О перспективных направлениях в технологии производства торцовых электрических машин (80

[621.313.333.002

О ПЕРСПЕКТИВНЫХ НАПРАВЛЕНИЯХ В ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ТОРЦОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

В.И. Загрядцкий, д.т.н, проф., Е. Т. Кобяков, к.т.н., доцент,

Ю.С. Степанов, д.т.н., проф.

Орловский государственный технический университет Орёл, Россия, тел. (086) 419830, E-mail: admin@ostu.ru

JOUT THE LONG-TERM TRENDS IN THE TECHNOLOGY OF THE FACE PLANE ELECTRIC MACHINES PRODUCTION

V. I. Zagryadsky, Y. T. Kobyakov, Y. S. Stepanov

Oryol State Technical University

Oryol, Russia, tel. (086) 419830, E-mail: admin@ostu.ru

In this paper the state of the technology progress in the face plane electric hines production at the plants of Russian Federation is examined. The de- ?tion of new techniques for face plane magnetic circuits, aimedfor the flexible matedproduction organization is given.

Преимущества торцовых электрических машин, о которых известно ю, но которые не были реализованы в полной мере, прежде всего по техэгическим причинам, в последние годы стали привлекать всё возрастаювнимание создателей новой техники. Об этом свидетельствуют публика- в научно-технических журналах [1, 2] и патенты на изобретения [3-9], зящённые как вопросам разработки конструкций, так и технологии проэдства машин этого типа.

Несмотря на длительную невостребованность, в последнее время на в предприятий были созданы и испытаны отдельные образцы электродви- ;лей промышленного назначения. Так, на Новочеркасском вагонострои-

-187-

тельном заводе при участии профессора А.С.Курбасова, был спроектирова! синхронный дисковый двигатель мощностью 2000кВт для привода электро воза, Ё Новосибирском электротехническом институте создан действующи! образец торцового частотно-регулируемого электродвигателя мощностьк АЛкВт, а на Украине спроектированы торцовые асинхронные электродвига­ тели малой мощности на основе ресурсосберегающей технологии.

В ОрёлГТУ под руководством профессора В.И.Загрядцкого в течение ряда лет проводятся исследовательские работы по созданию расчётнотеоретических основ проектирования и разработки новых перспективных конструкций торцовых асинхронных электродвигателей и моноблочных аг­ регатов со встроенным электроприводом торцового типа (мотор-редукторы, электронасосы, электровентиляторы). Поскольку выпуск конкурентоспособ­ ной продукции требует основательной технологической подготовки произ­ водства с учётом новейших достижений в этой области, без решения некото­ рых важных технологических задач, специфичных для производства торцо­ вых электрических машин, невозможно их широкое промышленное освоение

исущественное расширение сферы применения.

Кнаиболее важным вопросам, прежде всего, следует отнести вопросы технологии производства торцовых магнитопроводов. Основными элемента­ ми конструкции магнитопровода является ярмо, представляющее собой кольцо прямоугольного сечения, и зубцовая зона, примыкающая к одному из торцов ярма и состоящая из чередующихся между собой зубцов и пазов.

Наибольшие сложности технологического характера возникают при из­ готовлении зубцовой зоны магнитопровода из-за отсутствия специализиро­ ванного оборудования и соответствующих технологий, предназначенных к использованию в условиях крупносерийного производства, что является од­ ним из сдерживающих факторов на пути внедрения торцовых электрических машин в промышленность.

Изобретения, сделанные в области технологии изготовления торцовых магнитопроводов за последние десятилетия, не позволили решить эту про­ блему во всех её аспектах, что связано с недостаточно высокой производи­ тельностью предложенных ранее технологических процессов, их повышен­ ной трудоёмкостью, высокой себестоимостью изделий, экологической вред­ ностью производства, а также с недостаточной степенью автоматизации про­ изводственного процесса, с ограниченностью возможностей переналадки технологической оснастки при переходе к изготовлению магнитопроводов иных типоразмеров. Необходимо заметить, что при оценке возможностей той или иной технологии должны учитываться эксплуатационные характеристи­ ки изготавливаемых изделий. Хорошо известны, например, широкие воз­ можности порошковой металлургии. Однако электротехнические свойства получаемых по этой технологии магнитопроводов оказываются недостаточно высокими. Таким образом, к настоящему времени не создана технологиче­ ская база производства торцовых электрических машин, отвечающая требо­ ваниям современного уровня развития науки и техники и способная обеспе­ чить выпуск продукции, удовлетворяющей заданным критериям качества.

- 188 -

л Для решения этой проблемы должны быть выбраны перспективные наДфавления развития технологических процессов производства машин этого ^пша, по которым необходимо организовать всесторонние исследовательские Ф опытно-конструкторские работы. $ Запатентованные авторами способы изготовления торцовых магнито-

Уфоводов [8, 9], на наш взгляд, могут служить основой создания соответст­ вующего требованиям настоящего времени технологического оборудования.

Один из этих способов [8] позволяет решить задачу повышения произ­ водительности процесса изготовления витого магнитопровода из ленты элек- -тротехнической стали при одновременном значительном сокращении её от­ водов, а также расширения технологических возможностей изготовления зубцовой зоны магнитопровода, повышения степени автоматизации произ­ водственного процесса и его гибкости. Это достигается путём продольного разделения ленты на части с взаимно вложенными в пазы зубцами с помо­ щью программно-управляемого режущего инструмента, например, луча ла­ зера, по зигзагообразному контуру при непрерывном плавном движении лен­ ды. Необходимое изменение шага резки осуществляется дискретно для каж­ дого очередного, подлежащего намотке витка. При этом режущий инстру­ мент перемещается в соответствии с заданной программой по замкнутой тра­ ектории, состоящей из двух продольных и двух наклонных к направлению движения ленты участков, благодаря чему за счёт сложения движений инст­ румента и продольно разрезаемой ленты, скорости которых связаны опреде­ лённой зависимостью, формируются требуемые контуры зубца и паза витого торцового магнитопровода.

Этот способ отличается высокой производительностью, является прак­ тически безотходным, соответствует современному уровню развития техни­ ки, обеспечивает значительное расширение технологических возможностей производства. Его особенность состоит в том, что ярмо и зубцовая зона по­ лучаемого магнитопровода конструктивно неразделимы, поскольку сформи­ рованы в результате непрерывного технологического процесса из общей лен­ ты электротехнической стали. Эта монолитность конструкции обеспечивает высокую надёжность соединения ярма и зубцовой зоны, позволяет получить изделия минимальной массы, полностью отвечает требованиям монтажа про­ водников обмотки в пазах магнитопровода.

Однако с этой особенностью связан и недостаток, заключающийся в различии магнитных свойств ленты электротехнической стали, идущей на изготовление магнитопровода, в окружном и аксиальном направлениях. В аксиальном направлении, т.е. в направлении к воздушному (рабочему) зазору машины, магнитные свойства стали оказываются хуже из-за несовпадения этого направления с направлением проката ленты.

Этот недостаток устранён в запатентованном нами способе изготовле­ ния сборного магнитопровода торцовой электрической машины [9]. Изобре­ тение позволяет улучшить электромагнитные характеристики магнитопрово­ да за счёт раздельного изготовления ярма, представляющего собой кольцо из ленты электротехнической стали, и зубцов, которые изготавливаются путём

-189-

разрезания многослойной полосы клиновидного профиля, состоящей из вн§ тых пакетов, вложенных один в другой и различающихся шириной и количё| ством слоев. Для скрепления зубцов с ярмом и получения дополнительны^ возможностей в технологии сборки и эксплуатации магнитопровода испол зуется соединительный корпус в форме кольцевого жёлоба, боковые сте* которого снабжены лепестками, отгибаемыми при сборке, после укладки яр-| ма в жёлоб, в сторону ярма, и образующими радиальные каналы для уклада^ зубцов на ярмо при сборке магнитопровода на сборочном автомате. Сборк| осуществляют путём перемещения зубцов по радиальным каналам в напращ лении от периферии к центру, используя эффект заклинивания зубцов в эпй| каналах, а после укладки всех зубцов производят опрессовку лепестков кор| пуса и наружных поверхностей зубцов, обеспечивая тем самым надёжности соединения зубцов с ярмом. |

Второй способ, также как и первый, рассчитан на крупносерийное Ш массовое производство торцовых электрических машин. Вместе с тем, он от| носительно прост и доступен для реализации при различных масштабах ъщ пуска, т.к. не требует применения сложного дефицитного оборудования. Дйя| изготовления многослойной полосы клиновидного профиля, идущей на изгоЦ товление зубцов, целесообразно использовать технологическое оборудова:

специализированных предприятий по изготовлению изделий методом п катки.

Оба предложенных способа могут быть положены в основу создан: гибкого автоматизированного производства витых торцовых магнитопровс»! дов широкой номенклатуры в электротехнической отрасли промышленности!

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Курбасов А. С. Целесообразность и возможность использовав электрических машин дисковой конструкции // Электричество. - М.: Энер атомиздат, 1985. - №2. - С. 29-33.

2.Казанский В. М., Приступ А. Г. Торцевой регулируемый асинхро] ный электродвигатель // Электричество. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - №4,

С.55-57.

3.А.с.СССР№1511812,МКИН02К, 17/02, 1989. -Бюл.№40.

4.А.с. СССР №1642551, МКИН 02 К, 17/06, 1991.-Бюл.№14.

5.А.с. СССР №1451812 А1, МКИ Н 02 К 15/02, 1989. - Бюл.№2.

6.Патент RU №2058655 С1, МКИ Н 02 К 5/16, 17/00, 1996. Бюл.№11.

7.Патент RU №2140700 С1, МКИ Н 02 К 5/173, 5/16, 17/16, 1999 Бюл.№30.

8.Патент RU №2074480 С1, МКИ Н 02 К 15/02, 1997. - Бюл.№6.

9.Патент RU №2142191 С1, МКИ Н 02 К 15/02, 1/02, 1/06, 1999; Бюл.№33.

-190-