СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РОТОРА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
METHOD FOR MANUFACTURING OF ELECTRIC MOTOR ROTOR

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромашиностроении для изготовления литых короткозамкнутых медных или алюминиевых обмоток роторов асинхронных электродвигателей.
Из уровня техники известен способ заливки ротора, по которому литейную форму, с расположенным в ней магнитопроводом ротора, погружают в расплав, имеющий температуру 1200°С, с одновременной ее продувкой инертным газом. Далее, при закрытом литниковом отверстии, форму продувают воздухом, а затем вакуумируют. Заливку металла осуществляют под действием избыточного газового давления на зеркало расплава [1].
Недостатки предложенного способа: низкая производительность заливки, сложность технологического оборудования, большие энергетические затраты, низкое качество получаемых роторов и ограниченность его технологических возможностей. Полученная таким способом оксидная пленка неравномерно покрывает пакет железа магнитопровода ротора и практически отсутствует в пазах.
Из уровня техники известен также аналог, наиболее близкий к заявляемому способу изготовления ротора электродвигателя по совокупности признаков, выбранный в качестве прототипа. В этом способе литейную форму собирают из шихтованного на оправке магнитопровода, который закрывают с торцов двумя полуформами. Готовую форму разогревают в печи до температуры 600-700°С. Далее в литейную форму подают расплав электропроводного металла при температуре 1280°С.
После кристаллизации расплава из формы извлекают готовый ротор с короткозамкнутой обмоткой [2].
В способе по прототипу исключены технологические недостатки аналога.
Однако у прототипа, как и у аналога, сравнительно низкие электротехнические характеристики электродвигателя за счет сравнительно низкого переходного сопротивления, полученного из-за плотного контакта между пазами ротора и литой короткозамкнутой обмоткой.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества роторов асинхронных электродвигателей за счет образования более высокого сопротивления электроизоляции стержней в пазах ротора.
Поставленная задача решается следующим образом.
Аналогично известному, заявляется способ изготовления ротора электродвигателя, в котором собирается литейная форма, состоящая из шихтованного на оправке магнитопровода, закрытого с торцов двумя полуформами. Литейная форма разогревается в печи до температуры 600-700°С. Затем в литейная форму подается расплав электропроводного металла при температуре 1280°С. После кристаллизации из формы извлекается готовый ротор с короткозамкнутой обмоткой.
Но в отличие от прототипа, в заявляемом способе изготовления ротора электродвигателя литейная форма предварительно нагревается в печи до температуры 300-400°С. Затем продуваются пазы магнитопровода воздухом. Далее литейная форма нагревается до температуры 400-700°С без доступа воздуха. Расплав электропроводного металла заливается в нагретую литейную форму при температуре 750-1280°С.
Перечисленные выше существенные признаки изобретения, отличные от прототипа, необходимы и достаточны во всех случаях, на которые распространяется правовая охрана изобретения.
Проведенный патентный поиск показал отсутствие способа изготовления ротора электродвигателя с предлагаемой совокупностью признаков.
Таким образом, в данном случае известные и новые элементы объединены новыми связями, придают способу изготовления ротора электродвигателя новые свойства, проявившиеся в положительных эффектах, вследствие чего решение может быть признано имеющим изобретательский уровень.
Продувка пазов магнитопровода ротора воздухом после его нагрева до температуры 300-400°С приводит к образованию на стенках пазов окисной пленки. После заливки расплава электропроводного металла в нагретую литейную форму при температуре 750-1280°С и его кристаллизации на поверхности стержней также образуется окисная пленка.
Предлагается перед сборкой литейной формы пазы магнитопровода ротора покрывать электроизоляционным лаком или эмалью. В качестве электроизоляции пазов магнитопровода ротора могут быть использованы кремнийорганические лаки или эмали.
Предложенные отличия позволяют получить на стенках пазов плотную, стойкую к высокой температуре, защитную электроизоляционную пленку.
Все это приводит к увеличению переходного сопротивления между стенкой паза и короткозамкнутой обмоткой.
Нагрев формы без доступа воздуха предлагается доводить до температуры 400-500°С, после чего заливать в качестве электропроводного металла алюминий при температуре 750-850°С, или нагрев формы без доступа воздуха доводить до температуры 450-700°С, после чего заливать в качестве электропроводного металла медь или его сплавы в диапазоне температур 1140-1280°С.
Предложенные отличительные признаки изобретения позволяют использовать одно и то же технологическое оборудование для изготовления короткозамкнутых роторов с медной и алюминиевой обмоткой, а значит, при высоком качестве заливки снизить производственные затраты.
Способ осуществляется следующим образом.
Набранный по весу пакет магнитопровода ротора надевают на оправку и с двух торцов обжимают его чугунными полуформами, образующими короткозамыкающие кольца обмотки.
Эту литейную форму помещают в печь и нагревают ее до температуры 300-400°С (для изготовления короткозамкнутых роторов с алюминиевой обмоткой до температуры 300-350°С и температуры 350-400°С для короткозамкнутых роторов с медной обмоткой).
Вентилятором через воздуховод пазы магнитопровода ротора продувают воздухом. Подачу воздуха в литейную форму прекращают и нагревают ее до температуры 400-500°С (для изготовления короткозамкнутых роторов с алюминиевой обмоткой до температуры 350-400°С и температуры 400-500°С для короткозамкнутых роторов с медной обмоткой).
Нагретую литейную форму вынимают из печи и устанавливают вертикально на плите. К нижней полуформе подсоединяют металлопровод.
Расплав электропроводного металла готовят в индукционной печи и доводят его до температуры 750-1280°С.
Расплав для изготовления короткозамкнутых роторов с алюминиевой обмоткой нагревают до температуры 750-850°С.
Расплав для изготовления короткозамкнутых роторов с медной обмоткой нагревают до температуры 1140-1280°С.
Через заливочную воронку по металлопроводу и питателю расплав под статическим давлением поступает в нижнюю полуформу, образуя первое короткозамыкающее кольцо обмотки ротора. Далее расплав заполняет пазы магнитопровода ротора и поступает в верхнюю полуформу, образуя второе короткозамыкающее кольцо обмотки ротора. Литейная форма выдерживается на кристаллизацию, после чего из нее извлекается готовый ротор с медной или алюминиевой короткозамкнутой обмоткой.
Для усиления электроизоляции, перед сборкой литейной формы, на стенки пазов магнитопровода ротора одним из известных способов наносится слой электроизоляционного лака или эмали, например на кремнийорганической основе. При нагревании литейной формы в печи до температуры 300-400°С с продувкой пазов магнитопровода ротора воздухом удаляются органические составляющие лака. Благодаря этому надежность слоя такой электроизоляции сохраняется при температуре заливки расплава электропроводного металла в форму (1140-1280°С).
Пример. На литейном участке завода по предлагаемому способу был изготовлен опытный образец ротора взрывозащищенного асинхронного электродвигателя серии ЭКВ с медной короткозамкнутой обмоткой. Собранная литейная форма была нагрета в камерной печи И45 с автоматической регулировкой температуры до температуры 350°С. Затем пакет магнитопровода продувался воздухом в течение 20 минут. В течение 170 минут литейная форма нагревалась без доступа воздуха до температуры 750°С.
За 40 минут до окончания нагрева литейной формы в индукционной электропечи типа ИСТ-0,16 была проведена плавка шихты из отходов меди марки Ml массой 65 кг. Элетромагнитное перемешивание металла обеспечило его интенсивную дегазацию.
Затем литейную форму вынули из печи, установили на плите и подключили металлопровод с заливочной воронкой. Расплав меди заливался в форму при температуре 1280°С. После кристализации в течение 30 минут готовый ротор с короткозамкнутой обмоткой был извлечен из формы и подвергнут испытанию.
Сравнительные результаты испытаний асинхронных электродвигателей с предлагаемой короткозамкнутой медной обмоткой ротора и серийным ротором с медной обмоткой показали снижение температуры ротора на 13°С и повышение КПД двигателя на 0,4%.
Предлагаемое техническое решение приводит к увеличению контактного электросопротивления между магнитопроводом и литой обмоткой ротора, снижению добавочных потерь и, в конечном результате, к повышению КПД двигателя и увеличению его эксплуатационной надежности из-за снижения температуры нагрева ротора. Повышение КПД двигателя приводит к экономии потребляемой электроэнергии при его эксплуатации.
Предлагаемое техническое решение позволяет при изготовлении ротора использовать следующие способы заливки роторов:
- статический (в т.ч. сифонный);
- центробежный;
- вибрационный;
- под давлением.
Этот способ очень прост, не требует дорогого оборудования и обеспечивает высокое качество заливки.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №900970, кл. В22D 18/04, 1982.
2. Патент на полезную модель Украины №30220, кл. Н02К 15/08, 2008.