Способ изготовления сборного магнитопровода торцовой электрической машины

 

Изобретение относится к технологии изготовления сборных витых магнитопроводов, используемых, например, в электромашиностроении. Изобретение позволяет улучшить электромагнитные характеристики магнитопровода и повысить надежность соединений основных его элементов, а также расширить технологические возможности изготовления сборных магнитопроводов с увеличенным числом зубцов при одновременном повышении уровня автоматизации технологического процесса. Для этого зубцы магнитопровода изготавливают витыми путем разрезания многослойной ленты клиновидного профиля, состоящей из витых пакетов, вложенных один в другой и различающихся шириной и количеством слоев, а для скрепления зубцов с ярмом и получения дополнительных возможностей в технологии сборки и эксплуатации магнитопровода используют соединительный элемент (корпус) в форме кольцевого желоба, боковые стенки которого снабжены лепестками, отгибаемыми при сборке, после укладки ярма в желоб, в сторону ярма, и образующими радиальные каналы для укладки зубцов на ярмо при сборке магнитопровода на сборочном автомате. Причем сборку осуществляют путем перемещения зубцов по радиальным каналам в направлении от периферии к центру, используя эффект заклинивания зубцов в этих каналах, а после укладки всех зубцов производят опрессовку лепестков корпуса и наружных поверхностей зубцов, обеспечивая тем самым надежность соединений зубцов с ярмом. 8 з.п.ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к технологии изготовления сборных витых магнитопроводов и может быть использовано в электротехнической промышленности, в частности, при создании электрических машин торцового типа.

Известен способ изготовления витых торцовых магнитопроводов [1], согласно которому осуществляют продольное разделение ленты электротехнической стали на части по зигзагообразному контуру при плавном непрерывном движении ленты с одновременным образованием зубцов и пазов требуемой формы так, что зубцы одной части ленты входят в пазы другой и наоборот, навивают каждую часть ленты в пакет плашмя с образованием ярма и зубцовой зоны и скрепляют витки пакетов между собой.

Причем продольное разделение ленты на части производят программно-управляемым режущим инструментом, например, лучом лазера.

Недостатками известного способа являются необходимость применения сложного и дорогостоящего технологического оборудования, используемого при лазерной резке [2] , а также различие в магнитных свойствах электротехнической стали (ленты), идущей на изготовление магнитопровода, в окружном и аксиальном направлениях. В аксиальном направлении, т.е. в направлении к воздушному зазору, магнитные свойства стали оказываются хуже, т.к. это направление не совпадает с направлением проката ленты [3; 4].

Известны способы изготовления витых магнитопроводов, предусматривающие отдельное изготовление ярма и зубцовой зоны с последующим их скреплением [5; 6] , позволяющие существенно сократить отходы электротехнической стали и обеспечивающие прохождение основного магнитного потока во всех элементах магнитопровода в направлениях максимальной магнитной проницаемости стали, т. е. вдоль направления прокатки ленты [6].

Однако эти способы разработаны применительно лишь к электрическим машинам цилиндрической формы исполнения. Использование же гофрированной ленты, идущей на изготовление зубцовой зоны в этих машинах, при создании машин торцового типа нерационально.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления магнитопровода [7] , согласно которому при раздельном изготовлении ярма и зубцовой зоны торцовой электрической машины заготовку для зубцов выполняют в виде пакета, навитого плашмя из ленты, с последующим скреплением витков между собой, а зубцы выполняют разрезкой пакета по высоте. Использование данного способа не способствует улучшению магнитных свойств стали, идущей на изготовление зубцов, в направлении оси магнитопровода. Наличие острых кромок, образующихся на зубцах при их нарезании из тороидального пакета, требует особого внимания к качеству пазовой изоляции и может привести к короткому замыканию витков обмотки статора. Кроме того, ненадежное скрепление витков пакета, используемого для изготовления зубцов, приводит к разрушению последних вследствие отслаивания отдельных их пластинок в процессе разрезания пакета. К недостаткам относятся и технологические трудности изготовления зубцов малой ширины, а следовательно, невозможность существенного увеличения числа зубцов магнитопровода, которое способствует повышению равномерности хода машины, уменьшению ее вибрации и снижению уровня шума, а также созданию дополнительных возможностей в технологии укладки обмотки статора [6].

Недостаточно надежным является крепление зубцов к ярму в магнитопроводе статора. Предложенные в этом способе варианты соединения затрудняют возможность автоматизации сборки магнитопровода.

Заявляемое изобретение решает задачи улучшения электромагнитных характеристик магнитопровода и повышения надежности соединений основных его элементов, а также расширения технологических возможностей изготовления сборных магнитопроводов с увеличенным числом зубцов при одновременном повышении уровня автоматизации технологического процесса.

Это достигается тем, что в известном способе изготовления сборного магнитопровода торцовой электрической машины, включающем изготовление ярма тороидальной формы путем навивки пакета из электротехнической стали и зубцов с последующим их скреплением, в отличие от прототипа зубцы магнитопровода изготавливают витыми путем разрезания многослойной ленты, полученной из листа или ленты электротехнической стали в результате ряда последовательных технологических переходов гибки и сплющивания, имеющей поперечное сечение с наружным контуром клиновидной формы, состоящей из витых пакетов, вложенных один в другой и отличающихся шириной и количеством слоев.

Причем всю ширину листа или ленты делят по ширине на m зон, каждой из которых соответствует формируемый на ней витой пакет, и состоящих из начального участка и k_i, участков, на которых формирование пакета завершают при беззазорной обкатке контура начального участка.

Формирование заготовки зубцов осуществляют последовательно по зонам ширины листа или ленты электротехнической стали так, что витой пакет зоны i охватывает витые пакеты всех зон с номерами i - 1 (2 i m).

Порезав заготовку зубцов на части в соответствии с заданной высотой зубца, получают идентичные зубцы требуемого профиля.

Возможен вариант изготовления заготовки зубцов, при котором технологический процесс ведут одновременно с двух краев листа или ленты электротехнической стали, симметрично относительно ширины листа или ленты. Причем на заключительной стадии процесса производят либо разрезание листа или ленты по оси симметрии, образуя тем самым две заготовки с клиновидной формой поперечного сечения, либо производят складывание двух сформированных клиновидных лент, не нарушая целостности листа или ленты, и скрепляют их между собой, получив тем самым одну заготовку зубцов в форме сдвоенного клина в поперечном сечении и заделанными внутрь концами витков.

Ярмо магнитопровода, имеющее тороидальную форму, может быть изготовлено известными способами, например, путем навивки на оправку ленты электротехнической стали с последующим скреплением витков между собой, а скрепление ярма и зубцов магнитопровода осуществляют с использованием соединительного корпуса в форме кольцевого желоба, боковые стенки которого снабжены лепестками, отгибаемыми после укладки ярма в желоб, в сторону ярма.

Причем боковые участки лепестков соединительного корпуса отгибают так, что их наружные плоскости лежат в радиальных плоскостях магнитопровода и образуют радиальные каналы для укладки зубцов. Сборку магнитопровода осуществляют путем перемещения зубцов в радиальных каналах, образованных боковыми участками лепестков соединительного корпуса, в направлении от периферии к центру, а зубцы с ярмом скрепляют опрессовкой лепестков корпуса и наружных поверхностей зубцов, обеспечивая одновременно с этим выравнивание рабочих поверхностей зубцов и калибровку пазов магнитопровода.

При базировании магнитопровода в процессе сборки используют бобышки, образованные монтажными элементами соединительного корпуса.

Целесообразность использования радиальной схемы сборки зубцовой зоны обусловлена как повышением надежности соединения зубцов с ярмом, так и возможностью автоматизации этого процесса с применением сборочного автомата, оснащенного, например, поворотным столом, с возможностью фиксации угла поворота на одно пазовое деление магнитопровода, и магазином для укладки партии зубцов, подаваемых в пазы при помощи толкателя.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показан поперечный разрез магнитопровода.

На фиг.2 - вид на магнитопровод со стороны основания корпуса.

На фиг.3 - вид на магнитопровод со стороны зубцовой зоны.

На фиг.4 - поперечный разрез в зоне бобышки.

На фиг.5 - фрагмент вида.

На фиг. 6, 7 - фрагменты разверток соответственно внешней и внутренней боковых поверхностей корпуса в зонах лепестков.

На фиг.8 - схема технологического процесса формообразования многослойной ленты клиновидного профиля, являющейся заготовкой зубцов.

На фиг.9 - схема витого зубца к расчету его параметров.

На фиг.10 - схема разрезания заготовки зубцов.

На фиг.11 - схема поперечного сечения зубца в форме сдвоенного клина.

На фиг. 12 - вид сверху на лист или ленту при встречном ведении технологического процесса.

На фиг.13 - сечение желоба корпуса при укладке ярма.

На фиг.14 - схема сборки магнитопровода.

Способ осуществляют следующим образом.

Ярмо 1 сборного магнитопровода, представленного на фиг.1 - 7, изготавливают известными способами, например, путем навивки пакета из ленты электротехнической стали и последующего скрепления витков.

Зубцы 2, присоединяемые к ярму 1 с помощью отгибаемых лепестков корпуса 3, нарезают из многослойной ленты, изготавливаемой из листа или ленты электротехнической стали в результате ряда последовательных технологических переходов гибки и сплющивания (фиг. 8-10). Клиновидная форма поперечного сечения многослойной ленты (фиг. 8, 9), достигается за счет дискретного увеличения ширины каждого из получаемых при свертывании и сплющивании промежуточных пакетов, которым при этом придается форма клина с заданным углом уклона, определяемым требуемой формой зубца. Последовательно образуемые клиновидные пакеты непрерывно переходят один в другой, большей ширины, последний из которых охватывает все предшествующие (фиг.8).

Необходимое число пакетов, образующих многослойную ленту, и величины дискретного смещения центра кривизны мыска каждого пакета определяют расчетом, пользуясь обозначениями параметров зубца, указанными на фиг.9: a_i - длина прямолинейного участка образующей базового витка, формируемого на начальном участке зоны i; t_i - смещение центра кривизны мыска пакета зоны i; радиусы скруглений по наружному контуру профиля зубца со стороны мыска и обушка соответственно; - половина углового шага зубцовой зоны; l - длина прямолинейного участка контура зубца.

Полученные в результате расчета значения параметров зубца используют для вычисления размеров зон по ширине листа или ленты, отводимых под формирование соответствующих пакетов заготовки зубцов, а также расстояний от начала каждой зоны до линии сгиба листа или ленты в соответствии с обозначениями размеров, указанными на фиг.8: S₀⁽ⁱ⁾ - ширина начального участка зоны i; X₀⁽ⁱ⁾ - расстояние от начала зоны i до линии сгиба листа или ленты электротехнической стали; S_j⁽ⁱ⁾ - длина развертки витка с номером j в зоне i, j = 1,2,...,k_i), (i = 1,2,..., m), где k_i, - число участков зоны i, равное числу витков пакета, формируемых в зоне i при беззазорной обкатке контура начального участка;
B_i - ширина зоны i листа или ленты электротехнической стали, соответствующая формируемому на ней витому пакету требуемых параметров (фиг.9).

Получаемые значения размеров зон по ширине листа или ленты необходимы при наладке технологического оборудования, производящего формирование многослойной клиновидной ленты, используемой в качестве заготовки зубцов.

При разрезании этой заготовки на зубцы заданного размера образуется отход стали, зависящий от способа резки и определяемый шириной реза s (фиг.10). Величина отхода незначительна, т.к. s/h 1,
где h - высота зубца.

При встречном ведении технологического процесса формирования заготовки с двух краев листа или ленты к середине расчетные параметры определяют аналогично, с учетом получаемой по завершении процесса формы зубца, показанной на фиг. 11, а продольная средняя линия листа или ленты электротехнической стали показана на фиг.12, линия O-O.

В зависимости от серийности производства выбирают способ изготовления соединительного корпуса магнитопровода. Однако во всех случаях зоны лепестков, развертки которых для внешней и внутренней боковых поверхностей корпуса приведены на фиг. 6,7, целесообразно получать методом холодной штамповки (вырубка и отгибание боковых участков лепестков).

Сборку магнитопровода производят в следующей последовательности.

В отверстие основания соединительного корпуса 3 запрессовывают крепежные элементы, например, резьбовые втулки 4 (фиг.4). Затем в желоб соединительного корпуса устанавливают ярмо 1 (фиг.13) и отгибают лепестки боковых стенок корпуса внутрь желоба так, чтобы нижние поверхности лепестков вошли в контакт с верхней поверхностью ярма, а сами лепестки заняли наклонное положение (фиг. 14). При этом ярмо плотно прижато к основанию желоба, а боковые участки лепестков образуют радиальные каналы для укладки зубцов.

Монтаж зубцов производят на автоматах по схеме радиальной сборки (фиг. 14), путем перемещения зубцов в радиальных каналах, образованных боковыми участками лепестков, в направлении от периферии к центру, а зубцы с ярмом скрепляют опрессовкой лепестков корпуса и наружных поверхностей зубцов, обеспечивая одновременно с этим выравнивание рабочих поверхностей зубцов и калибровку пазов магнитопровода. Возможно предварительное нанесение пленки клея на нижнюю поверхность зубца для повышения надежности соединения с ярмом.

Перемещение зубцов осуществляют (на фиг. 14 показано стрелкой) по верхней поверхности ярма с помощью толкателя, совершающего возвратно-поступательное движение, согласованное с дискретным поворотом стола, на котором установлен собираемый магнитопровод, на один угловой шаг. Подачу очередного зубца в исходное положение перед укладкой на ярмо осуществляют после отхода толкателя в крайнее положение по завершении одного цикла движения.

Возможна совмещенная работа группы толкателей для ускорения процесса сборки.

Опрессовку лепестков корпуса и наружных поверхностей зубцов производят по завершении укладки всех зубцов на ярмо с помощью калибрующего устройства (фиг. 14, показано стрелкой). Этим достигается надежное прижатие зубцов к ярму и приведение рабочих поверхностей зубцов в единую плоскость, что позволяет избежать механической обработки зубцов в этой плоскости.

Способ изготовления сборного торцового магнитопровода расширяет технологические возможности производства торцовых асинхронных электрических машин. Он относительно прост и доступен для реализации при различных масштабах выпуска, т.к. не требует применения сложного дефицитного оборудования.

Для изготовления многослойной полосы клиновидного профиля, идущей на изготовление зубцов, целесообразно использовать технологическое оборудование специализированных предприятий по изготовлению изделий методом прокатки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. Патент RU 2074480 C1, МКИ H 02 K 15/02, 1997 г., Б. N 6.

2. Ковшов А.Н. Технология машиностроения. - М.: Машиностроение, 1987 г., с.300-304.

3. Конструкционные и электротехнические материалы. Учеб. для учащихся электротехн. спец. техникумов / В.Н.Бородулин, А.С. Воробьев, С.Я. Попов и др.: Под ред. В.А. Филикова, - М.: Высшая школа, 1990. - 296 с.

4. Конструкционные материалы: Справочник / Б.Н. Арзамасов, Н.А. Буше и др.; под общ.ред. Б.Н. Арзамасова. - М.: Машиностроение, 1990. - 688 с.

5. А.с.СССР 1198664 A, МКИ H 02 K 15/02, 1985 г. Б. N 46.

6. Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств. Учеб. для студентов ВУЗов, обучающихся по спец. "Электромеханика" - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1988, с.355-363.

7. А.с. СССР 1451812 A1 МКИ H 02 K 15/02, 1989 г., Б. N 2- прототип.

Формула изобретения

1. Способ изготовления сборного магнитопровода торцовой электрической машины, включающий изготовление ярма тороидальной формы, путем навивки пакета из электротехнической стали и зубцов с последующим их скреплением, отличающийся тем, что зубцы магнитопровода изготавливают витыми путем разрезания многослойной ленты, полученной из листа или ленты электротехнической стали в результате ряда последовательных технологических переходов гибки и сплющивания, имеющей поперечное сечение с наружным контуром клиновидной формы, состоящей из витых пакетов, вложенных один в другой и отличающихся шириной и количеством слоев.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что всю ширину листа или ленты делят на m зон, каждой из которых соответствует формируемый на ней витой пакет, и состоящих из начального участка и k_i участков, на которых формирование пакета завершают при беззазорной обкатке начального участка.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что формирование заготовки зубцов осуществляют последовательно по зонам ширины листа или ленты электротехнической стали так, что витой пакет зоны i охватывает витые пакеты всех зон с номерами i-1 (2im).

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при изготовлении заготовки зубцов технологический процесс ведут одновременно с двух краев листа или ленты электротехнической стали, симметрично относительно ширины листа или ленты.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что на заключительной стадии процесса производят либо разрезание листа или ленты по оси симметрии, образуя тем самым две заготовки с клиновидной формой поперечного сечения, либо производят складывание двух сформированных клиновидных листов или лент, не нарушая целостности листа или ленты, и скрепляют их между собой, получив тем самым одну заготовку зубцов в форме сдвоенного клина в поперечном сечении и заделанными внутрь концами витков.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что скрепление ярма и зубцов магнитопровода осуществляют с использованием соединительного корпуса в форме кольцевого желоба, боковые стенки которого снабжены лепестками, отгибаемыми после укладки ярма в желоб, в сторону ярма.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что боковые участки лепестков соединительного корпуса отгибают так, что их наружные плоскости лежат в радиальных плоскостях магнитопровода и образуют радиальные каналы для укладки зубцов.

8. Способ по п.1 или 7, отличающийся тем, что сборку магнитопровода осуществляют путем перемещения зубцов в радиальных каналах, образованных боковыми участками лепестков соединительного корпуса, в направлении от периферии к центру, а зубцы с ярмом скрепляют опрессовкой лепестков корпуса и наружных поверхностей зубцов, обеспечивая одновременно с этим выравнивание рабочих поверхностей зубцов и калибровку пазов магнитопровода.

9. Способ по п.6, отличающийся тем, что при базировании магнитопровода в процессе сборки используют бобышки, образованные монтажными элементами соединительного корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14