ES2280627T3 - Proceso para la inyeccion de rotor de motor electrico. - Google Patents
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Abstract
Un proceso para el vaciado de un rotor de motor eléctrico, incluyendo dicho rotor una pila de laminados (10), que está provista de un agujero central axial (11) y una pluralidad de canales axiales (12); y una jaula (30) de metal formada por un aro de extremo superior (31) y un aro de extremo inferior (32), que asientan respectivamente contra los laminados de extremo superior e inferior de la pila de laminados (10), y están interconectados, en una sola pieza, por una pluralidad de barras (33) fundidas en los canales axiales (12), incluyendo el proceso los pasos de: - preparar la pila de laminados (10); - llenar el extremo inferior (10a) del agujero central axial (11) insertando en él un núcleo inferior (25); - colocar la pila de laminados (10), con su eje longitudinal dispuesto verticalmente, dentro de un molde (20) que define una cavidad anular inferior (22) cerca de la cara externa del laminado de extremo inferior y una cavidad superior (21) cerca de la cara externa del laminado de extremosuperior y abierta a un canal de entrada (23) para la admisión de metal fundido al molde (20); - girar el molde (20) y verter el metal a su interior a través del canal de entrada (23), con el fin de llenar la cavidad inferior (22), los canales axiales (12), y la cavidad superior (21); y - dejar que el metal solidifique, parar el molde (20) y abrirlo para sacar el rotor de su interior, con la jaula (30) ya formada e incluyendo el aro inferior (32) y las barras (33) y con el núcleo inferior (25).
Description
Proceso para la inyección de rotor de motor
eléctrico.
La presente invención se refiere a un proceso
para la inyección de un rotor de motor eléctrico según el preámbulo
de la reivindicación 1.
Ya se conoce por la técnica anterior (véase, por
ejemplo, WO-96/32769-A) la
inyección, por centrifugación, de las jaulas de aluminio en
rotores, que están formados por una pila de laminados de acero
anulares idénticos solapados provistos de agujeros que están
alineados longitudinalmente con los agujeros de otros laminados de
la pila, con el fin de definir una pluralidad de canales axiales que
interconectan las caras externas de los laminados de extremo de la
pila y que están angularmente espaciados uno de otro a lo largo de
una alineación circular, que es concéntrica con el eje longitudinal
de la pila de laminados, pero radialmente espaciada en relación a
la cara lateral de la última.
Como se ilustra en las figuras
1-5 representativas del estado de la técnica, la
pila de laminados 10, con el eje longitudinal dispuesto
verticalmente, se coloca dentro de un molde, que define una cavidad
anular inferior 22 cerca de la cara externa del laminado de extremo
inferior, y una cavidad superior 21, que es sustancialmente
cilíndrica o frustocónica, cerca de la cara externa del laminado de
extremo superior y abierta al canal de entrada 23 para la admisión
de aluminio en el molde 20.
Durante el vertido del aluminio o de la aleación
metálica seleccionada, la pila de laminados 10 tiene su agujero
central axial 11, en el que más tarde se montará el eje del motor
eléctrico, lleno de un núcleo 25, que tiene un extremo superior
sustancialmente a nivel con el laminado de extremo superior de la
pila de laminados 10, y que tiene una porción ensanchada de extremo
inferior asentada en un ensanchamiento de extremo inferior
respectivo 11a del agujero central axial 11 de la pila de laminados
10 y contra el molde que define la cavidad inferior 22.
El aluminio es vertido a la cavidad superior,
pasando a través de los canales axiales 12 de la pila de laminados
10 a la cavidad inferior 22, llenando ésta última, los canales
axiales 12, y la cavidad superior 21, en este orden, y
solidificándose en una configuración radial ascendente, cuando el
molde 20 gira alrededor de su eje vertical y el metal se enfría.
A la terminación del vertido y la solidificación
de aluminio, el molde 20 se abre y el rotor formado se somete a
operaciones de maquinado, con el fin de eliminar un saliente 36 que
se ha solidificado en el canal de entrada 23 (figura 4) y,
posteriormente, la chapa de aluminio que se ha fundido contra el
laminado de extremo superior de la pila de laminados 10, con el fin
de no obstruir el extremo adyacente del agujero central axial 11 de
la pila de laminados 10, y definir el perfil interno correcto del
aro superior 31 de la jaula de aluminio, que incluye además, en una
sola pieza, un aro inferior 32 ya formado por el molde 20, y una
pluralidad de barras 33 formadas dentro de los canales axiales 12
de la pila de laminados 10.
En la inyección por centrifugación de estos
rotores, la cavidad superior 21 y la cavidad inferior 22 del molde
20 y la pila de laminados 10 propiamente dicha se calientan, de modo
que el aluminio fundido pase a través de la cavidad superior 21 y a
través de los canales axiales 12 de la pila de laminados 10 sin
solidificarse, llegando por gravedad a la cavidad inferior 22,
llenándola y comenzando a solidificarse de fuera adentro y de abajo
arriba. Por lo tanto, la cavidad superior 21 y la pila de laminados
10 se calientan generalmente a una temperatura muy inferior a la
temperatura de fusión del aluminio, mientras que la cavidad inferior
22 se calienta a una temperatura inferior, permitiendo que el
aluminio se solidifique por último en la región superior más
caliente del molde 20. Para que el aire existente en la cavidad
superior 21 y la cavidad inferior 22, y en los canales axiales 12
sea expulsado del molde por el aluminio suministrado a dicho molde,
la cavidad inferior 22 está provista de una salida de aire de
cualquier construcción adecuada (no ilustrada).
Como se ilustra en las figuras
1-5, el vertido del aluminio al molde 20 se efectúa
a través del canal de entrada 23 y al interior de la cavidad
superior 21, cuya pared inferior se define por el laminado de
extremo superior de la pila de laminados 10, y por el extremo
superior de la varilla 25 introducida en el agujero central axial
11 de la pila de laminados 10.
Sin embargo, el aluminio líquido vertido a la
cavidad superior 21 entra en contacto directo con la región
marginal interna del laminado de extremo superior de la pila de
laminados 10, que produce deformaciones en esta región y permite
que el aluminio penetre entre los laminados superiores de la pila de
laminados 10.
Además de requerir amplias operaciones de
maquinado para formar el aro superior 31, este proceso de inyección
de la técnica anterior requiere un maquinado difícil de la región
central del aro superior 31 con el fin de adaptar la bomba de
aceite del compresor, debido a la deformación del laminado de
extremo superior en la región central no cubierta del aro superior
31. Estas operaciones de maquinado reducen la productividad y
aumentan el costo de producción de los rotores, en particular los
rotores de pequeñas dimensiones con un volumen grande de
producción. Además, la penetración de aluminio entre los laminados
radialmente hacia fuera de la región de extremo superior del
agujero central axial 11 deteriora la eficiencia electromagnética
del rotor.
A causa de dichos problemas relacionados con el
proceso de inyectar rotores por centrifugación, el objeto de la
presente invención es proporcionar un proceso para inyectar estas
partes por centrifugación, el cual reduce considerablemente las
operaciones de maquinado para formar el aro superior de la jaula
hecha de aluminio u otro material conductor del rotor, y elimina el
problema de la deformación del laminado de extremo superior y en
consecuencia la penetración de aluminio entre los laminados
superiores de la pila de laminados.
Para lograr dicho objetivo, se aplica el proceso
de inyección de la presente invención con el fin de obtener un
rotor incluyendo: una pila de laminados provista de un agujero
central axial y una pluralidad de canales axiales; y una jaula, que
se hace de metal fundido y está formada por un aro de extremo
superior y por un aro de extremo inferior, que asientan
respectivamente contra los laminados de extremo superior e inferior
de la pila de laminados, e interconectados, en una sola pieza, por
una pluralidad de barras que se funden en los canales axiales,
donde el proceso incluye los pasos de:
- -
- preparar la pila de laminados;
- -
- llenar el extremo inferior del agujero central axial insertando en él un núcleo inferior;
- -
- colocar la pila de laminados, con su eje longitudinal dispuesto verticalmente, dentro de un molde que define una cavidad anular inferior cerca de la cara externa del laminado de extremo inferior y una cavidad superior cerca de la cara externa del laminado de extremo superior y abierto a un canal de entrada para la admisión de metal fundido en el molde;
- -
- girar el molde y verter el metal a su interior a través del canal de entrada, con el fin de llenar la cavidad inferior, los canales axiales, y la cavidad superior; y
- -
- dejar que el metal solidifique, parar el molde y abrirla para sacar el rotor de su interior, con la jaula ya formada e incluyendo el aro inferior y las barras y con el núcleo inferior, caracterizado porque el proceso novedoso incluye además: antes de colocar la pila de laminados dentro del molde:
- -
- montar, en la porción de extremo superior del agujero central axial, un núcleo superior que tiene un cabezal ensanchado asentado contra el laminado de extremo superior de la pila de laminados y presenta un contorno circular con una sección transversal diametral que coincide con la sección transversal diametral del agujero central del aro superior de la jaula;
- -
- calentar la pila de laminados a una primera temperatura que es inferior a la temperatura de fusión del metal a inyectar;
- -
- calentar a dicha primera temperatura la cavidad superior del molde, a colocar cerca del laminado de extremo superior de la pila de laminados, y, a una segunda temperatura sustancialmente inferior que la primera temperatura, la cavidad inferior del molde, a colocar cerca del extremo inferior de la pila de laminados, y después de abrir el molde:
- -
- sacar el rotor juntamente con una chapa superior de metal solidificado que cubre el núcleo superior, y
- -
- extraer axialmente el núcleo superior, con el fin de romper, en el centro, la chapa superior, transformándola en el aro superior de la jaula.
Como se puede observar, el proceso presente
elimina los efectos nocivos de que el metal líquido contacte, a una
temperatura alta, la porción expuesta central del laminado de
extremo superior, así como la necesidad de maquinar una gran
cantidad de aluminio para formar el agujero central del aro superior
de la jaula. La extracción del núcleo superior produce la rotura de
la chapa superior del metal, definiendo prácticamente el agujero
central del aro superior de la jaula y requiriendo solamente, si es
necesario, un ligero maquinado (achaflanado) para el acabado del
borde afilado con el fin de eliminar las rebabas originadas por la
extracción del pasador de estampado.
Se describen realizaciones ventajosas de la
invención en las reivindicaciones secundarias.
La invención se describirá a continuación, con
referencia a los dibujos anexos, en los que:
La figura 1 es una vista diametral en sección
longitudinal de una pila de laminados montada dentro de un molde,
para la posterior inyección de aluminio u otro metal por
centrifugación, según un proceso de la técnica anterior.
La figura 2 es una vista similar a la de la
figura 1, pero ilustra la pila de laminados soportando ya la jaula
formada en el interior de las dos cavidades del molde, y en los
canales axiales de la pila de laminados.
La figura 3 es una vista en sección longitudinal
del rotor obtenido por el proceso de la técnica anterior y después
de haberse sacado del molde ilustrado en la figura 2, ilustrando
también dicha vista la deformación que generalmente tiene lugar en
el laminado de extremo superior de la pila de laminados.
Las figuras 4-5 son vistas
similares a la de la figura 3, pero ilustra dos operaciones de
maquinado que la técnica anterior requiere para formar el aro
superior de la jaula.
La figura 6 es una vista similar a de la figura
2, pero ilustra la jaula inyectada en la pila de laminados, según
el proceso de la presente invención.
La figura 7 es una vista similar a la de la
figura 3, pero ilustra el rotor extraído del molde y liberado del
núcleo inferior, según otro paso del nuevo proceso.
Y la figura 8 es una vista similar a la de la
figura 7, pero ilustra el paso de sacar el pasador de estampado,
con el fin de formar el agujero central del aro superior de la
jaula.
Como ya se ha mencionado, en el proceso de
inyección por centrifugación representado en las figuras
1-5, la inyección de aluminio líquido (u otro
metal) a la cavidad superior se realiza directamente sobre la
superficie anular externa completa del laminado de extremo superior
de la pila de laminados 10, produciendo deformaciones en dicha
superficie.
Además del problema anterior, la cavidad
superior 21 del molde 20 está configurada para realizar la fusión
de una chapa 35, que incorporando un saliente axial superior 36
definido dentro del canal de entrada 23, y que se usa parcialmente
para compensar la contracción del aluminio durante la
solidificación.
Esta solución requiere las operaciones de
maquinado ilustradas esquemáticamente en las figuras
4-5.
Según el proceso de la presente invención, la
pila de laminados 10 tiene el ensanchamiento de extremo inferior
11a del agujero central axial 11 lleno de un núcleo respectivo 25,
que está montado dentro de parte de la extensión del agujero
central axial 11 de la pila de laminados 10.
En la porción de extremo superior del agujero
central axial 11 está montado un pasador de estampado 40, que
presenta un cabezal ensanchado 41 de contorno circular, asentado en
el laminado de extremo superior de la pila de laminados 10. El
cabezal ensanchado 41 del pasador de estampado 40 está dimensionado
de manera que su sección transversal diametral coincida con la
sección transversal diametral del agujero central del aro superior
31 de la jaula 30.
La pila de laminados 10 así preparada se
calienta a una temperatura adecuada, generalmente bastante más baja
que la del punto de fusión del aluminio, y se coloca dentro del
molde 20, cuya cavidad superior 21 se ha calentado previamente
generalmente a la misma temperatura de la pila de laminados 10, y la
cavidad inferior 22 se ha calentado previamente a una temperatura
inferior de la cavidad superior.
La pila de laminados 10 se monta dentro del
molde 20 con su eje longitudinal dispuesto verticalmente, y entonces
se gira el molde 20 alrededor de su eje, mientras que el aluminio
fundido es vertido a través del canal de entrada 23 al interior de
las cavidades superior e inferior 21, 22 y a los canales axiales 12
de la pila de laminados 10.
Después de haber llenado las cavidades 21 y 22
del molde 20 y los canales axiales 12 de la pila de laminados, el
aluminio empieza su proceso de solidificación de fuera adentro,
mientras que el molde permanece girando.
Cuando la solidificación del aluminio ha
terminado, se inmoviliza el molde y abre para sacar el rotor R de
su interior, y de manera que el núcleo 25 se puede sacar del
interior de la pila de laminados 10. El rotor inyectado R incluye
el aro inferior 32 de la jaula 30, las barras ya conformadas, y una
chapa superior que cubre el cabezal ensanchado 41 del pasador de
estampado 40, y que incorpora el saliente axial superior 36, como
se ilustra en la figura 8.
El dimensionamiento del cabezal 41 del pasador
de estampado 40 se realiza con el fin de definir, con la cavidad
superior 21 del molde 20, un paso anular, que es suficiente para que
el aluminio líquido fluya hacia los canales axiales 12, pero
centrándose en esta región periférica, en la que la chapa 35 se une
al saliente axial 36.
Esta construcción permite, cuando el pasador de
estampado 40 es empujado axialmente hacia fuera, romper la chapa
superior 35 alrededor del borde periférico del cabezal ensanchado
41. Así, la extracción axial del pasador de estampado 40 forma el
agujero central del aro superior 31 de la jaula 30, sin requerir
operaciones de maquinado para quitar grandes cantidades de
aluminio.
En general, solamente se requiere un ligero
maquinado interno del aro superior 31, que se caracteriza como una
operación de achaflanado para eliminar las rebabas originadas por la
extracción (estampado) del aluminio durante la extracción del
pasador.
Se deberá entender que las temperaturas de
calentamiento anteriores de las cavidades de molde y de la pila de
laminados pueden variar, según otros parámetros implicados en el
proceso, a condición de que el calentamiento de la cavidad inferior
sea inferior al impuesto a la cavidad superior y a la pila de
laminados.
Claims (3)
1. Un proceso para el vaciado de un rotor de
motor eléctrico, incluyendo dicho rotor una pila de laminados (10),
que está provista de un agujero central axial (11) y una pluralidad
de canales axiales (12); y una jaula (30) de metal formada por un
aro de extremo superior (31) y un aro de extremo inferior (32), que
asientan respectivamente contra los laminados de extremo superior e
inferior de la pila de laminados (10), y están interconectados, en
una sola pieza, por una pluralidad de barras (33) fundidas en los
canales axiales (12), incluyendo el proceso los pasos
de:
de:
- -
- preparar la pila de laminados (10);
- -
- llenar el extremo inferior (10a) del agujero central axial (11) insertando en él un núcleo inferior (25);
- -
- colocar la pila de laminados (10), con su eje longitudinal dispuesto verticalmente, dentro de un molde (20) que define una cavidad anular inferior (22) cerca de la cara externa del laminado de extremo inferior y una cavidad superior (21) cerca de la cara externa del laminado de extremo superior y abierta a un canal de entrada (23) para la admisión de metal fundido al molde (20);
- -
- girar el molde (20) y verter el metal a su interior a través del canal de entrada (23), con el fin de llenar la cavidad inferior (22), los canales axiales (12), y la cavidad superior (21); y
- -
- dejar que el metal solidifique, parar el molde (20) y abrirlo para sacar el rotor de su interior, con la jaula (30) ya formada e incluyendo el aro inferior (32) y las barras (33) y con el núcleo inferior (25);
caracterizado porque incluye además:
antes de colocar la pila de laminados (10)
dentro del molde (20):
- -
- montar, en la porción de extremo superior del agujero central axial (11) un núcleo superior (40) que tiene un cabezal ensanchado (41) asentado contra el laminado de extremo superior de la pila de laminados (10) y presenta un contorno circular con una sección transversal diametral que coincide con la sección transversal diametral del agujero central del aro superior (31) de la jaula (30);
- -
- calentar la pila de laminados a una primera temperatura que es inferior a la temperatura de fusión del metal a inyectar;
- -
- calentar, a dicha primera temperatura, la cavidad superior (21) del molde (20), a colocar cerca del laminado de extremo superior de la pila de laminados (10) y, a una segunda temperatura sustancialmente inferior a la primera temperatura, la cavidad inferior (22) del molde (20), a colocar cerca del laminado de extremo inferior de la pila de laminados (10),
y después de abrir el molde (20):
- -
- sacar el rotor juntamente con una chapa superior (35) de metal solidificado que cubre dicho núcleo superior (40), y
- -
- extraer axialmente el núcleo superior (40) con el fin de romper, en el centro, la chapa superior (35), transformándola en el aro superior (31) de la jaula (30).
2. El proceso, según la reivindicación 1,
caracterizado porque incluye el paso adicional de maquinar
internamente el aro de extremo superior (31) a la forma final.
3. El proceso, según cualquiera de las
reivindicaciones 1-2, caracterizado porque el
metal es aluminio y porque la primera temperatura para calentar la
pila de laminados (10) y la cavidad superior (21) del molde (20) es
muy inferior a la temperatura de fusión del aluminio, mientras que
la segunda temperatura para calentar la cavidad inferior (22) del
molde (20) es muy inferior a la de calentar la cavidad superior
(21).
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