корпусная изоляция беспазового якоря электрической машины

Формула изобретения

1. Корпусная изоляция беспазового якоря электрической машины в виде слоя неэлектропроводного материала, расположенного на наружной цилиндрической поверхности магнитопровода, отличающаяся тем, что

слой изоляции в контакте с поверхностью магнитопровода содержит абразивный порошок твердого абразива из неэлектропроводного материала;

изолируемая поверхность магнитопровода выполнена аксиально шлифованной.

2. Корпусная изоляция по п.1, отличающаяся тем, что выполнена литой и содержит абразивный порошок в составе изолирующей литейной массы.

3. Корпусная изоляция по п.1, отличающаяся тем, что выполнена в виде армированного полимерного слоя, обращенная к магнитопроводу поверхность которого, монолитно соединенная с ним, содержит в связующем абразивный порошок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электромашиностроения и касается конструкции корпусной изоляции беспазового якоря коллекторных электрических машин.

Обширные теоретические исследования, конструкторские разработки, эксперименты и эксплуатация партии опытных электровозов с коллекторными тяговыми двигателями постоянного тока, имеющими беспазовые якори, - показали: беспазовый якорь, как электротехническая система, имеет крупные и бесспорные преимущества в сравнении с пазовой конструкцией (см., например, Бочаров В.И. Беспазовые тяговые электродвигатели постоянного тока. М., «Энергия», 1976. Стр.8-12).

Однако при этом выяснилось: такой якорь, как механическая система, при принятой концепции конструктивного исполнения активного слоя и его связи с магнитопроводом недостаточно работоспособен. А именно: оказалось, в частности, низкой прочность соединения монолитной активной кольцевой системы, состоящей из корпусной изоляции, массивного проводникового слоя и бандажа, с гладкой цилиндрической поверхностью магнитопровода при действии главного нагружения этого соединения на тангенциальный сдвиг. Удовлетворительного технического решения для устранения указанного недостатка пока не было. По этой причине беспазовый якорь в конструкции моторов тягового электропривода практического применения не нашел.

Задача изобретения - найти и предложить конструкцию корпусной изоляции беспазового якоря коллекторной электрической машины, обеспечивающую высокое удельное сопротивление тангенциальному сдвигу активного слоя относительно магнитопровода.

Эта задача в предлагаемом техническом устройстве решается тем, что корпусная изоляция беспазового якоря электрической машины, выполненная в виде слоя неэлектропроводного материала, расположенного на наружной цилиндрической поверхности магнитопровода, имеет две отличительные особенности:

а) слой корпусной изоляции в контакте с поверхностью магнитопровода содержит абразивный порошок твердого абразива из неэлектропроводного материала (например, кварца);

б) поверхность магнитопровода, покрываемая корпусной изоляцией, выполнена аксиально шлифованной.

При этом корпусная изоляция может быть выполнена литой с введением абразивного порошка в состав изолирующей литейной массы, а также в виде армированного полимерного слоя, обращенная к магнитопроводу, поверхность которого содержит в связующем абразивный порошок.

Технологическая реализация первого основного признака изобретения имеет основанием обширные и давно ведущиеся разработки по применению сыпучих наполнителей связующего изоляционных материалов, применяемых в конструкциях электрических машин (см., например, Коллекторы электрических машин. /Под ред. Б.Н.Красовского. М., «Энергия», 1979. Стр.31-32) и поэтому здесь не обсуждается.

Анализ путей технологической реализации второго основного признака изобретения показал, что указанных главных путей два:

а) однооперационный - аксиальной шлифовкой цилиндрической поверхности бочки ротора с жестким носителем абразива методом обкатки аналогично по кинематике шлифовке зубьев прямозубых колес, т.е. однотипным обеспечением макрогеометрии (точность формы цилиндра, коаксиальность) и микрогеометрии изолируемой поверхности магнитопровода якоря;

б) двухоперационный - с предварительным обеспечением макрогеометрии изолируемой поверхности магнитопровода обычной тангенциальной шлифовкой с жестким носителем абразива, микрогеометрии - последующей аксиальной шлифовкой с упругим носителем абразива при сохранении макрогеометрии, полученной на первой операции, в частности при помощи простого приспособления к любому станку нужного габарита с продольным ходом стола или суппорта немногим более толщины пакета железа магнитопровода.

Оба указанных пути технологической реализации второго основного признака изобретения давно освоены в промышленности. Выбор какого-либо из них определится производственными возможностями предприятия-изготовителя.

Существенно, что в любом случае наружная поверхность магнитопровода беспазового якоря должна быть шлифована или пройти специальную лезвийную обработку - прежде всего для снятия заусенцев с кромок листов шихтованного пакета, а также других неровностей. Без этого наносимая на поверхность контакта с магнитопроводом корпусная изоляция будет иметь токопроводящие дефекты по выступающим кромкам листов железа, что может в несколько раз уменьшить ее локальное пробивное напряжение - вплоть до уровня ниже испытательного и даже рабочего.

В пазовых конструкциях якорей аналогичная задача подготовки контактирующих с корпусной изоляцией кромочных поверхностей шихтованных магнитопроводов - это, в частности, обработка пазов. Обычно их калибруют по размерам и форме паза набором специальных протяжек на горизонтально протяжных станках. Затем выполняется тщательная слесарная обработка (см., например, Бочаров В.И. и др. Тяговые электродвигатели электровозов. Новочеркасск, изд. «Агенство Наутилус», 1998. Стр.435). В технологии изготовления беспазовых якорей этот опыт должен быть учтен.

Особенность работы предлагаемой конструкции корпусной изоляции беспазового якоря электрической машины определяется сочетанием полезных эффектов, даваемых совместным действием основных признаков изобретения - наличия твердого абразивного порошка из неэлектропроводного материала в контакте монолитного слоя корпусной изоляции с металлом ротора и аксиальной шлифовкой его изолируемой поверхности.

Физическая сущность возникающих при этом явлений состоит, как известно, в том, что при наличии достаточного нормального давления на соприкасающиеся поверхности упруго-пластических тел происходит внедрение в них находящихся там острых твердых абразивных частиц. В результате препятствующие относительному сдвигу силы молекулярного взаимодействия гладких тел на локальных контактах почти полностью заменяются силами механического (лезвийного) разрушения микрорельефа их соприкасающихся поверхностей, что обусловливает многократное увеличение затрат механической энергии, необходимой для этого. Соответственно увеличивается удельная сдвигающая сила.

Этот известный эффект хорошо изучен и находит широчайшее чрезвычайно полезное применение. В частности, подача песка в зону контакта колеса и рельса - по-прежнему основной способ резкого увеличения предельной по сцеплению силы продольной связи колес с рельсами в режимах тяги и торможения.

Второй основной признак изобретения связан с трибологической анизотропией поверхности бочки ротора беспазового якоря при нанесении корпусной изоляции обычным способом. В данном случае эта анизотропия выражена наличием на изолируемой поверхности магнитопровода кольцевых борозд микрорельефа.

Их обусловливают:

а) шихтованная структура магнитопровода;

б) обычная тангенциальная шлифовка для обеспечения макрогеометрии (см. выше) наружной поверхности магнитопровода, если такая операция применяется.

В результате значительная часть абразивных зерен, содержащихся согласно первому признаку изобретения в слое корпусной изоляции, оказывается в кольцевых микробороздах. Поэтому передать тангенциальную сдвигающую силу активного слоя на металл бочки ротора эти зерна не могут.

Указанный недостаток практически полностью снимается аксиальной шлифовкой изолируемой поверхности ротора.

Опыт работы аналогичных сопряжении в иных конструкциях показывает: при определяемом экспериментально оптимальном соотношении формы и размеров зерна твердого абразивного порошка, входящего в состав корпусной изоляции, и геометрических характеристик микропрофиля продольно шлифованной поверхности магнитопровода удельная тангенциальная сдвигающая сила активного слоя беспазового якоря относительно магнитопровода может быть увеличена в несколько раз. Этим решается задача изобретения.