RU2051456C1 - Способ изготовления магнитопроводов электрических машин и аппаратов - Google Patents
Способ изготовления магнитопроводов электрических машин и аппаратовInfo
- Publication number
- RU2051456C1 RU2051456C1 SU4890236A RU2051456C1 RU 2051456 C1 RU2051456 C1 RU 2051456C1 SU 4890236 A SU4890236 A SU 4890236A RU 2051456 C1 RU2051456 C1 RU 2051456C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic
- magnetic circuit
- biscuits
- protrusions
- powder
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Soft Magnetic Materials (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Использование: технология изготовления магнитопроводов электрических машин и аппаратов, обеспечивающая улучшение электромагнитных характеристик. Сущность изобретения: в качестве материала для магнитопровода используют порошок чистого железа, засыпку порошка в пресс-форму осуществляют порционно, в процессе прессования получают галеты толщиной 1,5 2,5 мм, из отдельных галет набирают магнитопровод необходимого в осевом направлении размера. Набранный магнитопровод помещают в контейнер с засыпкой, состоящей из 40 60% порошка чистого кремния и 60 40% порошка окиси алюминия, и прикладывают к нему в осевом направлении статическое сжимающее давление 2 4 МПа. После этого контейнер с магнитопроводом помещают в вакуумную печь, а процесс спекания галет магнитопровода в контейнере ведут при температуре 1150 1250°С в течение 1 3 ч, осуществляя одновременно со спеканием процесс их силицирования и процесс диффузионной сварки. 6 ил.
Description
Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к производству магнитопроводов электрических машин и аппаратов, предназначенных для работы в переменных магнитных полях и изготовляемых методом порошковой металлургии.
Известен способ получения железокремниевых магнитопроводов из металлических порошков, заключающийся в том, что из порошка железокремниевого сплава при удельном усилии 8 тс/см2 прессуют магнитопроводы и спекают в вакууме или водороде при температуре 1250-1300оС в течение 6 ч [1]
Недостатками данного способа изготовления магнитопроводов являются неудовлетворительные электрические и магнитные характеристики, что объясняется прессованием магнитопровода, как единого целого, и равномерным распределением кремния по всему объему магнитопровода.
Недостатками данного способа изготовления магнитопроводов являются неудовлетворительные электрические и магнитные характеристики, что объясняется прессованием магнитопровода, как единого целого, и равномерным распределением кремния по всему объему магнитопровода.
Действительно, прессование магнитопровода в целом приводит к возникновению больших по величине вихревых токов, обуславливающих значительные потери энергии и создание сильного размагничивающего поля, особенно в центральных слоях магнитопровода. Примесь кремния способствует, с одной стороны, увеличению электрического сопротивления магнитопровода, а с другой стороны, приводит к снижению магнитной индукции насыщения. Равномерное распределение кремния по всему объему магнитопровода является малоэффективным из-за явления поверхностного эффекта, при котором плотность вихревых токов и потери энергии максимальны в наружных слоях и практически равны нулю в центральных слоях. При поверхностном эффекте наличие кремния в центральных слоях практически не уменьшает вихревых токов и потерь, но снижает индукцию насыщения. В наружных слоях концентрации примеси кремния недостаточны для существенного уменьшения вихревых токов, обусловленных ими потерь и размагничивающего магнитного поля.
Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления магнитопроводов электрических машин и аппаратов, осуществляемый посредством перемешивания порошка чистого железа с порошком ферросилиция, прессования полученной смеси при удельном усилии 10 тс/см2 и последующего спекания в вакуумной печи при температуре 1250оС в течение 2 ч [2]
Однако магнитопроводы, изготовленные по данному способу, также имеют неудовлетворительные электрические и магнитные характеристики, что объясняется прессованием магнитопровода, как единого целого, и равномерным распределением ферросилиция по всему объему магнитопровода. Прессование магнитопровода в целом обуславливает большие вихревые токи в магнитопроводе, значительные потери энергии и сильное размагничивающее магнитное поле. Равномерное распределение ферросилиция по всему объему магнитопровода не обеспечивает существенного уменьшения вихревых токов и потерь энергии в наружных слоях из-за недостаточной концентрации здесь кремния, но приводит к снижению магнитной индукции насыщения.
Однако магнитопроводы, изготовленные по данному способу, также имеют неудовлетворительные электрические и магнитные характеристики, что объясняется прессованием магнитопровода, как единого целого, и равномерным распределением ферросилиция по всему объему магнитопровода. Прессование магнитопровода в целом обуславливает большие вихревые токи в магнитопроводе, значительные потери энергии и сильное размагничивающее магнитное поле. Равномерное распределение ферросилиция по всему объему магнитопровода не обеспечивает существенного уменьшения вихревых токов и потерь энергии в наружных слоях из-за недостаточной концентрации здесь кремния, но приводит к снижению магнитной индукции насыщения.
Цель изобретения улучшение электрических и магнитных характеристик магнитопроводов.
Цель достигается тем, что в качестве исходного материала используют порошок чистого железа, из которого при давлении 800 МПа прессуют галеты толщиной 1,5-2,5 мм с выступами на одной из торцовых поверхностей и впадинами, расположенными соосно выступам, имеющими одинаковую с выступами форму и глубину, меньшую высоты выступов, на другой торцовой поверхности из упомянутых выше галет набирают магнитопровод необходимого в осевом направлении размера, причем набирают так, чтобы выступы каждой предыдущей галеты входили во впадины каждой последующей галеты, набранный магнитопровод помещают в контейнер с засыпкой, состоящей из 40-60% порошка чистого кремния и 60-40% нейтрального заполнителя, прикладывают к нему в осевом направлении статическое сжимающее давление 2-4 МПа, после чего в вакууме при температуре 1150-1250оС в течение 1-3 ч ведут процесс спекания галет магнитопровода, в ходе которого осуществляют также процесс силицирования галет и процесс их диффузионной сварки по поверхности соприкосновения выступов и впадин.
Предлагаемый способ в отличие от известных позволяет существенно уменьшить вихревые токи, потери электрической энергии, нагрев магнитопровода и величину размагничивающего магнитного поля, а также увеличить магнитную проницаемость, что приводит к улучшению электрических и магнитных характеристик магнитопроводов, а при их использовании в электрических машинах и аппаратах к увеличению электромагнитного усилия и момента, коэффициента полезного действия и коэффициента мощности.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.
Из порошка чистого железа при давлении 800 МПа прессуют галеты толщиной 1,5-2,5 мм с выступами на одной из торцовых поверхностей и впадинами, расположенными соосно выступам, имеющими одинаковую с выступами форму и глубину, меньшую высоты выступов, на другой торцовой поверхности. Из полученных галет набирают магнитопровод необходимого в осевом направлении размера, причем набор осуществляют таким образом, чтобы выступы каждой предыдущей галеты входили во впадины каждой последующей галеты. Набранный магнитопровод помещают в контейнер с засыпкой, состоящей из 40-60% порошка чистого кремния и 60-40% нейтрального заполнителя, например окиси алюминия, после чего к нему в осевом направлении прикладывают статическое сжимающее давление 2-4 МПа. Контейнер с магнитопроводами устанавливают в вакуумную печь, где при температуре 1150-1250оС в течение 1-3 ч ведут процесс спекания галет магнитопровода, в ходе которого осуществляют также процесс силицирования галет и процесс их диффузионной сварки по поверхности соприкосновения выступов и впадин.
Использование в качестве исходного материала порошка чистого железа и прессование его при давлении 800 МПа позволяет получить галеты и магнитопровод с хорошими магнитными характеристиками, в частности с большими значениями магнитной проницаемости и индукции насыщения. Прессование галет малой толщины с высотой выступов, превышающей глубину впадин, обеспечивает многократное увеличение электрического сопротивления в осевом направлении магнитопровода за счет создания между галетами воздушного зазора, что способствует резкому уменьшению вихревых токов, потерь электрической энергии, размагничивающего магнитного поля. Одновременно с этим достигается многократное увеличение поверхности охлаждения магнитопровода, что позволяет увеличить допустимые электрические и магнитные нагрузки и ведет при заданных габаритах магнитопровода к увеличению мощности электрических машин. Соосное расположение выступов и впадин и их одинаковый профиль обеспечивают резкое снижение трудоемкости сборки магнитопровода и позволяют избежать механической обработки поверхности магнитопровода после его спекания. Кроме того, по поверхности соприкосновения выступов и впадин осуществляется процесс диффузионной сварки галет, обеспечивающий целостность магнитопровода. Спекание галет в контейнере с засыпкой, содержащей высокий процент порошка чистого кремния, обуславливает процесс силицирования галет, способствующий созданию высокой концентрации кремния в наружных слоях галет и практическое его отсутствие в центральных слоях. Такое неравномерное распределение примеси кремния по объему галет обеспечивает увеличение электрического сопротивления наружных слоев и практически не приводит к уменьшению величины индукции насыщения. При этом достигается существенное ослабление поверхностного эффекта, т.е. дальнейшее уменьшение вихревых токов, потерь энергии и величины размагничивающего магнитного поля. Одновременно происходит выравнивание величины магнитной индукции по толщине галет, что соответствует возрастанию среднего значения магнитной индукции. Приложение к галетам магнитопровода статического сжимающего давления в осевом направлении приводит к улучшению контакта между выступами и впадинами соседних галет, что способствует повышению качества диффузионной сварки и прочности конструкции магнитопровода.
На фиг. 1-3 показаны выступы и впадины различной формы; на фиг.4 экспериментально полученные зависимости магнитной индукции от напряженности магнитного поля; на фиг.5 распределение плотности тока по толщине галеты; на фиг.6 зависимости удельных потерь энергии от напряженности магнитного поля.
П р и м е р. Изготовление магнитопровода статора для серийно изготовляемого коллекторного двигателя типа ДК-65, используемого в электроприводе сепараторов.
В качестве материала при изготовлении галет использовали порошок чистого железа марки ПЖО. Прессование галет осуществляли в стальной пресс-форме двухстороннего прессования при давлении 800 МПа. Прессовали галеты толщиной 2,4 мм с десятью выступами конической формы на одной торцовой поверхности и таким же количеством впадин конической формы, расположенных соосно выступам, на другой торцовой поверхности. Высота выступов составляла 0,9 мм, а глубина впадин 0,4 мм. Магнитопровод набирали из девяти галет. При этом в процессе набора выступы каждой предыдущей галеты заводили во впадины каждой последующей галеты. За счет различия высоты выступов и глубины впадин между отдельными галетами образовывался воздушный зазор величиной 0,5 мм. Кроме конической формы (фиг.1) выступы и впадины могут иметь форму части окружности (фиг. 2) или цилиндрическую форму с конусностью на конце (фиг.3). Набранный из галет магнитопровод помещали в контейнер с засыпкой, состоящей из 50% порошка чистого кремния и 50% порошка окиси алюминия. К магнитопроводу в осевом направлении прикладывали статическое сжимающее давление 3 МПа. Контейнер с засыпкой и магнитопроводом помещали в вакуумную печь с глубиной вакуума, не превышающей 0,133 Па. Процесс спекания, процесс силицирования и процесс диффузионной сварки осуществляли одновременно и вели при температуре 1200+10оС в течение 2 ч.
Характеристики, соответствующие позициям 1,3,5 (фиг.4-6), относятся к магнитопроводу, изготовленному по предлагаемому способу, а характеристики, представленные позициями 2,4,6 (фиг.4-6), получены для магнитопровода, изготовленного по способу-прототипу. Магнитопроводы изготовлены в Республиканском исследовательском центре порошковой металлургии (г. Пермь), причем магнитопровод с характеристиками 2,4,6 получен посредством прессования смеси порошка чистого железа марки ПЖО (97%) и порошка кремния (3%) при давлении 1000 МПа и спекания в вакууме при температуре 1200+10оС в течение 2 ч.
Сопоставление характеристик на фиг.4-6 показывает, что магнитопровод, изготовленный по предлагаемому способу, имеет существенно лучшие электрические и магнитные характеристики. Например, при напряженности магнитного поля 2000 А/м величина индукции в магнитопроводе, изготовленном по предлагаемому способу, составляет 1,21 Тл, а в магнитопроводе, изготовленном по способу-прототипу, 0,93 Тл. При этой же напряженности магнитного поля удельные электрические потери в магнитопроводе, изготовленном по предлагаемому способу, в 2 раза меньше, чем в магнитопроводе, изготовленном по способу-прототипу. Снижение потерь электрической энергии объясняется, с одной стороны, наличием воздушного зазора между галетами, а с другой, силицированием галет, что обеспечивает резкое уменьшение плотности вихревых токов (фиг.5).
Всесторонними экспериментальными исследованиями установлено следующее.
Прессование галет при давлении, меньшем 800 МПа, приводит к снижению плотности галет, возникновению пористости и резкому уменьшению магнитной проницаемости, т.е. к ухудшению магнитных характеристик. Увеличение давления выше 800 МПа невозможно из-за ограниченной прочности оснастки.
Прессование галет толщиной менее 1,5 мм обуславливает уменьшение магнитной проницаемости и ухудшение магнитных характеристик из-за снижения плотности материала галет, вызванного ростом влияния трения по торцовым поверхностям. Увеличение толщины галет, по сравнению с 2,5 мм, приводит к увеличению вихревых токов и ухудшению электрических и магнитных характеристик.
Уменьшение статического сжимающего давления ниже 2 МПа не обеспечивает получение хорошего контакта между выступами и впадинами, что приводит к снижению качества диффузионной сварки галет и уменьшению прочности магнитопровода. Увеличение статического сжимающего давления выше 4 МПа обуславливает пластическую деформацию выступов и приводит к уменьшению воздушного зазора между галетами, ухудшению отвода тепла и уменьшению допустимых электрических и магнитных нагрузок.
Увеличение порошка кремния в составе засыпки свыше 60% приводит к перенасыщению поверхностного слоя галет кремнием, что обуславливает снижение механической прочности поверхностного слоя и возможное его разрушение. Уменьшение в составе засыпки порошка кремния ниже 40% приводит к затягиванию процесса силицирования галет и снижению производительности.
Увеличение температуры спекания выше 1250оС приводит к появлению локальных участков оплавления в результате высокой концентрации кремния в точечных объемах. При этом теряется форма галет, появляются крупные поры диффузионного характера, что снижает магнитную проницаемость и увеличивает вихревые токи. Уменьшение температуры спекания ниже 1150оС не обеспечивает условий равномерного растворения кремния в железе, что приводит к уменьшению магнитной проницаемости и магнитной индукции.
Время спекания выбирается из условия полного растворения кремния в железе: с повышением температуры спекания время спекания уменьшается с 3-х до 1-го ч.
Изобретение целесообразно использовать в электромашиностроении при крупносерийном производстве магнитопроводов электрических машин и аппаратов, предназначенных преимущественно для работы в переменных магнитных полях. Внедрение данной технологии изготовления магнитопроводов позволяет существенно снизить потери электрической энергии, обусловленные вихревыми токами, увеличить магнитную проницаемость и индукцию, улучшить отвод тепла, что приводит к улучшению рабочих характеристик электрических машин и аппаратов, в частности коэффициента полезного действия и коэффициента мощности. Способ обеспечивает безотходную технологию изготовления магнитопроводов, существенное снижение трудоемкости и стоимости производства электрических машин и аппаратов, автоматизацию и повышение культуры производства.
Claims (1)
- СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТОПРОВОДОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН И АППАРАТОВ, согласно которому засыпают исходный материал в пресс-форму, прессуют его и спекают в вакуумной печи, отличающийся тем, что, с целью повышения качества магнитопроводов путем улучшения электрических и магнитных характеристик, в качестве исходного материала используют порошок чистого железа, из которого при давлении 800 МПа прессуют галеты толщиной 1,5 2,5 мм с выступами на одной торцевой поверхности и соответствующими впадинами на другой, имеющими глубину, меньшую высоты выступов, галеты набирают в пакет необходимого в осевом направлении размера, располагая выступы каждой предыдущей галеты во впадины каждой последующей, набранный пакет помещают в контейнер с засыпкой, состоящей из 40 60% порошка чистого кремния и 40 60% нейтрального заполнителя, прикладывают к нему в осевом направлении статическое сжимающее давление 2 4 МПа, а спекание осуществляют при температуре 1150 - 1250oС в течение 1 3 ч с осуществлением процесса силицирования и процесса диффузионной сварки по поверхности соприкосновения выступов и впадин.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4890236 RU2051456C1 (ru) | 1990-12-13 | 1990-12-13 | Способ изготовления магнитопроводов электрических машин и аппаратов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4890236 RU2051456C1 (ru) | 1990-12-13 | 1990-12-13 | Способ изготовления магнитопроводов электрических машин и аппаратов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2051456C1 true RU2051456C1 (ru) | 1995-12-27 |
Family
ID=21549633
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4890236 RU2051456C1 (ru) | 1990-12-13 | 1990-12-13 | Способ изготовления магнитопроводов электрических машин и аппаратов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2051456C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2585016C1 (ru) * | 2015-03-23 | 2016-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") | Способ изготовления магнитопровода ротора самотормозящегося асинхронного электродвигателя |
-
1990
- 1990-12-13 RU SU4890236 patent/RU2051456C1/ru active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Порошковая металлургия, 1973, N 2, с.93-96. * |
2. Труды ВНИИТэлектромаша. Сборник. М.: Энергия, 1971, вып.9, с.70. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2585016C1 (ru) * | 2015-03-23 | 2016-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") | Способ изготовления магнитопровода ротора самотормозящегося асинхронного электродвигателя |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2613862C (en) | Method for manufacturing of insulated soft magnetic metal powder formed body | |
US3848331A (en) | Method of producing molded stators from steel particles | |
US6651309B2 (en) | Method for fabricating a highly-dense powder iron pressed stator core for use in alternating current generators and electric motors | |
WO2014038607A1 (ja) | 永久磁石の製造方法、永久磁石の製造装置、永久磁石、回転電機、および回転電機用の永久磁石 | |
JP2006225766A (ja) | 磁性鉄粉末の熱処理 | |
CN104332263B (zh) | 一种可降低涡流损耗的烧结型稀土永磁体及其制备方法 | |
KR101188135B1 (ko) | Ac 애플리케이션용 고성능 자기 복합재 및 그 제조 공정 | |
US4076561A (en) | Method of making a laminated rare earth metal-cobalt permanent magnet body | |
CN110783051A (zh) | 辐射取向的烧结钕铁硼磁瓦片及制备方法、成型装置 | |
RU2051456C1 (ru) | Способ изготовления магнитопроводов электрических машин и аппаратов | |
CN214920480U (zh) | 一种高效放电等离子体烧结模具 | |
US11315711B2 (en) | Sintered magnet, electrical machine, use of the sintered magnet for an electrical machine and manufacturing method of a sintered magnet | |
CN102294479A (zh) | 一种烧结钕铁硼器件的制备方法 | |
WO1996030144A1 (en) | Soft magnetic anisotropic composite materials | |
US5047205A (en) | Method and assembly for producing extruded permanent magnet articles | |
CN107527705A (zh) | 低涡流损耗的稀土永磁体 | |
US20230307159A1 (en) | High-resistivity permanent magnets, their preparation and their application in electrical machines | |
SU865526A1 (ru) | Способ изготовлени спеченных магнитопроводов | |
CA1301602C (en) | Method and assembly for producing extruded permanent magnet articles | |
KR101269687B1 (ko) | 연자성 분말 제조방법 | |
CN113414389B (zh) | 一种多物理场耦合作用下铁钴软磁体合金制备方法 | |
JPH07211566A (ja) | 異方性磁石の製造方法 | |
JPS61261448A (ja) | 高エネルギ−積永久磁石の製造方法 | |
TW200423158A (en) | Heat treatment of iron-based components | |
JPH03265102A (ja) | 径方向異方性円筒状永久磁石及びその製造方法 |