постоянных магнитах односторонние силы отталкивания. Также снижается трудоемкость изготовления магнитной системы ротора с постоянными магнитами за счет применения компаунда, отвердевающего при комнатной температуре. Также изобретение позволяет повысить эффективность производства магнитной системы ротора за счет уменьшения количества бракованных изделий при выполнении канавок в постоянных магнитах до их установки на ротор.So, the claimed invention improves the manufacturability and reduces the complexity of manufacturing the magnetic system of the rotor with permanent magnets by eliminating the technological operations for setting each permanent magnet on the machine and eliminating the need to manufacture equipment for the manufacture of permanent magnets, and also eliminates the need for special devices for pressing permanent magnets to compensate for the one-sided repulsive forces that arise in the end permanent magnets. Also, the complexity of manufacturing the magnetic system of the rotor with permanent magnets is reduced due to the use of a compound that hardens at room temperature. The invention also makes it possible to increase the production efficiency of the rotor magnetic system by reducing the number of defective products when making grooves in permanent magnets before they are installed on the rotor.

Claims

A method for manufacturing a rotor, in which one or more grooves are made in permanent magnets located around the circumference of the rotor, dividing the permanent magnet into at least two segments, and one or more grooves are interconnected by jumpers, their depth is less than the depth of the permanent magnet and filled with an insulating material, characterized in that said grooves are burned out by electroerosive method in a rotating rotor, while permanent magnets are glued around the circumference of the rotor and fixed from the ends of the rotor with clamping rings, and the grooves are filled with a compound that hardens at room temperature.