Компонент электрической машины и способ его изготовления

011006 Предпосылки к созданию изобретения Настоящее изобретение в общем имеет отношение к компонентам сердечника, предназначенным для использования в электрических машинах, а более конкретно к сборке компонентов для использования в электрической машине, а наиболее типично в электродвигателе. Электрические машины, такие как двигатели и генераторы, имеют неподвижный элемент, обычно называемый статором, и подвижный или вращающийся элемент, обычно называемый ротором. Взаимодействие между статором и ротором вызвано взаимодействием магнитного поля, возбуждаемого статором или ротором. Такое магнитное поле обычно возбуждают или наводят при помощи электрических токов в обмотке, расположенной на статоре или роторе. Такая обмотка обычно содержит множество витков, намотанных на опоре (сердечнике) обмотки. Сердечник обмотки обычно изготовлен из мягкого магнитного материала, традиционно в виде пластин из стали определенной марки. Пластины изолированы друг от друга, чтобы уменьшить вихревые токи. Одной из задач при конструировании таких электрических машин является необходимость или желание уменьшить момент от зубцовых гармонических помех поля между статором и ротором в сердечнике электрической машины. Известно, что создание перекоса статоров или роторов позволяет снижать момент от зубцовых гармонических помех поля и создавать более эффективную границу раздела в электромагнитном поле между статором и ротором. Это позволяет создать более эффективный двигатель или генератор. Однако существуют проблемы, связанные с изготовлением ротора или статора со скошенными зубцами или внешними поверхностями сегментов сердечника. Известно, что пластинчатые стальные материалы сердечников статора или ротора могут быть заменены частицами ферромагнитного порошка, которые спрессованы в операции порошковой металлургии для образования опоры (сердечника) обмотки. Сами по себе частицы ферромагнитного порошка электрически изолированы друг от друга, так что полученное прессованное изделие имеет низкие потери на вихревые токи, аналогично набору пластин из стальных материалов. Такое использование прессованных изделий из ферромагнитных порошков в качестве сердечников для электрических машин описано в патентах США 6956307, 6300702 и 6441530. Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованной сборки для использования в электрической машине, в которой сегменты сердечника имеют скошенные концы. За счет этого может быть снижен момент от зубцовых гармонических помех поля собственно двигателя. Другой задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованной сборки статора или ротора для использования в электрических машинах, причем в указанной сборке используют компоненты сердечника из спрессованного ферромагнитного порошка. Сущность изобретения В соответствии с настоящим изобретением в общем предлагается усовершенствованная сборка для электрической машины, а более конкретно усовершенствованный узел статора или ротора для использования в электрическом двигателе или генераторе. Усовершенствованная сборка содержит верхнюю секцию и нижнюю секцию. Каждая верхняя секция содержит в целом цилиндрический центральный участок, множество опор обмоток, идущих радиально наружу из центрального участка, и сегмент сердечника у радиальной кромки каждой опоры обмотки. Каждая нижняя секция содержит в целом цилиндрический центральный участок, множество опор обмоток, идущих радиально наружу из центрального участка, и сегмент сердечника у радиальной кромки каждой опоры обмотки. Верхняя секция и нижняя секция объединены для образования сборки. Более того, каждая верхняя секция и нижняя секция образованы из частиц ферромагнитного порошка. Такие частицы ферромагнитного порошка изолированы друг от друга. Частицы ферромагнитного порошка спрессованы с образованием твердого изделия в операции порошковой металлургии. Отличительным признаком настоящего изобретения является то, что такая усовершенствованная сборка, которая содержит комбинацию верхней секции и нижней секции со скошенными сегментами сердечника, образованными из изолированных друг от друга частиц ферромагнитного порошка, позволяет получить улучшенные эксплуатационные параметры электрической машины. Такие улучшенные эксплуатационные параметры главным образом получены за счет скошенных сегментов сердечника, что снижает момент от зубцовых гармонических помех поля электрической машины, и за счет использования изолированных друг от друга частиц ферромагнитного порошка для образования верхней секции и нижней секции, что также снижает потери на вихревые токи. Краткое описание чертежей На фиг. 1 показан вид в перспективе сборки в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения,на фиг. 2 - поперечное сечение сборки в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения,на фиг. 3 - вид в перспективе сборки, причем индивидуальные компоненты показаны разделенными,на фиг. 4 - вид в перспективе сборки в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения,на фиг. 5 - поперечное сечение варианта конструкции пресс-формы в соответствии с настоящим-1 011006 изобретением,на фиг. 6 - детально поперечное сечение варианта конструкции пресс-формы в соответствии с настоящим изобретением. Подробное описание предпочтительных вариантов изобретения Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 1-4, на которых показан компонент для использования в электрической машине, обозначенный в общем виде позицией 10. Таким компонентом 10 может быть статор или ротор, предназначенный для использования наиболее типично в двигателе, однако, компонент 10 может быть также использован и в генераторе. Компонент 10 содержит верхнюю секцию 9 и имеет центральный участок 12. Центральный участок 12 обычно является цилиндрическим по форме и имеет центральную открытую секцию. Центральный участок 12 имеет радиальную центральную ось 13. Множество опор 17 обмоток идут радиально наружу от внешней поверхности центрального участка 12. Число таких опор для обмоток может быть различным в зависимости от размера и конструкции компонента 10, но обычно составляет от восьми до двадцати четырех. Каждая опора 17 обмотки в целом является прямоугольной по форме и имеет верхнюю кромку и нижнюю кромку, которые параллельны друг другу, и внутреннюю кромку в непосредственной близости от внешней поверхности центрального участка 12. Каждая опора 17 обмотки также имеет внешнюю кромку. Каждая внешняя кромка каждой опоры 17 обмотки имеет сегмент 14 сердечника верхней секции,прикрепленный к ней или выступающий из нее. Каждый сегмент 14 сердечника верхней секции имеет верхнюю кромку 40 и нижнюю кромку 42. Верхняя кромка 40 и нижняя кромка 42 являются обычно параллельными друг другу. Каждый сегмент 14 сердечника верхней секции также содержит первую боковую кромку 44 и вторую боковую кромку 46. Первая боковая кромка 44 является обычно параллельной радиальной центральной оси 13. Вторая боковая кромка 46 обычно идет под острым углом к радиальной центральной оси 13. Такой внешний угол обычно составляет от 5 до 30. Центральный участок 12 верхней секции 9 обычно является цилиндрическим по форме и имеет центральную открытую секцию и радиальную центральную ось 13. Центральный участок 12 имеет в целом плоскую нижнюю поверхность 26. Каждый сегмент 14 сердечника верхней секции имеет внешнюю поверхность 16, которая является выпуклой относительно радиальной оси 13 верхней секции. Выпуклая форма внешней поверхности 16 сегмента 14 сердечника верхней секции предназначена для образования в целом имеющей цилиндрическую форму внешней кромки верхней секции 9. Можно видеть, что компонент 10 также содержит нижнюю секцию 29, имеющую центральный участок 20. Центральный участок 20 обычно является цилиндрическим по форме и имеет центральную открытую секцию. Центральный участок 20 имеет радиальную центральную ось 13, когда верхняя секция 9 объединена с нижней секцией 29. Множество опор 27 обмоток идут радиально наружу из внешней поверхности центрального участка 20. Число таких опор обмоток может варьировать в зависимости от размера и конструкции компонента 10, но обычно это число составляет от восьми до двадцати четырех. Каждая опора 27 обмотки в целом является прямоугольной по форме и имеет верхнюю кромку и нижнюю кромку, которые параллельны друг другу, и внутреннюю кромку в непосредственной близости от внешней поверхности центрального участка 20. Каждая опора 27 обмотки также имеет внешнюю кромку. Каждая внешняя кромка каждой опоры 27 обмотки имеет сегмент 22 сердечника нижней секции,прикрепленный к ней или выступающий из нее. Каждый сегмент 22 сердечника нижней секции имеет верхнюю кромку 50 и нижнюю кромку 52. Верхняя кромка 50 и нижняя кромка 52 обычно являются параллельными друг другу. Каждый сегмент 22 сердечника нижней секции также имеет первую боковую кромку 54 и вторую боковую кромку 56. Первая боковая кромка 54 является обычно параллельной радиальной центральной оси 13. Вторая боковая кромка 56 обычно идет под острым углом к радиальной центральной оси 13. Такой внешний угол обычно составляет от 5 до 30. Центральный участок 20 нижней секции 29 является в целом цилиндрическим и имеет центральную открытую секцию и радиальную центральную ось 13. Центральный участок 20 имеет в целом плоскую верхнюю поверхность 24. Каждый сегмент 22 сердечника нижней секции имеет внешнюю поверхность 30, которая является выпуклый относительно радиальной оси 13 нижней секции. Выпуклая форма внешней поверхности 30 сегмента 22 сердечника нижней секции предназначена для образования в целом имеющей цилиндрическую форму внешней кромки нижней секции 29. Когда верхнюю секцию 9 надевают сверху на нижнюю секцию 29, образуется законченный компонент 10. Можно видеть, что нижняя поверхность 26 центрального участка 12 верхней секции плотно прилегает к верхней поверхности 24 центрального участка 20 нижней секции. Можно видеть, что каждая опора 17 обмотки верхней секции 9 плотно прилегает к смежной опоре 27 обмотки нижней секции 29. В результате получают в целом прямоугольную объединенную опору обмотки 18. Обмоткой 18 обычно является обмотка из изолированного электрического провода, которая создает магнитное поле для электрической машины.-2 011006 Можно видеть, что каждый сегмент 14 сердечника верхней секции объединен со смежным сегментом 22 сердечника нижней секции, в результате чего образуется объединенный перекошенный сегмент 25 сердечника в собранном компоненте 10. Можно видеть, что боковая кромка 44 каждого сегмента 14 сердечника верхней секции расположена в непосредственной близости от боковой кромки 54 каждого сегмента 22 сердечника нижней секции. За счет такого расположения каждого сегмента 14 сердечника верхней секции в непосредственной близости от сегмента 22 сердечника нижней секции образуется объединенный перекошенный сегмент 25 сердечника. Можно видеть, что объединенный перекошенный сегмент 25 сердечника имеет верхнюю кромку 35 и нижнюю кромку 37, которые обычно являются параллельными друг другу. Можно также видеть, что объединенный перекошенный сегмент 25 сердечника имеет первую боковую кромку 39 и вторую боковую кромку 41, которые также обычно являются параллельными друг другу, но идут под острым углом от верхней кромки 35, составляющим от 5 до 30. Таким образом, объединенный перекошенный сегмент 25 сердечника обычно представляет собой параллелограмм. Кроме того, каждый объединенный перекошенный сегмент 25 сердечника имеет зазор от смежных объединенных перекошенных сегментов сердечника, так что он электрически изолирован от них. Такие объединенные сегменты 25 сердечника, когда их используют в качестве статоров или роторов в электрической машине, такой как двигатель, позволяют снизить момент от зубцовых гармонических помех поля электрического двигателя. Следует иметь в виду, что верхняя секция 9 и нижняя секция 29 обычно представляют собой единые конструкции, изготовленные из спрессованного ферромагнитного порошка. Сам по себе спрессованный ферромагнитный порошок состоит из изолированных частиц ферромагнитного порошка. Ферромагнитный порошок прессуют в пресс-форме при проведении операции порошковой металлургии. Может быть использована последующая термическая обработка для снятия механических напряжений в компонентах. Такая термическая обработка способствует также получению компонента с высокой магнитной проницаемостью и низкими потерями в сердечнике. Использованные частицы ферромагнитного порошка электрически изолированы друг от друга, чтобы снизить вихревые токи в собранном компоненте 10. Обратимся теперь к рассмотрению фиг. 5-6, на которых детально показана пресс-форма для образования верхней секции 9. Верхняя секция 9 показана с ее ранее описанными здесь выше компонентами. За счет использования технологии прессования ферромагнитного порошка достаточно трудно образовать скошенную кромку, такую как вторая боковая кромка 46. Трудность возникает при прессовании скошенной кромки в направлении движения пресс-формы, так как трудно вынуть из нее прессованную деталь,имеющую скошенную кромку. В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ прессования в пресс-форме как верхней секции 9, так и нижней секции 29, с использованием в соответствии с одним из вариантом конструкции пресс-формы, показанной на фиг. 5 и 6. Поперечное сечение пресс-формы 68, имеющей цилиндрическую форму по всей ее длине, показано на фиг. 5. Пресс-форма 68 имеет внешнюю кромку 67, верхнюю кромку 65, нижнюю кромку 63 и внутреннюю кромку 61. Внутренняя кромка 61 пресс-формы 68 образует внутреннюю секцию 69 прессформы. Внутренняя секция 69 пресс-формы имеет в целом цилиндрическое отверстие, расположенное по ее центру. Внутренняя секция 69 пресс-формы имеет ступенчатые кромки, которые образуют первую боковую кромку 44 и вторую боковую кромку 46 верхней секции 9. Первый верхний пуансон 62 заполнения расположен в непосредственной близости от внутренней кромки внутренней секции 69 пресс-формы. Второй верхний пуансон 60 заполнения расположен в непосредственной близости от внутренней кромки первого верхнего пуансона 62 заполнения. Третий верхний пуансон 71 заполнения расположен в непосредственной близости от внутренней кромки второго верхнего пуансона 60 заполнения. Аналогично, первый нижний пуансон 70 заполнения расположен в непосредственной близости от внутренней кромки внутренней секции 69 пресс-формы. Второй нижний пуансон 66 заполнения расположен в непосредственной близости от внутренней кромки первого нижнего пуансона 70 заполнения. Третий нижний пуансон 64 заполнения расположен в непосредственной близости от внутренней кромки второго нижнего пуансона 66 заполнения. Все указанные здесь выше пуансоны заполнения являются в целом цилиндрическими по форме,принимая во внимание в целом цилиндрическую форму верхней секции 9 и пресс-формы 68. Центровой стержень 65 идет вдоль будущей радиальной центральной оси 13 верхней секции 9. Центровой стержень 65 расположен в непосредственной близости от внутренних кромок третьего верхнего пуансона 71 заполнения и третьего нижнего пуансона 64 заполнения. В рабочем состоянии, отверстие, соответствующее будущей верхней секции 9, заполняют соответствующим ферромагнитным порошком. В соответствии с одним из вариантов прессование порошка производят в описанной здесь выше конструкции пресс-формы. Ферромагнитный порошок, который используют для формования верхней секции 9 и нижней секции 29, обычно представляет собой имеющий высокую чистоту мягкий порошок из магнитного железа. Частицы ферромагнитного порошка имеют органическое, неорганическое или комбинированное изоляционное покрытие.-3 011006 Верхняя секция 9 и нижняя секция 29 могут быть соединены друг с другом с использованием клея или эпоксидной смолы. Верхняя секция 9 может также удерживаться достаточно прочно совместно с нижней секцией 29 в зависимости от конструкции компонента при помощи обмоток 18. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Сборка магнитного сердечника ротора или статора электрической машины, которая содержит верхнюю секцию сердечника, которая имеет цилиндрический центральный участок, имеющий центральную радиальную ось,множество опор обмоток, идущих радиально наружу из центрального участка,трапециевидный сегмент сердечника у радиальной кромки каждой опоры обмотки, имеющий в целом выпуклую внешнюю поверхность вдоль радиальной центральной оси верхней секции,нижнюю секцию сердечника, которая имеет в целом цилиндрический центральный участок, имеющий центральную ось,множество опор обмоток, идущих радиально наружу из центрального участка, и трапециевидный сегмент сердечника у радиальной кромки каждой опоры обмотки, имеющий в целом выпуклую внешнюю поверхность вдоль радиальной центральной оси нижней секции,причем верхняя секция и нижняя секция соединены так, что сегмент сердечника верхней секции и сегмент сердечника нижней секции совместно образуют скошенный сегмент сердечника. 2. Сборка по п.1, в которой каждый сегмент сердечника верхней секции содержит верхнюю кромку,нижнюю кромку и две боковые кромки, причем верхняя кромка и нижняя кромка параллельны друг другу, а две боковые кромки не являются параллельными друг другу. 3. Сборка по п.1, в которой каждый сегмент сердечника верхней секции содержит верхнюю кромку,нижнюю кромку и две боковые кромки, причем верхняя кромка и нижняя кромка параллельны друг другу, а одна боковая кромка является перпендикулярной к верхней кромке. 4. Сборка по п.1, в которой каждый сегмент сердечника нижней секции содержит верхнюю кромку,нижнюю кромку и две боковые кромки, причем верхняя кромка и нижняя кромка параллельны друг другу, а две боковые кромки не являются параллельными друг другу. 5. Сборка по п.1, в которой каждый сегмент сердечника нижней секции содержит верхнюю кромку,нижнюю кромку и две боковые кромки, причем верхняя кромка и нижняя кромка параллельны друг другу, а одна боковая кромка является перпендикулярной к верхней кромке. 6. Сборка по п.1, в которой каждый сегмент сердечника верхней секции имеет внешние кромки в целом трапецевидной конфигурации. 7. Сборка по п.1, в которой каждый сегмент сердечника нижней секции имеет внешние кромки в целом трапецевидной конфигурации. 8. Сборка по п.1, в которой сегмент сердечника верхней секции и сегмент сердечника нижней секции при объединении образуют объединенный сегмент сердечника, имеющий внешнюю кромку, образующую в целом параллелограмм. 9. Сборка по п.1, в которой сегмент сердечника верхней секции и сегмент сердечника нижней секции при объединении образуют объединенный сегмент сердечника, имеющий верхнюю кромку и нижнюю кромку, которые параллельны друг другу и перпендикулярны центральной радиальной оси верхней секции сборки. 10. Сборка по п.1, в которой сегмент сердечника верхней секции и сегмент сердечника нижней секции при объединении образуют объединенный сегмент сердечника, имеющий верхнюю кромку и нижнюю кромку, которые параллельны друг другу и перпендикулярны центральной радиальной оси верхней секции сборки, и имеющий первую боковую кромку и вторую боковую кромку, которые параллельны друг другу, причем каждая из них идет под острым углом к центральной радиальной оси верхней секции сборки. 11. Сборка по п.1, в которой верхняя секция изготовлена из частиц ферромагнитного металлического порошка. 12. Сборка по п.1, в которой верхняя секция представляет собой единую конструкцию, отпрессованную из частиц ферромагнитного металлического порошка. 13. Сборка по п.1, в которой нижняя секция изготовлена из частиц ферромагнитного металлического порошка. 14. Сборка по п.1, в которой нижняя секция представляет собой единую конструкцию, отпрессованную из частиц ферромагнитного металлического порошка. 15. Способ сборки компонента для электрической машины, который включает в себя этап соединения верхней секции сердечника, которая имеет цилиндрический центральный участок, имеющей центральную радиальную ось, множество опор обмоток, идущих радиально наружу из центрального участка, и трапециевидный сегмент сердечника у радиальной кромки каждой опоры обмотки, и в целом выпуклую внешнюю поверхность вдоль радиальной центральной оси верхней секции, снижней секцией сердечника, которая имеет цилиндрический центральный участок, имеющей центральную радиальную-4 011006 ось, множество опор обмоток, идущих радиально наружу из центрального участка, и трапециевидный сегмент сердечника у радиальной кромки каждой опоры обмотки, и имеющей выпуклую внешнюю поверхность вдоль радиальной центральной оси нижней секции вместе, таким образом, что сегмент сердечника верхней секции и сегмент сердечника нижней секции при объединении образуют скошенный объединенный сегмент сердечника. 16. Способ по п.15, в котором каждый сегмент сердечника верхней секции содержит верхнюю кромку, нижнюю кромку и две боковые кромки, причем верхняя кромка и нижняя кромка параллельны друг другу, а две боковые кромки не являются параллельными друг другу. 17. Способ по п.15, в котором каждый сегмент сердечника верхней секции содержит верхнюю кромку, нижнюю кромку и две боковые кромки, причем верхняя кромка и нижняя кромка параллельны друг другу, а одна боковая кромка является перпендикулярной верхней кромке. 18. Способ по п.15, в котором каждый сегмент сердечника нижней секции содержит верхнюю кромку, нижнюю кромку и две боковые кромки, причем верхняя кромка и нижняя кромка параллельны друг другу, а две боковые кромки не являются параллельными друг другу. 19. Способ по п.15, в котором каждый сегмент сердечника нижней секции содержит верхнюю кромку, нижнюю кромку и две боковые кромки, причем верхняя кромка и нижняя кромка параллельны друг другу, а одна боковая кромка является перпендикулярной верхней кромке. 20. Способ по п.15, в котором каждый сегмент сердечника верхней секции имеет внешние кромки в целом трапециевидной конфигурации. 21. Способ по п.15, в котором каждый сегмент сердечника нижней секции имеет внешние кромки в целом трапециевидной конфигурации. 22. Способ по п.15, в котором сегмент сердечника верхней секции и сегмент сердечника нижней секции при объединении образуют объединенный сегмент сердечника, имеющий внешнюю кромку, образующую в целом параллелограмм. 23. Способ по п.15, в котором сегмент сердечника верхней секции и сегмент сердечника нижней секции при объединении образуют объединенный сегмент сердечника, имеющий верхнюю кромку и нижнюю кромку, которые параллельны друг другу и перпендикулярны центральной радиальной оси верхней секции сборки. 24. Способ по п.15, в котором сегмент сердечника верхней секции и сегмент сердечника нижней секции при объединении образуют объединенный сегмент сердечника, имеющий верхнюю кромку и нижнюю кромку, которые параллельны друг другу и перпендикулярны центральной радиальной оси верхней секции сборки, и имеющий первую боковую кромку и вторую боковую кромку, которые в целом параллельны друг другу, причем каждая из них идет под острым углом к центральной радиальной оси верхней секции сборки. 25. Способ по п.15, в котором верхняя секция изготовлена из частиц ферромагнитного металлического порошка. 26. Способ формирования по меньшей мере одной из секций сердечника сборки по любому из пп.114, который включает в себя следующие операции: использование пресс-формы, имеющей внутреннюю поверхность,использование первого цилиндрического пуансона заполнения, который расположен в непосредственной близости от внутренней поверхности пресс-формы, и второго цилиндрического пуансона заполнения, имеющего внутреннюю поверхность, которая образует цилиндрическое отверстие,причем через цилиндрическое отверстие во втором пуансоне заполнения проходит центровой стержень,заполнение полости, образованной при помощи внутренней поверхности пресс-формы, первого пуансона заполнения, второго пуансона заполнения и центрового стержня, ферромагнитным порошком, с последующим прессованием ферромагнитного порошка, с образованием секции сердечника. 27. Способ по п.26, в котором пресс-форма выполнена цилиндрической по форме и имеет цилиндрическую внутреннюю поверхность,первый пуансон заполнения расположен в непосредственной близости от внутренней поверхности пресс-формы, при этом первый пуансон заполнения имеет цилиндрическую внутреннюю поверхность, а второй пуансон заполнения расположен в непосредственной близости от внутренней поверхности первого пуансона заполнения. 28. Способ по п.26, в котором пресс-форма является цилиндрической по форме и имеет цилиндрическую внутреннюю поверхность и который дополнительно предусматривает использование внутренней секции пресс-формы в непосредственной близости от внутренней поверхности пресс-формы, причем внутренняя секция пресс-формы образует боковые кромки компонента для электрической машины.