Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РОТОРА САМОТОРМОЗЯЩЕГОСЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к технологическому оборудованию для изготовления электрических машин и может быть использовано в электрической промышленности для производства самотормозящихся асинхронных электродвигателей.

Известно устройство для изготовления ротора самотормозящегося асинхронного электродвигателя (Рященцев Н.П., Швец С.А. Самотормозящийся асинхронный двигатель с конусным ротором. Новосибирск, «Наука», 1974), представляющее собой специальный пресс с делительным приспособлением, обеспечивающим постепенное изменение диаметра штампа, необходимое для получения листов различных размеров с целью получения заданной конусности ротора. Однако такой пресс сложен в изготовлении, требует делительного приспособления, а при сборке электродвигателя требуется статор с такой же конической расточкой внутреннего диаметра.

Известно также устройство для изготовления ротора самотормозящегося асинхронного электродвигателя, содержащее тонкостенный стакан, вокруг которого расположен источник магнитного поля (АС №1729, 1926 г.).

Однако ротор, изготовленный при помощи этого устройства, обладает только радиальной анизотропией, а осевое усилие в электродвигателе с таким ротором достигается за счет осевого смещения ротора относительно статора, что усложняет технологию изготовления.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату и принятым авторами за прототип является устройство для изготовления ротора самотормозящегося асинхронного электродвигателя, представляющее собой тонкостенный стакан, вокруг которого расположен источник магнитного поля, выполненный в виде статора электрической машины переменного тока с внутренним коническим отверстием, обеспечивающее осевую магнитную анизотропию, за счет использования вращающегося магнитного поля с переменной осевой интенсивностью (АС №640398, 1978 г.).

Данное устройство позволяет получить осевую анизотропию магнитных свойств ротора, необходимую для создания осевого электромагнитного усилия в самотормозящемся асинхронном электродвигателе.

Недостатком данного устройства является сложность расширения степени магнитной анизотропии при изготовлении и получения при этом требуемого монотонного изменения величины осевой магнитной анизотропии, от которой зависят величина осевого электромагнитного усилия, время пуска и торможения самотормозящихся электродвигателей. Это в конечном итоге сужает область применения самотормозящихся асинхронных электродвигателей для разных приводных систем, изготовленных данным устройством.

Задачей является разработка устройства для изготовления ротора, позволяющего расширить область применения при упрощении технологии изготовлении и уменьшении себестоимости изготовления.

Техническим результатом является возможность изменения степени и получения требуемой величины осевой магнитной анизотропии.

Технический результат достигается тем, что устройство для изготовления ротора самотормозящегося асинхронного электродвигателя содержит стакан, который одновременно является пресс-формой и выполнен толстостенным с подвижным дном, состоящим из полого цилиндра и подвижного дна, выполненного в виде диска, входящего в цилиндр по внутреннему диаметру, а внутри пресс-формы симметрично относительно продольной оси размещена вставка из электротехнической стали, изготовленная в форме полого тонкостенного усеченного конуса, чья высота равна длине активной части изготовленного ротора, а диаметр основания, находящийся внизу, равен внутреннему диаметру полого цилиндра пресс-формы.

В данном устройстве возможность изменения и получения требуемой осевой анизотропии ротора реализуется применением вставки из электротехнической стали в форме полого тонкостенного усеченного конуса, имеющей малое магнитное сопротивление, которая разделяет в пресс-форме две гомогенные массы с разными магнитными свойствами и формирует необходимое монотонное изменение в осевом направлении магнитного сопротивления ротора за счет угла α (угол, образованный между внутренней стенкой пресс-формы и стенкой вставки усеченного тонкостенного конуса), который зависит от геометрического размера верхнего диаметра вставки D_в (так как диаметр основания D_o остается величиной постоянной и равен внутреннему диаметру пресс-формы), или заменой на вставку с другим геометрическим размером верхнего диаметра вставки D_в с требуемым углом α (фиг. 3, фиг. 4). Монотонное изменение в осевом направлении магнитного сопротивления ротора происходит за счет того, что магнитный поток пересекает области в радиальном направлении с разным магнитным сопротивлением, которые монотонно изменяются с разной скоростью в осевом направлении согласно зависимости (1):

где R_µ1i - магнитное сопротивление на i-м участке магнитопровода ротора, состоящего из связующего вещества и магнитного материала с уменьшенной магнитной проницаемостью µ₁;

R_µвi - магнитное сопротивление материала вставки в форе пустотелого конуса на i-м участке (практически оно будет равно нулю, так как магнитная проницаемость материала, из которого изготовлена вставка, намного больше, чем магнитная проницаемость в областях с материалами µ₁ и µ₂);

R_µ2i - магнитное сопротивление на i-м участке магнитопровода ротора, состоящего из связующего вещества и магнитного материала с увеличенной магнитной проницаемостью µ₂.

Кроме этого, данное устройство для изготовления ротора самотормозящегося асинхронного электродвигателя дает возможность, при необходимости, дополнительного изменения степени осевой магнитной анизотропии ротора за счет использования для приготовления гомогенных смесей ферромагнитных порошков с разными магнитными свойствами (µ₁ и µ₂) и замены их на ферромагнитные порошки с иными магнитными свойствами. При этом, чем больше расхождение используемых ферромагнитных порошков с разными магнитными свойствами (µ₁ и µ₂), тем больше расхождение R_µ1i и R_µ2i и соответственно будет получено большее дополнительное увеличение степени магнитной осевой анизотропии.

Сущность устройства поясняется чертежами:

на фиг. 1 показана пресс-форма в аксонометрии с разрезом;

на фиг. 2 показана вставка в форме полого тонкостенного усеченного конуса в аксонометрии с разрезом;

на фиг. 3 изображено устройство для изготовления ротора самотормозящегося асинхронного электродвигателя с ротором до прессования в разрезе;

на фиг. 4 изображено устройство для изготовления ротора самотормозящегося асинхронного электродвигателя с ротором после прессования в разрезе.

Устройство для изготовления ротора самотормозящегося асинхронного электродвигателя содержит сборную пресс-форму, выполненную в форме толстостенного стакана, состоящую из полого цилиндра 1 и подвижного дна 2, выполненного в форме диска, входящего в полый цилиндр 1 по внутреннему диаметру основания D_o (фиг. 1, фиг. 3, фиг. 4). Внутри пресс-формы симметрично относительно продольной оси расположена вставка 3 из электротехнической стали, выполненная в форме полого тонкостенного усеченного конуса, чья высота равна длине активной части изготовленного ротора l, а диаметр основания D_o, находящийся внизу, равен внутреннему диаметру пресс-формы (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4). Вставка 3, выполненная в форме полого тонкостенного усеченного конуса, изготовлена из электротехнической стали с большой магнитной проницаемостью. На фиг. 3 и фиг. 4 изображен угол α - угол образованный между внутренней стенкой полого цилиндра 1 пресс-формы и стенкой вставки 3, выполненная в форме полого тонкостенного усеченного конуса.

На фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4 изображен верхний диаметр D_в вставки 3, в форме полого тонкостенного усеченного конуса. Смесь 4, 5 состоящая из ферромагнитного порошка, имеющего уменьшенную магнитную проницаемость µ₁, с жидким связующим веществом (например, эпоксидной смолой), расположена внутри вставки 3, и ограничена снизу подвижным дном 2 пресс-формы (фиг. 3). Смесь 6, 7 состоящая из ферромагнитного порошка, имеющего увеличенную магнитную проницаемость µ₂, с жидким связующим веществом, расположена между полым цилиндром 1 пресс-формы и вставкой 3 в форме полого тонкостенного усеченного конуса.

Устройство работает следующим образом.

Во внутрь сборной пресс-формы в форме толстостенного стакана, состоящую из полого цилиндра 1 и подвижного дна 2, засыпают смесь 4 высотой Δ₁ (фиг. 3). Затем во внутрь пресс-формы на смесь 4 высотой Δ₁ помещают симметрично относительно продольной оси вставку 3, изготовленного в форме полого тонкостенного усеченного конуса диаметром основания D_о к подвижному дну 2 и засыпают во внутреннюю полость до верхней границы вставки 3 смесь 5. После этого засыпают смесь 6 в полость между полым цилиндром 1 и вставкой 3 до ее верхней границы, а затем смесь 7 высотой Δ₂ - вовнутрь пресс-формы выше верхней границы вставки 3 и прессуют с двух сторон в осевом направлении. При этом высоты засыпаемых слоев смесей 4 и 7 равны между собой Δ₁=Δ₂, а их величины выбираются с учетом того, чтобы при прессовании не произошло смятия вставки 3.

После окончания процесса прессования вставка 3 формирует спрессованную гомогенную массу 8, состоящую из жидкого связующего вещества с ферромагнитным порошком, имеющим уменьшенную магнитную проницаемость µ₁, и спрессованную гомогенную массу 9, состоящую из жидкого связующего вещества с ферромагнитным порошком, имеющим увеличенную магнитную проницаемость µ₂, с необходимым углом α и соответственно с требуемой монотонно изменяющейся магнитной асимметрией (фиг. 4).

При этом во внутренней области вставки 3 находится незначительный слой спрессованной гомогенной массы 10, состоящей из жидкого связующего вещества с ферромагнитным порошком, имеющим увеличенную магнитную проницаемость µ₂, который фактически не будет оказывать влияние на распределение магнитного сопротивления вдоль оси изготовленного ротора (на большую глубину электромагнитная волна фактически не проникает и затухает раньше).

После процесса полимеризации изготовленный ротор извлекают путем фиксации полого цилиндра 1 и выдавливания его в осевом направлении.