Блог

Oct 19, 2023

Революционные роторы

Создание эффективных роторов для электромобилей начинается с первой капли расплава

Создание эффективных роторов для электромобилей начинается с первой капли расплава

Спрос на асинхронные двигатели растет. Этот спрос стимулируется нехваткой редких земель, изменением климата, электрификацией транспорта и другими тенденциями. Однако обычный промышленный асинхронный двигатель имеет недостатки.

Благодаря технологии ламинарного литья под давлением немецкий производитель роторов Wieland eTraction Systems повышает производительность асинхронных двигателей. Сохраняя известные преимущества асинхронных двигателей, новые типы роторов из алюминия и меди обеспечивают значительные преимущества в эффективности и безопасности.

Каждый ротор состоит из нескольких индивидуально перфорированных пластин из электротехнической стали, которые уложены в окружающий литой сепаратор. Этот сепаратор обычно изготавливается методом литья под высоким давлением. Поскольку время цикла составляет одну-две минуты, этот процесс может быть высокоавтоматизирован. Но с точки зрения литья роторы представляют собой очень сложную конструкцию.

После помещения пакетов пластин в инструмент литейная камера заполняется расплавленным металлом. Поршень на высокой скорости нагнетает жидкий металл в литейный инструмент. Попав в форму, расплав алюминия или меди быстро затвердевает. Поэтому промышленная технология требует короткого времени заполнения менее 0,1 секунды при скорости потока более 50 м/с.

Для достижения этой цели в отрасли используются точечные ворота. Недостаток: эти гейты не заполняют сразу все слоты в стеке. Расплав сначала течет через щели непосредственно у литника, затем в противоположное кольцо и, наконец, заполняет оставшиеся щели сзади с помощью так называемой обратной засыпки. В результате воздух, технологические газы и фронты расплава, загрязненные маслом и оксидами, не могут выйти наружу.

При переходе из жидкого состояния в твердое происходит уменьшение объема, называемое затвердевающей усадкой. Чтобы компенсировать эту усадку, поршень продолжает давить даже после того, как форма заполнена на полную мощность. Сочетание захваченного газа и усадки приводит к высокой общей пористости. Роторы, отлитые под давлением, достигают пористости до 10 %, что значительно превышает допуск в пять процентов.

Каждая пора уменьшает проводящую площадь, вызывает дисбаланс и отрицательно влияет на механические свойства ротора. Когда поры центрированы в месте перехода от прорези к концевому кольцу, следует ожидать высоких плотностей тока и максимального механического напряжения от центробежных сил.

Чтобы уменьшить эти потенциальные болевые точки, многие литейные заводы ограничивают геометрические параметры и уменьшают количество, длину и ширину пазов. Альтернативные производственные процессы, такие как механическая обработка или сварка, имеют аналогичные ограничения. Это означает, что весь потенциал технологии асинхронных двигателей долгое время оставался неиспользованным.

Процесс ламинарного литья под давлением, разработанный Wieland eTraction Systems, предназначен для литья роторов с нулевой пористостью – так называемых роторов с нулевой пористостью (ZPR). Запатентованная литниковая система гарантирует одновременное заполнение всех пазов и новую геометрию. В отличие от обычного турбулентного заполнения, процесс заполнения является восходящим и ламинарным. Требования к рабочей силе лишь немного отличаются от обычного литья, что позволяет производить экономически эффективное производство.

При более низких скоростях потока отлитый материал остается жидким в литнике в течение более длительного времени и, следовательно, облегчает повторную подачу. Активное управление температурным режимом контролирует процесс затвердевания от ламинарного ядра к некритическим областям. Поскольку в процессе ламинарного литья под давлением все щели заполняются одновременно, загрязненные фронты расплава направляются в перелив.

Процесс ламинарного литья под давлением приводит к типичному увеличению электропроводности на 3-5%, что помогает значительно снизить характерные колебания крутящего момента и свести к минимуму излучаемый шум.

Институт обработки металлов давлением Ахенского университета сканировал различные пористые структуры с помощью компьютерной томографии. Кроме того, моделировалось механическое поведение материала в крайних пределах. Результаты показывают, что увеличение скорости примерно на 12,5% технически возможно при использовании ротора без пористости. Реальные взрывные испытания подтвердили такое поведение.