РОТОР АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
ROTOR OF ASYNCHRONOUS MOTOR

Изобретение относится к электротехнике и может быть использована для изготовления многофазных асинхронных двигателей с короткозамкнутой обмоткой ротора, применяемых для тяжелых режимов работы.
Материалы для короткозамкнутых обмоток ротора электрических машин должны обладать высокой электропроводностью и теплопроводностью. Указанным требованиям отвечает медь. Чистая медь очень хорошо проводит тепло и электрический ток, уступая в этом только серебру.
Из уровня техники известен ротор асинхронного двигателя, содержащий закрепленный на валу магнитопровод в виде сердечника с пазами. В пазах сердечника размещена медная литая короткозамкнутая обмотка (1).
Однако из-за низкой жидкотекучести чистой меди (в 2,7 раза меньше алюминия) применение ее вызывает большие технологические сложности при заливке короткозамкнутых обмоток асинхронных двигателей.
Из уровня техники известен также ротор асинхронного двигателя, содержащий закрепленный на валу магнитопровод в виде сердечника с пазами и размещенную в пазах короткозамкнутую обмотку. Рабочая клетка и короткозамыкающие кольца такой обмотки выполнены литыми из медного сплава, содержащего 98,80-99,95% меди, а также свинец, олово, висмут, сурьму и никель (2).
Применение такого медного сплава при изготовлении медной литой короткозамкнутой обмотки позволяет повысить технологические качества ее изготовления. Указанные примеси увеличивают жидкотекучесть, понижают линейную и объемную усадку медного расплава при заливке его в пазы магнитопровода ротора.
Основной недостаток такой короткозамкнутой обмотки, как и первого аналога, заключается в образовании в теле металла газовой пористости (образование тонких раковин или пор в металле).
Это происходит из-за наличия кислорода и водорода в расплавленной меди, а также поглощения воздуха расплавом с выделением указанных газов в процессе затвердевания меди в пазах обмотки.
Поэтому электропроводность и теплопроводность, а также эксплуатационная надежность таких роторов достаточно низка. Кроме того, электрическая проводимость меди изменяется под влиянием олова и сильно снижается под влиянием незначительных количеств сурьмы.
В качестве прототипа выбран ближайший аналог, совпадающий с изобретением по большинству существенных признаков.
Прототип представляет собой ротор асинхронного двигателя, содержащий закрепленный на валу магнитопровод, в пазах которого размещена короткозамкнутая обмотка из литого металла. Литой металл обмотки содержит 98,80-99,95% меди, а также легирующие элементы и примеси в виде свинца, олова, висмута, сурьмы, никеля, цинка, кадмия, фосфора и мышьяка (3).
В процессе приготовления расплава до заливки его в пазы магнитопровода проводится раскисление меди фосфором и цинком. При этом избыток раскислителя переходит в сплав короткозамкнутой обмотки в качестве его компонентов.
Наличие фосфора влияет на жидкотекучесть меди, приводит к эффективному раскислению меди при изготовлении короткозамкнутой обмотки и положительно влияет на ее механические свойства. Одновременно с этим мышьяк в значительной мере нейтрализует вредное влияние примесей висмута, кислорода, сурьмы. Однако примеси фосфора и цинка, а также кадмия ухудшают свойства сплава, снижая электропроводность и теплопроводность короткозамкнутой обмотки. Электрическая проводимость меди изменяется также под влиянием олова и сильно снижается под влиянием незначительных количеств сурьмы. Кроме того, недостатками аналога являются низкая стабильность физико-механических характеристик короткозамкнутой обмотки от партии к партии, нестабильность технологических качеств ее изготовления и эксплуатационной надежности таких роторов.
Так, например, удельная электрическая проводимость короткозамкнутых обмоток аналогов от партии к партии изменяется на величину в пределах от 2 до 4 М·Ом/м.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационной надежности, а также достижение стабильности высоких физико-механических характеристик ротора асинхронного двигателя.
Технический результат при решении указанной задачи заключается в повышении плотности, снижении влияния примесей и повышении электропроводности литого металла короткозамкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя.
Поставленная задача решается следующим образом.
Аналогично известному заявляемый ротор асинхронного двигателя содержит закрепленный на валу магнитопровод, в пазах которого размещена короткозамкнутая обмотка из литого металла. Литой металл обмотки содержит 98,80-99,95% меди, а также легирующие элементы и примеси в виде свинца, олова, висмута, сурьмы, никеля, цинка, кадмия, фосфора и мышьяка.
Но в отличие от прототипа в заявляемом роторе асинхронного двигателя в литой металл короткозамкнутой обмотки дополнительно введен литий.
Наличие лития в литом металле обмотки позволяет раскислять и дегазировать медь, а также увеличивает жидкотекучесть расплавленного металла. Он также повышает удельную электропроводность медного сплава в литом металле обмотки. Литий оказывает модифицирующее действие на структуру сплава, что значительно повышает стабильность качества короткозамкнутой обмотки.
Указанный выше существенный признак изобретения, отличный от прототипа, необходим и достаточен во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны изобретения.
Проведенный патентный поиск показал отсутствие ротора асинхронного электродвигателя с предлагаемой совокупностью признаков.
Таким образом, в данном случае известные и новый элемент объединены новыми связями, придают ротору асинхронного электродвигателя новые свойства, проявившиеся в положительных эффектах, в следствие чего решение может быть признано имеющим изобретательский уровень.
Предлагается ротор асинхронного двигателя с содержанием лития в литом металле короткозамкнутой обмотки не болеет 0,01-0,06 мас.%.
Предлагается также ротор асинхронного двигателя с содержанием в литом металле короткозамкнутой обмотки примесей не более 0,2 мас.%.
Такое содержание лития позволяет снизить расход раскислителя и уменьшить расход легирующих элементов и примесей.
Предлагаемый ротор асинхронного двигателя отличается простой технологией его изготовления, высокой технологичностью и возможностью использования стандартных марок меди, а также отходов меди собственного производства.
Изобретение позволяет изготавливать ротор асинхронного двигателя со стабильностью удельной электропроводности короткозамкнутой обмотки не менее 58 М·Ом/м.
Наличие лития в литом металле короткозамкнутой обмотки позволяет снизить расход раскислителя на 18-27%.
Источники информации
1. Ширнин И,Г., Чувашев В.А., Гусаров А.А. Медные роторные обмотки электродвигателей угольных комбайнов. // Сборник научных трудов ВНИИВЭ. - Донецк,1981. - С.32-36.
2. Патент Украины на полезную модель №30219, кл. Н02К 17/16, 2008.
3. Патент Украины на полезную модель №32833, кл. Н02К 17/16, 2008 (прототип).