СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИТНОГО КЛИНА
METHOD OF MATERIAL MANUFACTURING FOR MAGNETIC WEDGE PRODUCTION

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано для изготовления материала для получения магнитного клина электрических машин.
Известен состав и способ получения магнитодиэлектрического материала (авт. св-во №57966, опубликованное 30.04.80 г., бюлл.№16), состоящего из ферромагнитного наполнителя в виде магнетита, фурановоэпоксидной смолы, отвердителя и стеклонити. Компоненты тщательно перемешивают, магнитодиэлектрическую массу вакуумируют и используют для формования магнитных клиньев с последующим отверждением. Для упрочнения в магнитодиэлектрическую массу добавляют стекловолокно. После отверждения магнитные клинья должны пройти термообработку при температуре 100-120°C.
Компоненты магнитодиэлектрической массы тщательно перемешивают, тем самым равномерно по объему распределяется ферромагнитный материал.
При равномерном распределении ферромагнитного компонента по объему магнитного клина снижается эффективность его работы в электрических машинах, так как на характеристики магнитного поля в воздушном зазоре между статором и ротором существенное влияние оказывает число слоев с различной магнитной проницаемостью (ферромагнитный и диэлектрические слои) в материале магнитного клина, а также геометрические размеры этих участков. Послойная структура материала магнитного клина ограничивает магнитные потоки пазового рассеяния, замыкающегося через клин, что, в конечном счете, влияет на кратность пускового и максимального моментов электрической машины, уменьшение добавочных потерь до 30%, повышение КПД на 0,4-0,6%.
Введение стеклонитей не является лучшим вариантом для повышения механических характеристик магнитодиэлектрического материала магнитных клиньев.
Перемешивание эпоксидной смолы с ферромагнетиком, отвердителем и стеклонитью, как правило, не позволяет добиться равномерного распределения стеклонити по объему материала. Отдельные стеклонити замыкаются друг на друге и в местах, где происходит контактирование стеклонитей, образуются участки, незаполненные связующим. Возникают структурные дефекты, которые являются концентраторами напряжений и приводят к ухудшению механических характеристик материала.
Недостатком также является применение связующего в виде смолы, которая при полимеризации подвергается вакуумированию и термообработке при 100-120°C.
Сегодня известны эпоксидные смолы типа ЭА-5, ЭА-10, которые не требуют выполнения указанных технологических операций для получения магнитодиэлектрического материала.
Наиболее близким к предлагаемому является способ приготовления материала для изготовления магнитных клиньев (авт. св-во №493810, опубликованное 30.11.75 г., бюлл. №44), который и выбран в качестве прототипа.
Ферромагнитный материал смешивают со связующим и перед заливкой массы в пресс-форму в последнюю вводят магнитомягкую проволоку в виде ориентированной сетки с немагнитопроводящим утком, после заливки массы осуществляют прессование плит, совмещенное с вибрацией, обеспечивающей выделение из магнитодиэлектрической массы изоляционной пленки, обволакивающей сетку, при этом производят магнитное ориентирование частиц железа в заданном направлении.
Указанный способ имеет следующие недостатки.
Для упрочнения магнитодиэлектрического материала в виде листов или плит перед заливкой массы в пресс-форму вводят магнитомягкую проволоку в виде ориентированной сетки с немагнитопроводящим утком. Магнитомягкую проволоку используют в качестве армирующего элемента для повышения механической прочности материала магнитных клиньев. Решая задачу повышения прочностных характеристик, магнитомягкая металлическая сетка блокирует внешнее магнитное поле, которое используется только для ориентации зерен ферромагнетика в пространстве. Снижается эффективность действия магнитного поля на ориентацию частиц ферромагнетика в вязкой среде отверждаемой магнитодиэлектрической массы.
Дополнительно магнитодиэлектрический материал армируется стекловолокном. Отдельные стеклонити замыкаются уже не только друг на друга, образуя дефекты, которые являются концентраторами напряжений, но они также замыкаются на металлическую сетку. Повышается вероятность образования участков, плохо пропитанных органическим связующим, что обязательно будет снижать прочностные характеристики материала.
Использование магнитомягкой проволоки в виде сетки с немагнитным утком требует удаления немагнитного утка за счет виброобработки магнитодиэлектрической массы в пресс-форме. Авторы вынужденно вводят дополнительную операцию, без которой нельзя рассчитывать на межфазное взаимодействие между проволокой и связующим. Однако из-за высокой адгезионной способности связующего полное удаление изолирующего утка будет весьма затруднительным.
Задачей изобретения является создание материала магнитного клина, позволяющего уменьшить добавочные потери двигателя за счет ограничения потока пазового рассеяния.
Указанная задача решается тем, что способ изготовления материала для получения магнитного клина в виде листов и плит включает смешение ферромагнитного компонента с эпоксидной смолой, отверждение и заливку получаемой массы в пресс-форму, где помещен армирующий элемент в виде стекловолокнистой ткани, и последующую обработку магнитным полем при прессовании, отличающийся тем, что ферромагнитный компонент вводят в виде наночастиц магнетита размером до 100 нм и воздействуют магнитным полем с напряженностью не менее 800 эрстед на магнитодиэлектрическую массу с предварительно определенной степенью отверждения не более 30%.
При введении частиц большего размера за счет снижения подвижности в вязкой среде эпоксидного связующего нельзя рассчитывать на формирование слоистой структуры без пересечения отдельных участков ферромагнитных слоев и снижения эффективности воздействия магнитного клина на электромагнитный поток пазового рассеяния и уменьшение добавочных потерь двигателя. К такому же результату приводит использование наночастиц магнетика и магнитной обработки напряженностью 300 эрстед.
Введение наночастиц магнетита обеспечивает высокую подвижность частиц в вязкой среде эпоксидного связующего при прессовании магнитодиэлектрической массы с армирующим элементом в виде стекловолокнистой ткани, что позволяет формировать слоистую структуру материала магнитного клина с четким разделением межфазной границы получения плотной структуры в пределах слоя ферромагнетика. В этом случае ферромагнитный слой работает в условиях воздействия магнитного поля как единая частица, что обеспечивает требуемую магнитную проницаемость материала.
Кроме того, ферромагнитный наполнитель с размером частиц до 100 нм не снижает прочностных характеристик отвержденной эпоксидной смолы.
Степень полимеризации эпоксидной смолы предварительно определяется, и магнитная обработка производится при степени отверждения не более 30% от полного.
Пример 1
Смесь ферромагнетика в виде магнетита с размером частиц от 10 до 100 нм, эпоксидной смолы марки К-153, отвердителя, взятых в соотношении: 25 масс.% магнетита, остальное - эпоксидная смола и 10 масс.% отвердителя, тщательно перемешивают и заливают в пресс-форму, в которую предварительно помещают армирующую сетку в виде стекловолокнистой ткани, далее накладывают магнитное поле напряженностью 800 эрстед. Предварительно определяют степень полимеризации магнитодиэлектрической массы и магнитную обработку начинают при степени полимеризации не более 30%.
Металлографический анализ отвержденного материала показывает, что ферромагнитный компонент образует замыкающиеся слои с неравномерным распределением по объему материала. На рис.1 показано распределение ферромагнитного компонента в отвержденной эпоксидной смоле после обработки магнитным полем напряженностью 300 эрстед: 1 - отвержденная эпоксидная смола, 2 - ферромагнитный компонент.
Применение магнитных клиньев, изготовленных из материала подобной структуры, показало, что асинхронный двигатель марки ДМ, по результатам испытаний согласно ГОСТ 25941-83, имел снижение добавочных потерь на 10%.
Пример 2
Смесь ферромагнетика в виде магнетита с размером частиц до 100 нм, эпоксидной смолы марки ЭП-10, отвердителя, взятых в соотношении: 25 вес.% магнетита, остальное - эпоксидная смола и 1-2% отвердителя, тщательно перемешивают и заливают в пресс-форму, в которую предварительно помещают армирующую сетку в виде стекловолокнистой ткани, далее накладывают магнитное поле напряженностью 800 эрстед. Предварительно определяют степень отверждения магнитодиэлектрической массы и магнитную обработку начинают при степени полимеризации не более 30%. Металлографический анализ отвержденного материала показывает, что материал имеет слоистую чередующуюся структуру из слоев отвержденного полимера и ферромагнитного наполнителя. Слои ферромагнитного компонента не замыкаются друг на друге. Слой ферромагнитного компонента имеет высокоплотную структуру, что обеспечивает высокую магнитную проницаемость слоя. На рис.2 показано распределение ферромагнитного компонента в отвержденной эпоксидной смоле после обработки магнитным полем напряженностью 800 эрстед: 1 - отвержденная эпоксидная смола; 2 - ферромагнитный компонент.
Применение магнитных клиньев, изготовленных из материала, показало, что асинхронный двигатель марки ДМ, по результатам испытаний согласно ГОСТ 25941-83, имел снижение вредных потерь на 30%, что подтверждает технический результат предлагаемого изобретения.