Магнитоэлектрическая машина с постоянными магнитами (её варианты), способ и пресс-форма для её изготовления

1 Область техники Изобретение относится к электротехнике,преимущественно к производству электрических машин с постоянными магнитами, а именно - к конструкции ротора машин, к способам и устройствам для их изготовления с заливкой корпуса его немагнитным материалом. Предшествующий уровень техники Известен массивный ротор с двумя концентричными магнитопроводящими элементами и смежными кольцевыми проточками в них или в одном из них, см. авт.св. СССР 637914,Н 02K 1/22 за 1978 г. Известны также роторы электрических машин с радиально расположенными постоянными магнитами, закрепленными между втулкой и несущим элементом из чередующихся ферромагнитных полюсных наконечников и немагнитных перемычек, у которых поверхности стыка наконечников и перемычек выполнены ломаными, (пат. США 4472651,кл. 310-156.86 г.) или прямолинейными (авт.св. СССР 282503, Н 02K 21/12 за 1971 г.) Нетехнологичность изготовления этих роторов предопределена сложностью соединения стыков между собой как в ломаной, так и в прямолинейной форме их исполнения. Применяемые для изготовления известных роторов с радиальным расположением постоянных магнитов способы нетехнологичны вследствиe механического или термического воздействия на свойства магнитов при механических и/или термических операциях, как в способе по авт.св. СССР 515212, Н 02K 15/02, 21/12 за 1976 г. или в способе с торцевой установкой магнитов в пазы ротора по авт.св. СССР 579678, Н 02K 15/02 за 1977 г., с установкой магнитов со стороны внутренней поверхности ротора перед насадкой индуктора на вал, как в способе по авт.св. СССР 527799, Н 02K 15/02 за 1977 г. Известны также способы изготовления роторов, включающие заливку элементов конструкции немагнитным материалом: предварительно просверленных,как в способе по авт.св. СССР 1737646, Н 02K 21/12 за 1992 г. или отштампованных одновременно с прямоугольными отверстиями под постоянные магниты при изготовлении пакета листов из магнитопроводящего металла, как в способе по авт.св. СССР 57573 3, Н 02K 15/02 за 1977 г. Механическое воздействие на постоянные магниты при их запрессовке в изготовленный ротор неприменимо для плоских постоянных магнитов вследствиe их малой толщины и большой хрупкости металла магнитов. В способе изготовления ротора электрической машины по авт.св. СССР 135530, 21d, 45 за 1960 г. постоянные магниты подвергаются технологическим воздействиям и при запрессовке на ротор с магнитами немагнитной оболочкикорпуса ротора и при проточке внутреннего диаметра ротора для удаления технологических перемычек между полюсами, что ухудшает магнитные свойства ротора и изделия. 2 Известны также пресс-формы для литья под давлением, содержащие неподвижную и подвижные полуформы и элемент, взаимодействующий с упругим элементом, спиральным как в пресс-форме, известной по авт.св. СССР 478681, В 22D 17/22 за 1976 г. или с набором плоских пружин, как в авт.св. СССР 1171199,В 22D 17/22 за 1985 г. Эти пресс-формы имеют низкую технологичность заливки ротора из-за отсутствия в конструкции средств фиксации и размещения в рабочей полости заливаемых деталей изделия. Наиболее близким по технической сути к предлагаемому ротору является описанный в авт.св. СССР 1737646 ротор, состоящий из втулки, установленных на ней радиально постоянных магнитов и примыкающих к ним ферромагнитных полюсных наконечников, соединенных между собой немагнитными перемычками. Недостатком его является снижение эксплуатационных свойств и технологичности изготовления вследствие радиального расположения постоянных магнитов в конструкции, выполняющих одновременно функцию соединительных конструктивных элементов. Наиболее близким по технической сути к предлагаемому решению является способ заливки алюминием статора электрической машины, описанный в авт.св. СССР 166951, 21d,45 за 1965 г., по которому пакет статора зашихтовывают на два стержня П-образной шихтовочной скобы, затем пакет со скобой надевают на центральную часть стационарной шихтовочной оправки и в процессе закрывания литейной формы производят напрессовку пакета, после чего заливают форму и готовый статор снимают с оправки при помощи выталкивающего стакана, перемещаемого толкателем литейной машины. Известный способ неприемлем для заливки изделия, содержащего два пакета и требующего взаимную ориентацию их в роторе для получения прямоугольных отверстий в кристаллизовавшемся материале и деталях пакетов с концентричным расположением пакетов при этом. Применяемая для заливки по этому способу пресс-форма является наиболее близкой по технической сути к заявляемой пресс-форме. Она состоит из неподвижной и подвижной полуформ, имеющих двухгнездное литейное рабочее пространство, средства фиксации пакетов в соответствующем гнезде и механизм выталкивания готового изделия. Возможность установки в каждое из двух рабочих зон известной пресс-формы только одного пакета снижает технологические возможности ее и, кроме того,обуславливает изготовление каждого из пакетов с полным набором конструктивных элементов. Это, в свою очередь, сопряжено с усложнением конструкции штампов для изготовления пакетов и снижением срока их службы. В результате ухудшается технологичность процесса изготовления ротора. 3 Раскрытие изобретения Изобретение решает задачу улучшения технологичности и качества ротора и изделия посредством исключения негативных технологических воздействий (термических, механических и пр.) на постоянные магниты в производстве ротора и изделия. Суть изобретения состоит в том, что ротор магнитоэлектрической машины, содержащий кольцевой магнитопровод, полюса из магнитомягкого металла и плоские постоянные магниты между ними, немагнитные перемычки между магнитами, снабжен корпусом из немагнитного материала и концентрично оси ротора расположенными упомянутыми магнитами в открытых с одного, по крайней мере, торца ротора отверстиях, образованных плоскостями выемок пакетов магнитопровода и полюсов, радиальные и торцевая стенки отверстий и перемычки между магнитами выполнены из немагнитного материала, на одном торце корпуса, по крайней мере, выполнены равномерно по окружности расположенные радиальные пазы, при этом ротор имеет средства соединения его с валом, маховиком или с другим корпусом (ступенью ротора пакетной компоновки), а постоянные магниты зафиксированы в открытых отверстиях легкозатвердевающим веществом (лаком, герметиком и т.п.) или размещением ротора в магнитоэлектрической машине открытыми отверстиями к сопрягаемой стенке машины, по крайней мере,одного кольцевого ряда отверстий в корпусе одноступенчатой или многоступенчатой компоновки его. Ротор может быть выполнен с заливкой полюсов и магнитопроводов немагнитным металлом (алюминием, магнием, цинком и пр. подобными металлами или сплавом, имеющим соответствующие литейные и другие необходимые свойства) или синтетическим материалом. В пакетной компоновке ротор содержит два, по крайней мере, описанных корпуса ротора, каждый из которых имеет набор из магнитопровода, полюсов и постоянных магнитов между ними, расположенный в отдельном (одноступенчатом) корпусе с двумя упомянутыми ступенями, расположенными в одном корпусе с отверстиями для магнитов на обеих торцах корпуса (двухступенчатого) или с комбинированным набором из одно- и двухступенчатых корпусов с соединением ступеней друг с другом и с соединением их с маховиком или с диском. В компоновке ротора с дискообразным корпусом и внутренним расположением магнитопровода магнитопровод выполнен со шлицевым центральным отверстием с соответствующими шлицам вала магнитоэлектрической машины шлицами. В компоновке ротора с внешним расположением магнитопровода корпус его имеет отверстия для крепления его на маховике или на 4 другом корпусе (ступени ротора пакетной компоновки). Способ изготовления ротора магнитоэлектрической машины, характеризующийся тем,что вырубают из полосы для каждого из упомянутого пакета ротора наборы магнитопроводов и полюсов с дугообразными технологическими перемычками и прямолинейными выемками с длиной каждой из них, равной длине плоских постоянных магнитов, собирают каждый набор в пакет с толщиной каждого пакета, превышающей ширину упомянутых магнитов, совмещая при этом выемки на каждом пакете, устанавливают оба пакета в одну полуформу, фиксируя их выемки на соответствующих сторонах имитаторов пресс-формы, затем заливают зафиксированные пакеты немагнитным материалом с охлаждением его до кристаллизации, после чего снимают корпус ротора с отверстиями и пакетами в нем, удаляют механической обработкой технологические перемычки и затем устанавливают постоянные магниты в отверстия корпуса, а корпус на вал, в маховик или соединяют его с корпусом другого ротора (ступенью) в пакетной компоновке, располагая открытые отверстия корпуса к сопрягаемому торцу маховика или другого корпуса и закрепляя его на нем, или фиксируют магниты в отверстиях легкозатвердевающим веществом перед установкой ротора на шлицы вала машины. Пресс-форма для заливки корпуса ротора немагнитным материалом, состоящая из неподвижной и подвижной полуформ с каналами для заполнения рабочей полости формы жидким материалом и вывода воздуха из нее при этом средств охлаждения залитого материала до кристаллизации и выталкивания ротора из полости,содержащего набор плоских пружин, снабжена фиксирующе-имитирующими стержнями, крепежная плоскоовальная часть которых запрессована в плите неподвижной полуформы равномерно по окружности соответственно расположению отверстий для постоянных магнитов,концевая консольная часть прямоугольной формы каждого из которых расположена в рабочей полости формы, как и три радиальных знака. Достижение поставленной цели обеспечивает выполнение ротора заливкой немагнитным материалом двухпакетной рабочей полости с образованием отверстий для размещения постоянных магнитов с исключением любого воздействия на них в производстве ротора, магнитоэлектрической машины и при их ремонте. Краткое описание чертежей На фиг. 1 изображен предлагаемый одноступенчатый ротор, закрепленный в проточке маховика (вид со стороны проточки, условно на левой половине вида показан ротор после заливки алюминием - без постоянных магнитов в отверстиях его и с технологическими перемычками, а на правой - ротор после мехобработки и с магнитами в отверстиях); 5 на фиг. 2 - продольный разрез ротора; на фиг. 3 - одноступенчатый ротор, закрепленный на валу 19 машины; на фиг. 4 - фрагмент двухступенчатого ротора в проточке маховика; на фиг. 5 - то же для пакетного ротора из одноступенчатых роторов в проточке маховика; на фиг. 6 - сегмент пакетов одноступенчатого ротора с внешним магнитопроводом, установленных в пресс-форме с фиксацией их выемками на имитаторах; на фиг. 7 - то же для ротора с внутренним магнитопроводом; на фиг. 8 - продольный разрез прессформы для заливки одноступенчатого корпуса. Лучший вариант осуществления изобретения Лучшим вариантом ротора является ротор с одноступенчатым корпусом, который позволяет изменением количества корпусов в компоновке изделия получать широкий перечень изделий различного назначения и типоразмеров по габаритам и тактико-техническим данным. Он состоит из размещенных в отлитом из алюминия оптимального состава корпусе 1 (фиг. 1) магнитопровода 2, полюсов 3 из ст. 2013 и постоянных магнитов 4 из сплава НЖБ. Отверстия 5 (фиг. 2) для магнитов образованы окружными стенками магнитопровода и соответствующего полюса, а радиальные и торцевая каждого из них образуются при кристаллизации заливаемого в рабочую полость прессформы алюминия вследствие того, что пространство отверстий при заливке занято имитирующей частью 6 плоскоовальных стержней и освобождается после удаления корпуса из пресс-формы. Также свободными остаются и торцевые радиальные пазы 7 от занятого радиальными знаками пространства рабочей полости(фиг. 2). Для соединения с валом посредством маховика 8 ротор выполняют с внешним расположением магнитопровода в корпусе (фиг. 1, 2,6) и с крепежными отверстиями в нем (отверстия условно не показаны). Магнитопровод ротора, непосредственно соединяемого с валом,устанавливают в корпусе внутри системы полюсов и выполняют его со шлицевым центральным отверстием (фиг. 3, 7). Для изготовления корпуса ротора "маховичной" компоновки изготавливают комплект пакетов, содержащий пакет внешнего магнитопровода и пакет полюсов с дугообразными технологическими перемычками 9 (фиг. 6) и с выемками 10 на пакетах. Этими выемками пакеты устанавливают на имитирующую часть 6 стержней пресс-формы (фиг. 6, 7 и 8). Затем закрывают пресс-форму и заливают рабочую полость пресс-формы алюминием под давлением. После кристаллизации залитого алюминия подвижную полуформу 11 отводят от неподвижной 12 и при этом выталкиватель 13 под действием набора плоских пружин 14 выталкивает корпус из рабочей полости. После остыва 001864 6 ния корпуса производят механическую обработку корпуса, при которой удаляют сегменты 9(фиг. 1, 6), располагающиеся на внутренней окружной поверхности корпуса (пакета). Устанавливают постоянные магниты 4 в отверстия 5 корпуса перед установкой корпуса в проточку маховика, если конструкцией изделия предусмотрена установка корпуса открытой стороной отверстий, обращенной к плоскости торца маховика. При обратном расположении корпуса возможна установка магнитов после установки корпуса в маховик или на вал. Фиксацию магнитов в отверстиях в этом случае осуществляют нанесением в отверстия 5 герметика 15, лака и т.п. Аналогично одноступенчатым корпусам устанавливают двухступенчатый корпус 16 - с двумя наборами из магнитопровода, полюсов и магнитов между ними в одном корпусе (фиг. 4) и/или пакет из набора одноступенчатых корпусов, установленных в маховике (фиг. 5), или комбинированные наборы их с последовательным закреплением корпусов друг к другу или к элементу конструкции изделия, например, к диску корпуса ротора. Пресс-форма для заливки алюминием состоит из неподвижной 11 и подвижной 12 полуформ, механизма выталкивания из толкателя 13 с набором пружин 14 и из литниковой втулки 17. В плите 11 неподвижной полуформы закреплена плоскоовальная часть стержней 18, консольная прямоугольная часть 6 которых расположена равномерно по окружности соответственно расположению магнитов 4 в корпусе 1 ротора (фиг. 8). Равномерно расположенные по окружности три радиальных знака условно не показаны. Пресс-форма для заливки двухступенчатого корпуса ротора имеет плоскоовальные стержни в обеих полуформах с соосным их расположением или со смещением на определенный угол по окружности стержней одной полуформы относительно другой. Промышленная применяемость Промышленная применяемость заявленных вариантов роторов подтверждается целесообразностью применения их в электротехнике в производстве генераторов, магнето, стартеров,а также в производстве энергетических установок, например, агрегатированных с двигателем внутреннего сгорания электростанций, сварочных агрегатов, механизированных инструментов и оснастки, в приводах мотоблоков и т.п. Применяемые для изготовления роторов материалы, технологии и оборудование освоены промышленностью, в достаточном количестве установлены на производственных площадях действующих предприятий. Имеются подготовленные для работы на этом оборудовании трудовые ресурсы, а также и для эксплуатации изделий с предлагаемыми роторами в быту и на производстве. 7 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Магнитоэлектрическая машина, содержащая ротор, состоящий из корпуса из немагнитного материала и расположенных в нем полюсов и кольцевого магнитопровода из магнитомягкого материала с постоянными плоскими магнитами между ними и немагнитными перемычками между магнитами, отличающаяся тем,что корпус ротора (1) имеет концентрично своей оси расположенные магнитопровод (2), полюса(3) и постоянные магниты (4) в открытых с одного, по крайней мере, торца корпуса отверстиях (5), причем каждое отверстие образовано окружными плоскостями выемок (10) пакетов магнитопровода и полюсов, радиальные и торцевая стенки каждого отверстия с перемычками между магнитами выполнены из немагнитного материала, на одном из торцов корпуса, по крайней мере, выполнены равномерно по окружности расположенные радиальные пазы (7),при этом ротор имеет средства соединения его с валом (19), с маховиком (16) или с корпусом другого ротора в многоступенчатой компоновке, а постоянные магниты зафиксированы в открытых отверстиях легкозатвердевающим веществом (15) или размещением ротора в машине с перекрытием отверстий для магнитов сопрягаемой торцевой поверхностью маховика или другого корпуса ротора в многоступенчатой компоновке. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что корпус ротора ее выполнен заливкой пакетов магнитопровода и полюсов немагнитным металлом, например, алюминием, магнием, цинком и/или их сплавами, имеющими соответствующие свойства, или синтетическим материалом. 3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что ротор выполнен в многоступенчатой компоновке, состоящим из набора корпусов ротора, каждый из которых выполнен с набором магнитопровод, полюса и магниты (2, 3 и 4) одноступенчатым или многоступенчатым, например,двумя наборами в одном корпусе (двухступенчатый) или с комбинированным набором корпусов, закрепленных в пакет общими крепежными средствами, например шпильками, или с присоединением одного корпуса к другому. 4. Машина по пп.1, 2 или 3, отличающаяся тем, что ротор выполнен с внутренним расположением магнитопровода, имеющего центральное отверстие со шлицами, соответствующими шлицам вала магнитоэлектрической машины. 5. Машина по пп.1, 2 или 3, отличающаяся тем, что ротор выполнен с внешним расположе 001864 8 нием магнитопровода на дискообразном корпусе, имеющем отверстия для болтов крепления его на маховике (8) магнитоэлектрической машины или на другом корпусе ротора в многоступенчатой компоновке. 6. Способ изготовления магнитоэлектрической машины по п.1, характеризующийся тем,что вырубают из полосы для каждого упомянутого пакета ротора наборы кольцевых магнитопроводов (2) и полюсов (3) с дугообразными технологическими перемычками (9) и прямолинейными выемками (10) с длиной каждой из них, равной длине плоских постоянных магнитов (4), собирают каждый набор в пакет с толщиной каждого из них, превышающей ширину упомянутых магнитов ротора, совмещая при этом выемки на каждом пакете, устанавливают оба пакета в неподвижную полуформу (11),фиксируя их выемки на соответствующих сторонах иммитаторов (6) магнитов пресс-формы,затем заливают зафиксированные пакеты немагнитным материалом с охлаждением его до кристаллизации, после чего снимают корпус (8) с пакетами и отверстиями в нем, удаляют механической обработкой технологические перемычки (9) и устанавливают в отверстия корпуса постоянные магниты, а корпус на вал (19), в маховик (8) или соединяют его с корпусом другого ротора многоступенчатой компоновки,располагая открытые отверстия корпуса к сопрягаемому торцу маховика или другого корпуса и закрепляя его на нем, или фиксируют магниты в отверстиях легкозатвердевающим веществом перед установкой ротора на шлицы вала машины. 7. Пресс-форма для заливки ротора магнитоэлектрической машины немагнитным материалом, состоящая из неподвижной (11) и подвижной полуформ (12) с каналами для заполнения рабочей полости формы жидким материалом и выхода воздуха из нее при этом и охлаждения залитого материала до кристаллизации со средством (13) выталкивания корпуса из полости, контактирующим с набором плоских пружин(14), отличающаяся тем, что пресс-форма выполнена с равномерно расположенными по окружности стержнями, плоскоовальная часть (18) которых запрессована в плиту (11) неподвижной полуформы соответственно расположению отверстий для магнитов с размещением консольных прямоугольных участков (6), имитирующих магниты и фиксирующих пакеты в рабочей полости пресс-формы, как и радиальных знаков,формирующих при заливке пазы в одном, по крайней мере, торце корпуса ротора.