RU2394334C2

RU2394334C2 - Method of producing electric machine

Info

Publication number: RU2394334C2
Application number: RU2008133963/09A
Authority: RU
Inventors: Александр Аркадьевич Мокрушин (RU); Александр Аркадьевич Мокрушин
Original assignee: Александр Аркадьевич Мокрушин
Priority date: 2008-08-18
Filing date: 2008-08-18
Publication date: 2010-07-10
Also published as: RU2008133963A

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: to produce rotor and/or stator, solid particles of ferromagnetic material are added to diamagnetic fluid-state material. Produced mix is poured into yoke mould with formed poles seats. Unidirectional magnetic field inductor is arranged so that its alternating negative and positive poles seat opposite formed pole seats in said mould. Said mix is held in unidirectional magnetic field till hardening of diamagnetic material.

EFFECT: easy process thanks to using casting procedure, anisotropic increase in magnetic conductivity due to using spatially oriented ferromagnetic particles as magnetic core.

4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, в частности к технологии изготовления статоров электрических машин, может использоваться, например, при изготовлении статоров электродвигателей, при изготовлении электромагнитных реле, электрических магнитов и т.д.The invention relates to the field of electrical engineering and electrical engineering, in particular to the technology of manufacturing stators of electric machines, can be used, for example, in the manufacture of stators of electric motors, in the manufacture of electromagnetic relays, electric magnets, etc.

Широко известен способ сборки статоров электродвигателей из отдельных листов электротехнической стали. В стальном листе с помощью штампа одновременно вырубают ярмо, главные и дополнительные полюсы, htpp://principact.ru.A widely known method of assembling electric motor stators from individual sheets of electrical steel. In a steel sheet using a stamp simultaneously cut down the yoke, the main and additional poles, htpp: //principact.ru.

Известен способ изготовления статора бесщеточного электродвигателя постоянного тока, патент РФ на изобретение №2287888, Н02К 15/02, 2006. Согласно данному способу формируют в форме ленты материал заднего ярма путем штамповки листовой кремнистой стали, формируют само ярмо статора спиралевидной укладкой материала заднего ярма, формируют полюса с использованием магнитного порошка железа путем его спекания, соединяют полюса с задним ярмом, покрывают полюса изоляционной бумагой, наматывают обмотки вокруг внешних круговых поверхностей полюсов. Недостатками являются сложность и трудоемкость технологического процесса, включающего процессы штамповки, сборки листов ярма, формирование ярма, получения полюсов и сборки статора. Необходимость точной выдержки размеров зазоров при спиралевидной укладке материала заднего ярма, необходимость применения каркасов при соединении полюсов с задним ярмом и при укладке обмотки усложняют процесс изготовления статора.A known method of manufacturing a stator for a brushless DC motor, RF patent for the invention No. 2287888, Н02К 15/02, 2006. According to this method, the back yoke material is formed in the form of a tape by stamping silicon steel sheet, the stator yoke itself is formed by spiral laying the back yoke material, form poles using magnetic iron powder by sintering, connect the poles to the back yoke, cover the poles with insulating paper, wrap the windings around the outer circular surfaces of the poles. The disadvantages are the complexity and complexity of the process, including the processes of stamping, assembly of yoke sheets, yoke formation, receiving poles and stator assembly. The need to accurately maintain the dimensions of the gaps during the spiral laying of the back yoke material, the need to use frames for connecting the poles to the back yoke and when laying the windings complicate the stator manufacturing process.

Известен беспазовый цилиндрический статор электрической машины по патенту РФ на изобретение №2206168, Н02К 1/12, 2003. Ярмо статора выполнено сборным из кольцеобразных стальных пластин и соединенных между собой монолитных колец из ленточной электротехнической стали с наружными прорезями, заполненными клеевой ферромагнитной массой. Между шихтованным ярмом и распределенным активным слоем введена прослойка из клеевой армированной ферромагнитной массы. Заполнение зазоров ферромагнитной клеевой массой позволяет уменьшить магнитное сопротивление, облегчить прохождение магнитного потока в соседних пластинах ярма, несколько упрощает технологию сборки ярма. Однако весь процесс изготовления статора остается трудоемким, и в стальных пластинах ярма в процессе работы статора возникают вихревые токи, снижающие магнитную проводимость.Known baseless cylindrical stator of an electric machine according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2206168, Н02К 1/12, 2003. The stator yoke is made of prefabricated ring-shaped steel plates and interconnected monolithic rings of tape electrical steel with external slots filled with adhesive ferromagnetic mass. A layer of adhesive reinforced ferromagnetic mass is introduced between the burnt yoke and the distributed active layer. Filling the gaps with a ferromagnetic adhesive mass reduces magnetic resistance, facilitates the passage of magnetic flux in adjacent yoke plates, and somewhat simplifies the technology of yoke assembly. However, the entire stator manufacturing process remains time-consuming, and eddy currents occur in the steel yoke plates during the operation of the stator, which reduce the magnetic conductivity.

В качестве ближайшего аналога заявляемому техническом решению выбран патент РФ на изобретение №2269856, Н02К 1/14, 2005 «Узел статора электродвигателя и способ его изготовления», по которому известно применение железного порошка для изготовления статора. Согласно способу изготовления узла статора электродвигателя изготавливают множество яремных пластин путем вырубки из стальной пластины, изготавливают ярмо путем наслаивания яремных пластин слой за слоем, далее наполняют предварительно определенную пресс-форму материалом в виде железного порошка, изготавливают полюс путем прессования и нагревания железного порошка при предварительно определенных давлении и температуре. Формируют каркас полюса путем впрыскивания в пресс-форму изолирующего материала, наматывают на каркас обмотку, соединяют полюс и ярмо. Недостатками также являются высокая трудоемкость процесса изготовления статора, сложность обеспечения точности сборки, наличие ЭДС в стальных пластинах ярма.As the closest analogue to the claimed technical solution, the RF patent for the invention No. 2269856, Н02К 1/14, 2005 “The stator assembly of the electric motor and the method of its manufacture”, by which the use of iron powder for the manufacture of the stator is known, was selected. According to the manufacturing method of the stator assembly of the electric motor, a plurality of jugular plates are made by cutting out of a steel plate, yoke is made by layering the jugular plates layer by layer, then the predefined mold is filled with material in the form of iron powder, the pole is made by pressing and heating the iron powder at predetermined pressure and temperature. The pole frame is formed by injecting insulating material into the mold, a winding is wound around the frame, the pole and the yoke are connected. The disadvantages are the high complexity of the stator manufacturing process, the complexity of ensuring the accuracy of assembly, the presence of EMF in the steel yoke plates.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение технологичности изготовления электрической машины, повышение ее КПД.The technical task of the invention is to increase the manufacturability of the manufacture of an electric machine, increase its efficiency.

Технический результат заключается в повышении технологичности изготовления статора и ротора электрической машины, в повышении их анизотропной магнитной проводимости.The technical result consists in increasing the manufacturability of the manufacture of the stator and rotor of an electric machine, in increasing their anisotropic magnetic conductivity.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления электрической машины, включающем формирование ярма статора, полюсов, согласно изобретению в диамагнитный материал, находящийся в жидком состоянии, вводят твердые частицы ферромагнитного материала, заливают полученную смесь в форму, соответствующую форме ярма статора со сформированными местами полюсов, устанавливают индуктор однонаправленного магнитного поля, располагая чередующиеся отрицательные и положительные полюсы индуктора напротив сформированных мест полюсов формы, подают напряжение на индуктор, проводят выдержку смеси в однонаправленном магнитном поле до затвердевания диамагнитного материала, извлекают статор из формы. В аналогичном способе, включающем формирование ярма ротора в диамагнитный материал, находящийся в жидком состоянии, вводят твердые частицы ферромагнитного материала, заливают полученную смесь в форму, твердые частицы ферромагнитного материала неодинакового размера, заливают полученную смесь в форму, соответствующую форме ярма ротора со сформированными местами полюсов, устанавливают индуктор однонаправленного магнитного поля, располагая чередующиеся отрицательные и положительные полюсы индуктора напротив сформированных мест полюсов формы, подают напряжение на индуктор, проводят выдержку смеси в однонаправленном магнитном поле до затвердевания диамагнитного материала, извлекают ротор из формы. Перед заливкой смеси в форме со сформированными местами полюсов фиксируют обмотку.The technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing an electric machine comprising forming a stator yoke, poles, according to the invention, solid particles of a ferromagnetic material are introduced into a diamagnetic material in a liquid state, the resulting mixture is poured into a mold corresponding to the shape of the stator yoke with the formed pole positions , install the unidirectional magnetic field inductor, placing alternating negative and positive poles of the inductor opposite the formed places of the pole shaped voltage is applied to the inductor, extract mixture is carried in a unidirectional magnetic field before the curing of the diamagnetic material is removed from the mold the stator. In a similar method involving the formation of the rotor yoke into a diamagnetic material in a liquid state, solid particles of a ferromagnetic material are injected, the resulting mixture is poured into a mold, solid particles of a ferromagnetic material of an uneven size, the resulting mixture is poured into a mold corresponding to the shape of the rotor yoke with the formed pole positions , install the unidirectional magnetic field inductor, placing alternating negative and positive poles of the inductor opposite the formed places to the field s forms a voltage is applied to the inductor, extract mixture is carried in a unidirectional magnetic field before the curing of a diamagnetic material, the rotor is removed from the mold. Before pouring the mixture in the form with the formed places of the poles, the winding is fixed.

Технический результат обеспечивается тем, что в диамагнитный материал, находящийся в жидком состоянии, вводят твердые частицы ферромагнитного материала, заливают полученную смесь в форму, проводят выдержку смеси в однонаправленном магнитном поле до затвердевания диамагнитного материала, этим обеспечивается формирование тела ярма из диамагнитного материала, внутри которого сформированы нитевидные магнитопроводящие образования из твердых частиц ферромагнитного материала, проводящие магнитный поток за счет того, что они определенным образом выстраиваются по линиям магнитного поля. За счет этого технология изготовления статора и ротора значительно упрощается. Использование для заливки смеси формы со сформированными местами полюсов, установка индуктора однонаправленного магнитного поля таким образом, что чередующиеся отрицательные и положительные полюсы индуктора располагают напротив сформированных мест полюсов, позволяет при формировании ярма литьевым способом одновременно сформировать полюсы ярма с анизотропной магнитной проводимостью. Введение в диамагнитный материал, находящийся в жидком состоянии, твердых частиц ферромагнитного материала неодинаковой длины позволяет обеспечить их пространственную мобильность в жидкой смеси под действием магнитного поля. Это позволяет исключить взаимное отталкивание соседних нитевидных магнитопроводящих образований друг от друга в теле сформированных статора и ротора. Использование множества мелких магнитопроводящих частиц обусловлено также задачей снижения вихревых токов. Создание однонаправленного магнитного поля для формирования магнитопроводящих нитевидных образований необходимо для исключения хаотичного движения частиц ферромагнитного материала под действием гистерезиса. Фиксирование обмотки в форме до заливки смеси позволяет получить после отверждения связующего статор и ротор с уложенной обмоткой.The technical result is ensured by the fact that solid particles of a ferromagnetic material are introduced into a diamagnetic material in a liquid state, the resulting mixture is poured into a mold, the mixture is held in a unidirectional magnetic field until the diamagnetic material solidifies, this ensures the formation of a yoke body from a diamagnetic material, inside of which magnetic filamentous formations are formed from solid particles of a ferromagnetic material, conducting magnetic flux due to the fact that they are defined aligned manner along the magnetic field lines. Due to this, the manufacturing technology of the stator and rotor is greatly simplified. Using a mold with formed pole locations for pouring the mixture, installing a unidirectional magnetic field inductor in such a way that alternating negative and positive inductor poles are opposite the formed pole locations, allows the yoke poles with anisotropic magnetic conductivity to be simultaneously formed when forming the yoke by injection molding. The introduction into the diamagnetic material in a liquid state of solid particles of a ferromagnetic material of unequal length allows their spatial mobility in a liquid mixture under the influence of a magnetic field. This makes it possible to exclude mutual repulsion of adjacent filamentary magnetically conducting formations from each other in the body of the formed stator and rotor. The use of many small magnetically conductive particles is also due to the task of reducing eddy currents. The creation of a unidirectional magnetic field for the formation of magnetically conducting whiskers is necessary to exclude the random movement of particles of a ferromagnetic material under the action of hysteresis. Fixing the winding in the mold before pouring the mixture allows to obtain after curing the binder, the stator and rotor with the laid winding.

На фигуре 1 представлена схема расположения индуктора однонаправленного магнитного поля в форме с заливаемой смесью для изготовления статора.The figure 1 presents the layout of the inductor of a unidirectional magnetic field in the form with a filled mixture for the manufacture of the stator.

На фигуре 2 представлена схема расположения индуктора однонаправленного магнитного поля в форме с заливаемой смесью для изготовления ротора.The figure 2 presents the layout of the inductor of a unidirectional magnetic field in the form with a filled mixture for the manufacture of the rotor.

Способ изготовления статора электрической машины осуществляют следующим образом. В форме 1, имеющей выступы 2 для полюсов, закрепляют обмотку 3, заливают в форму 1 смесь 4 из диамагнитного материала, находящегося в жидком состоянии и твердых частиц ферромагнитного материала. В качестве диамагнитного материала возможно применение компаунда, эпоксидных смол, иных твердеющих составов с диэлектрическими свойствами. В качестве частиц ферромагнитного материала используют мелкую просеянную и промытую в растворителе стружку трансформаторной стали. Возможно использование мелких кристаллов ферромагнетика. В смеси используют частицы неодинакового размера. Размеры твердых частиц от долей миллиметра до нескольких миллиметров не исключают возможности их перемещения внутри смеси под действием внешнего магнитного поля. В отверстие для установки ротора вставляют индуктор 5 однонаправленного магнитного поля. Чередующиеся отрицательные 6 и положительные 7 полюсы индуктора располагают напротив выступов 2 формы для формирования полюсов статора. Подают напряжение на индуктор 5 и обмотку 3. Под действием однонаправленного магнитного поля частицы ферромагнитного материала выстраиваются в нитевидные магнитопроводящие образования, в результате чего получают множественные замкнутые цепи 8. Под действием данного поля частицы ферромагнитного материала ориентируются в смеси в направлении, создающем минимальное сопротивление полям, генерируемым обмоткой статора, т.е. создают анизотропную магнитную проницаемость ярма электрической машины. Для того чтобы отдельные твердые частицы ферромагнетика соседних цепей 8 не совпадали по заряженности полюсов и не отталкивались друг от друга, т.е. были расположены по отношению друг к другу с разным шагом, используют ферромагнитные частицы неодинаковой длины. После того как сформируются замкнутые магнитопроводящие цепи 8 с максимальной магнитной проницаемостью, проводят выдержку смеси 4 в однонаправленном магнитном поле до затвердевания диамагнитного материала. Это необходимо для обеспечения пространственной фиксации твердых частиц ферромагнитного материала. Далее снимают напряжение с индуктора 5 однонаправленного магнитного поля и обмотки 3, извлекают статор из формы 1.A method of manufacturing a stator of an electric machine is as follows. In the form 1, having protrusions 2 for the poles, the winding 3 is fixed, a mixture 4 of the diamagnetic material in the liquid state and solid particles of the ferromagnetic material is poured into the form 1. As a diamagnetic material, it is possible to use a compound, epoxy resins, and other hardening compositions with dielectric properties. As particles of a ferromagnetic material, fine transformed steel chips sifted and washed in a solvent are used. It is possible to use small crystals of a ferromagnet. The mixture uses particles of different sizes. The sizes of solid particles from fractions of a millimeter to several millimeters do not exclude the possibility of their movement inside the mixture under the influence of an external magnetic field. An inductor 5 of a unidirectional magnetic field is inserted into the hole for installing the rotor. Alternating negative 6 and positive 7 poles of the inductor are located opposite the protrusions 2 forms for the formation of the poles of the stator. The voltage is applied to the inductor 5 and the winding 3. Under the influence of a unidirectional magnetic field, the particles of the ferromagnetic material line up in a whisker-like magnetic formation, resulting in multiple closed circuits 8. Under the action of this field, the particles of the ferromagnetic material orient themselves in the mixture in a direction that creates minimal resistance to the fields, generated by the stator winding, i.e. create the anisotropic magnetic permeability of the yoke of the electric machine. In order that individual solid particles of the ferromagnet of neighboring chains 8 do not coincide in the charge of the poles and do not repel from each other, i.e. were located in relation to each other with different steps, using ferromagnetic particles of unequal length. After the formation of closed magnetic circuits 8 with maximum magnetic permeability, hold the mixture 4 in a unidirectional magnetic field until the diamagnetic material solidifies. This is necessary to ensure spatial fixation of solid particles of a ferromagnetic material. Next, the voltage is removed from the inductor 5 of the unidirectional magnetic field and the winding 3, the stator is removed from form 1.

В способе изготовления ротора электрической машины между выступами для полюсов формы 9 фиксируют обмотку 10, заливают в форму 9 смесь 4 из диамагнитного материала, находящегося в жидком состоянии и твердых частиц ферромагнитного материала. Устанавливают форму 9 в отверстие индуктора однонаправленного магнитного поля 11, располагая чередующиеся отрицательные 12 и положительные 13 полюсы индуктора напротив выступов 14 формы для формирования полюсов статора. Подают напряжение на индуктор однонаправленного магнитного поля 11 и обмотку 10. Проводят выдержку смеси 4 в однонаправленном магнитном поле до затвердевания диамагнитного материала. Снимают напряжение с индуктора 11 однонаправленного магнитного поля и обмотки 10, извлекают ротор из формы 9.In the method of manufacturing the rotor of an electric machine, between the protrusions for the poles of form 9, the winding 10 is fixed, a mixture 4 of a diamagnetic material in a liquid state and solid particles of a ferromagnetic material is poured into mold 9. Set the form 9 in the hole of the inductor of the unidirectional magnetic field 11, placing alternating negative 12 and 13 positive poles of the inductor opposite the protrusions 14 of the form to form the stator poles. A voltage is applied to the unidirectional magnetic field inductor 11 and the winding 10. The mixture 4 is held in a unidirectional magnetic field until the diamagnetic material solidifies. The voltage is removed from the inductor 11 of the unidirectional magnetic field and the winding 10, the rotor is removed from the mold 9.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить технологичность изготовления электрической машины за счет применения литьевой технологии с одновременным формированием ярма, полюсов и обмотки. Повышение магнитной проводимости достигается за счет применения в качестве магнитопровода большого количества пространственно ориентированных твердых частиц ферромагнетика.Thus, the claimed invention improves the manufacturability of the manufacture of an electric machine through the use of injection technology with the simultaneous formation of a yoke, poles and windings. The increase in magnetic conductivity is achieved through the use of a large number of spatially oriented solid particles of a ferromagnet as a magnetic circuit.

Claims

1. Способ изготовления электрической машины, включающий формирование ярма статора, полюсов, отличающийся тем, что в диамагнитный материал, находящийся в жидком состоянии, вводят твердые частицы ферромагнитного материала неодинакового размера, заливают полученную смесь в форму, соответствующую форме ярма статора со сформированными местами для полюсов, устанавливают индуктор однонаправленного магнитного поля, располагая чередующиеся отрицательные и положительные полюсы индуктора напротив сформированных в форме мест для полюсов, подают напряжение на индуктор, проводят выдержку смеси в однонаправленном магнитном поле до затвердевания диамагнитного материала, извлекают статор из формы.1. A method of manufacturing an electric machine, including the formation of a stator yoke, poles, characterized in that solid particles of a non-uniform size ferromagnetic material are introduced into a diamagnetic material in a liquid state, the resulting mixture is poured into a mold corresponding to the shape of the stator yoke with formed places for poles , install the unidirectional magnetic field inductor, placing alternating negative and positive poles of the inductor opposite to the formed in the form of places for poles, hearth T the voltage on the inductor extract mixture is carried out in a unidirectional magnetic field before the curing of the diamagnetic material is removed from the mold the stator.

2. Способ изготовления электрической машины по п.1, отличающийся тем, что перед заливкой смеси в форме, соответствующей форме ярма статора со сформированными местами для полюсов, фиксируют обмотку статора, при подаче напряжения на индуктор однонаправленного магнитного поля подают напряжение на обмотку статора.2. A method of manufacturing an electric machine according to claim 1, characterized in that before filling the mixture in a form corresponding to the shape of the stator yoke with the formed places for the poles, the stator winding is fixed, when voltage is applied to the unidirectional magnetic field inductor, voltage is applied to the stator winding.

3. Способ изготовления электрической машины, включающий формирование ярма ротора, полюсов, отличающийся тем, что в диамагнитный материал, находящийся в жидком состоянии, вводят твердые частицы ферромагнитного материала неодинакового размера, заливают полученную смесь в форму, соответствующую форме ярма ротора со сформированными местами для полюсов, устанавливают индуктор однонаправленного магнитного поля, располагая чередующиеся отрицательные и положительные полюсы индуктора напротив сформированных в форме мест для полюсов, подают напряжение на индуктор, проводят выдержку смеси в однонаправленном магнитном поле до затвердевания диамагнитного материала, извлекают ротор из формы.3. A method of manufacturing an electric machine, including the formation of a rotor yoke, poles, characterized in that solid particles of a non-uniform size ferromagnetic material are introduced into a diamagnetic material in a liquid state, the resulting mixture is poured into a mold corresponding to the shape of the rotor yoke with formed places for poles install the unidirectional magnetic field inductor by positioning alternating negative and positive poles of the inductor opposite the pole-shaped places, voltage to the inductor, the mixture is held in a unidirectional magnetic field until the diamagnetic material solidifies, the rotor is removed from the mold.

4. Способ изготовления электрической машины по п.3, отличающийся тем, что перед заливкой смеси в форме, соответствующей форме ярма ротора со сформированными местами для полюсов, фиксируют обмотку ротора, при подаче напряжения на индуктор однонаправленного магнитного поля подают напряжение на обмотку ротора. 4. The method of manufacturing an electric machine according to claim 3, characterized in that before filling the mixture in a shape corresponding to the shape of the yoke of the rotor with the formed places for the poles, the rotor winding is fixed, when voltage is applied to the unidirectional magnetic field inductor, voltage is applied to the rotor winding.