Способ литья под давлением короткозамкнутого ротора электрической машины Советский патент 1992 года по МПК B22D27/02 

&

Ј

Использование: получение роторов электромашин с высоким сопротивлением изоляции клетки в пазу ротора. Сущност изобретения способ включает заливку расплава в камеру прессования, воздействие электрическим током на расплав, подачу расплава в пресс-форму под высоким давлением, выдержку и извлечение отливки. Воздействие электрическим током на расплав осуществляют одновременно с подачей расплава в пресс-форму под высоким давлением, выдерживают подачу тока до полной кристаллизации расплава, г подают электрический ток в расплав в зону образования беличьей клетки. При этом воздействие осуществляют переменным током с частотой 50-400 Гц и силой 500- 1000 А.

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к изготовлению литого короткозамкнутого ротора.

Известен способ литья под давлением короткозамкнутого ротора электрической машины, включающий заливку жидкого металла в камеру прессования, подачу расплава в пресс-форму под высоким давлением, выдержку на кристаллизацию и извлечение отливки, который реализован установкой для литья под давлением роторов электродвигателей (авт.св. СССР № 1066736, кл. В 22 D 17/00),

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ литья под давлением, включающий заливку расплава в камеру прессования, создание максимального давления в гидросистеме, включение импульсного источника тока с целью создания в разрядном промежутке давления превышающего в 1,5 раза максимальное давление в гидросистеме, выбрасывание расплава с большой скоростью в полость пресс-формы, кристаллизацию и извлечение отливки.

Этот способ реализован устройством для литья под давлением,содер жащЫГлитейную машину, установленную на ней rfpecc-форму и импульсный источник тока с электродами и проводниками (авт.св. СССР № 1386361, кл. B22D 17/00).

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что на поверхности стержней клетки внутри паза ротора образуется окисная пленка недостаточной прочности и обладающая невысоким сопротивлением вредному току, что в конеч V|

О

&

2

ном итоге снижает КПД электрической машины.

Этот недостаток обусловлен тем, что импульсный электрический ток подключается в камеру прессования и предназначен для другой цели, т.е. для создания выше максимального давления в гидросистеме. И ток, прежде чем дойти до поверхности отливки, где должна образоваться окисная пленка, растекается по пресс-форме и ос- лабляет свое действие в местах образования окисной пленки.

Таким образом известный способ не решает вопроса создания на поверхности отливки окисной пленки повышенного сопротивления.

Целью изобретения является повышение качества ротора за счет образования более высокого сопротивления изоляции клетки в пазу ротора.

В соответствии с изобретением поставленная цель достигается тем, что в известном способе литья под давлением короткозамкнутого ротора электрической машины, включающем заливку расплава в камеру прессования, воздействие на расплав электрическим током, подачу расплава в пресс-форму под высоким давлением, выдержку и извлечение отливки, воздействие электрическим током на расплав начинают с момента подачи расплава в пресс-форму под высоким давлением и ведут до момента полной кристаллизации отливки ротора, причем воздействие осуществляют с использованием электродов переменным то- ком частотой 50...400 Гц и силой 500... 1000 А в зонах формирования короткозамкнутых колец беличьей клетки ротора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена конструкция устройства осуществляющего способ.

Устройство для литья под давлением короткозамкнутого ротора электрической машины содержит машину для литья под давлением 1, установленную на ней пресс- форму 2. Внутри прессформы установлен сердечник ротора 3, насаженный на оправке 4, камеру прессования 5, пресс-поршень 6, расплав 7, стержни беличьей клетки 8, кольцо беличьей клетки 9, электроды 10, изоли- рованные втулками 11 от металла пресс-формы и контактирующие непосредственно с расплавом в зоне беличьей клетки 9, источник переменного тока 12, амперметр 13, вольтметр 14 и проводник 15.

Способ осуществляется следующим образом.

В камеру прессования 5 заливают расплав 7. Пресс-поршень 6 запрессовывает расплав в полость пресс-формы 2. Одновременно включается источник переменного тока 12 и переменный электрический ток с частотой 50...400 Гц и силой тока 500...1000 А по проводнику 15 через электроды 10, установленные в зоне колец беличьей клетки 9 проходит по расплаву по всей беличьей клетке. При прохождении тока через расплав, возникают электромагнитные силы направленные к осям стержней беличьей клетки 8. Внутри паза возникает ударная волна в кристаллизующемся расплаве, что приводит к перемешиванию расплава, ломке растущих дендритов и переносу их конвективным потоком от границы затвердевания в объем жидкого ядра. Это явление способствует возникновению новых центров кристаллизации, снижению химической неоднородности и улучшению структуры металла. Этот известный эффект в конечном итоге улучшает электропроводность беличьей клетки и повышает КПД электрической машины.

Кроме этого эффекта под воздействием переменного электрического тока значительно повышается переходное сопротивление.

Известно, что причиной ухудшения характеристики электродвигателей с роторами, залитыми методом литья под давлением, является наличие плотного контакта между пакетом и литой клеткой - низким переходным сопротивлением. А изоляция клетки ротора, залитого под высоким давлением обеспечивает высокие параметры электродвигателя.

При воздействии переменным электрическим током в зоне образования беличьей клетки, образовавшиеся электромагнитные силы воздействуют на зубцы ротора, состоящего из отдельных пластин, набранных на оправку и спрессованных под давлением. Но так как электрический ток переменный, то зубцы начинают вибрировать и излучать ультразвуковые колебания в зоне образования окисной пленки - на поверхности стержней 8 и внутри паза. Когда под высоким давлением расплав поступает в пазы ротора, соприкасается с кислородом и холодным металлом, то в первую очередь он интенсивно окисляется и по поверхности паза образуется окисная пленка AlaOs, и алюминий начинает кристаллизоваться. Вибрирующие зубцы, излучающие собственные ультразвуковые колебания не позволяют поступающий под высоким давлением расплав алюминия проникать в щели между листами пакета и этим предотвращают уменьшение переходного сопротивления и увеличение добавочных потерь.

Третьим эффектом, происходящим на поверхности залитых стержней беличьей клетки внутри паза ротора под воздействием переменного тока, является химико-физический.

Под воздействием собственных ультразвуковых колебаний наибольшая интенсивность которых находится на поверхности стержня и внутри паза, образованная окис- ная пленка разрушается и молекулы окиси алюминия ускоренно дифундируют в торцы зубцов, т.е. во внутреннюю поверхность паза и образуют в железе тонкий слой насыщенный окислами алюминия. Ускоренное дифундирования молекул окисла алюминия в железо осуществляется за счет ультразвука и теплового воздействия в результате поглощения ультразвуковой энергии. Этот слой внутри паза пакета ротора обладает повышенным переходным сопротивлением. А на месте разрушенной окисной пленки на поверхности стержней образуется новая пленка, которая также разрушается и уплотняет поверхностный слой окисной пленки, Таким образом, на поверхности стержня образуется уплотненный слой окиси алюминия , который обладает высоким сопротивлением. И эти две поверхности образуют надежную изоляцию алюминиевого стержня беличьей клетки от пакета ротора, что, как известно, увеличивает переходное сопротивление, уменьшает добавочные потери и, как конечный результат, повышает КПД электрической машины.

Залитый в пресс-форму расплав выдерживают до полной кристаллизации и затем извлекают из пресс-формы.

Пример реализации способа.

На литейном участке цеха № 10 Новока- ховского электромашиностроительного завода по предлагаемому способу отливалось 500 шт. короткозамкнутых роторов электродвигателя АИР112 М2. Заливка роторов выполнялась на машине литья под высоким давлением типа Л71 А107 в пресс-форму ф 1195 в которой устанавливался холодный пакет ротора f 106,8 мм и длиной мм без предварительной изоляции пазов. Заливку выполняли расплавом алюминиевого сплава при температуре 680-690°С. В момент подачи высокого давления включали переменный ток частотой 50 Гц, напряжением 1 В и силой 700 А и выдерживали 20 с (без тока обычно выдерживают 30 с).

Изготовленные 500 шт. роторов испытывались в электродвигателе АИР112 М2, в которых определялось значение КПД и перегрев обмотки статора, Результат испытаний показал, что электродвигатели с

роторами изготовленными по предлагаемому способу имеют повышенный КПД на 0,3- 0,8% и обмотка-статора перегревается меньше на 6-9°С относительно электродвигателей изготовленных по традиционной технологии без переменного тока.

Кроме указанных улучшенных показателей уменьшился дисбаланс роторов за счет равномерного распределения алюминия по

0 пазам и его равномерной плотности. Если по традиционной технологии, класс точности балансировки роторов электродвигателей был 6,3, то по предложенному способу стал 2,5 по ГОСТ 12327-79.

5 Экономическая эффективность от использования изобретения образуется за счет повышения КПД электрической машины на 0,3-0,8%, что ведет к экономии потребляемой электроэнергии в процессе

0 эксплуатации электрических машин.

При действующих ценах на электроэнергию и оптовых ценах на электродвигатель каждое повышение КПД на 0,1% дает экономию электроэнергии на стоимость 2%

5 оптовой цены электродвигателя за один год эксплуатации. При оптовой цене на электродвигатель АИР112 М2 -60 рублей, экономический эффект в народном хозяйстве составит 1 руб. 10 коп. на один электродви0 гатель.

Потребность народного хозяйства в электродвигателях изготовляемых по предлагаемому способу составляет ориентировочно 10 млн. штук в год.

5 Кроме этой эффективности повышается производительность изготовления ротора электрической машины за счет уменьшения в 1,5 раза цикла выдержки высокого давления,

0

Формула изобретения Способ литья под давлением коротко- замкнутого ротора электрической машины, включающий заливку расплава в камеру

5 прессования, воздействие на расплав электрическим током, подачу расплава в пресс-форму под высоким давлением, кристаллизацию и извлечение отливки, отличающийся тем, что, с целью повышения

0 качества ротора за счет образования более высокого переходного сопротивления, воздействие электрическим током на расплав начинают с момента подачи расплава в пресс-форму под давлением и ведут до

5 окончания процесса кристаллизации, причем воздействие осуществляют с использованием электродов переменным током частотой 50-400 Гц и силой 500-1000 А в зонах формирования колец беличьей клетки короткозамкнутого ротора.