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 изготовления 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 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 (А.С. №640398, 1978 г.).

Недостатком данного устройства является сложность технологии изготовления источника магнитного поля, выполненного в виде статора электрической машины переменного тока с внутренним коническим отверстием, обеспечивающего осевую магнитную анизотропию (для изготовления магнитопровода статора необходим специальный пресс с делительным приспособлением, обеспечивающим постепенное изменение диаметра штампа для получения листов различных размеров, которые отвечают заданной конусности).

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 (Положительное решение от 05.05.2016 г. по заявке №2015110288 от 23.03.2015 г.), содержащее стакан, при этом стакан 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.

Недостатком данного устройства является наличие вставки из электротехнической стали в теле изготовленного магнитопровода ротора, которая увеличивает магнитное сопротивление на границах μ₁ - вставка - μ₂, что приводит к дополнительному падению магнитного напряжения в этих местах, уменьшению рабочего магнитного потока Ф электродвигателя и соответственно ухудшению его эксплуатационных характеристик. Помимо этого необходимость изготовления вставки из электротехнической стали и придания ей формы усеченного конуса со строгой симметрией для каждого изготавливаемого ротора самотормозящегося асинхронного электродвигателя ведет к получению неизбежных отходов и соответственно к повышению стоимостных показателей и усложнению технологии изготовления.

Кроме этого, во время работы устройства достаточно сложно симметрично расположить внутри пресс-формы, относительно продольной оси вставку на смеси высотой Δ₁ из-за отсутствия фиксации ее положения. Строгое симметричное расположение внутри пресс-формы, относительно продольной оси, вставки необходимо для обеспечения магнитной симметрии в радиальном направлении ротора после его изготовления. Увеличение магнитной асимметрии в радиальном направлении ротора ведет к ухудшению его эксплуатационных характеристик, а именно к повышенным значениям шума и вибрации, проявляющимся при его работе.

Помимо этого, в процессе изготовления ротора самотормозящегося асинхронного электродвигателя дополнительную сложность вызывает согласование высот засыпаемых слоев смесей Δ₁=Δ₂ над и под вставкой, что связано с неоднородностью структуры, плотности, размеров смеси, состоящей из ферромагнитного порошка с жидким связующим веществом.

Задачей является усовершенствование устройства для изготовления ротора самотормозящегося асинхронного электродвигателя, позволяющее улучшить его эксплуатационные характеристики, а также обеспечить снижение себестоимости устройства.

Техническим результатом является улучшение точности позиционирования сменной вставки относительно продольной оси, уменьшение магнитного сопротивления и обеспечение симметрии в радианном направлении ротора.

Технический результат достигается тем, что устройство для изготовления ротора самотормозящегося асинхронного электродвигателя имеет монотонно изменяющуюся магнитную симметрию в радиальном направлении, содержит сборную пресс-форму, состоящую из полого цилиндра, подвижного дна в форме диска, выполненного по внутреннему диаметру полого цилиндра, и вставки, при этом вставка выполнена съемной в форме цилиндра по внутреннему диаметру полого цилиндра пресс-формы с симметричным вдоль продольной оси вставки сквозным отверстием, выполненным в форме усеченного конуса основанием вниз.

Во время работы устройства, так как вставка имеет форму полого цилиндра, она имеет возможность достаточно просто входить во внутрь пресс-формы по ее внутреннему диаметру, что позволяет ей точно позиционироваться стенками полого цилиндра внутри пресс-формы относительно продольной оси и ведет к обеспечению магнитной симметрии в радиальном направлении ротора после его изготовления и, соответственно, к улучшению эксплуатационных характеристик изготовленного ротора, а именно к уменьшению шума и вибрации при его работе. Помимо этого за счет отсутствия в теле изготовленного магнитопровода ротора вставки из электротехнической стали на границе μ₁-μ₂ уменьшится магнитное сопротивление (после процесса прессования частицы ферромагнитного порошка на границе μ₁-μ₂ будут более плотно прилегать друг к другу и уменьшится количество границ перехода), что приведет к уменьшению падения магнитного напряжения на границе, увеличению рабочего магнитного потока Ф электродвигателя, и, соответственно, улучшению эксплуатационных характеристик изготовленного ротора.

В данном устройстве снижение себестоимости устройства осуществляется за счет возможности многократного использования сменной вставки для изготовления роторов с одинаковыми размерами и параметрами, а также отсутствия необходимости использования дополнительного оборудования для изготовления электротехнической стали, а затем вставки из нее для каждого ротора, и отсутствия неизбежных потерь дорогостоящей электротехнической стали. Дополнительное уменьшение стоимостных показателей в устройстве происходит за счет того, что вставку можно изготовить из широкого спектра материалов, имеющих низкую себестоимость изготовления (дерево, пластик, металл и т.д.).

Сущность устройства поясняется чертежами:

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

на фиг. 2 показана вставка в форме полого цилиндра со сквозным отверстием, выполненным в форме усеченного конуса основанием вниз, проходящим симметрично вдоль продольной оси цилиндра;

на фиг. 3 изображено устройство для изготовления ротора самотормозящегося асинхронного электродвигателя с вставкой в момент формования 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 D (фиг. 1, фиг. 3, фиг. 4). Внутри пресс-формы симметрично относительно продольной оси расположена вставка 3, которая выполнена в форме полого цилиндра, входящего сверху в полый цилиндр 1 пресс-формы по его внутреннему диаметру D, со сквозным отверстием 4, проходящим симметрично вдоль его продольной оси, выполненным в форме усеченного конуса основанием вниз (фиг. 2, фиг. 3). На фиг. 2 и фиг. 3 изображен угол α - угол, образованный между внешней цилиндрической и внутренней поверхностями вставки 3.

Смесь 5, состоящая из ферромагнитного порошка уменьшенной магнитной проницаемости μ₁ с жидким связующим веществом (например, эпоксидной смолой), расположена внутри вставки 3 и ограничена снизу подвижным дном 2 пресс-формы (фиг. 3 и фиг. 4). Смесь 6, состоящая из ферромагнитного порошка увеличенной магнитной проницаемости μ₂ с жидким связующим веществом, расположена между полым цилиндром 1 пресс-формы и сформованной в виде усеченного конуса основанием вниз смесью 5 (фиг. 4).

Устройство работает следующим образом.

Внутрь сборной пресс-формы, выполненной в форме толстостенного стакана, состоящей из полого цилиндра 1 и подвижного дна 2, помещают вставку 3, выполненную в форме цилиндра со сквозным отверстием 4, которая входит сверху в полый цилиндр 1 пресс-формы по его внутреннему диаметру D.

Формование смеси 5, состоящей из ферромагнитного порошка уменьшенной магнитной проницаемости μ₁ с жидким связующим веществом, которую при необходимости можно предварительно уплотнить, происходит внутри вставки 3 путем засыпки смеси 5 в полость между подвижным дном 2 и сквозным отверстием 4. Далее, при необходимости, эту смесь выдерживают внутри вставки 3 небольшой промежуток времени. Затем вставку 3 вынимают и после этого засыпают смесь 6 в полость между полым цилиндром 1 и сформованной смесью 5 по форме, совпадающей с формой сквозного отверстия 4. Затем проводят прессование и после его окончания получается спрессованная гомогенная масса 5 из жидкого связующего вещества с ферромагнитным порошком уменьшенной магнитной проницаемости μ₁ и спрессованная гомогенная масса 6 из жидкого связующего вещества с ферромагнитным порошком увеличенной магнитной проницаемости μ₂ с необходимым углом α (который формируется вставкой 3) и с требуемой монотонно изменяющейся магнитной асимметрией (фиг. 4).

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