Разработка и испытание технологии изготовления компонентов сверхлегкого бесколлекторного синхронного электромотора в пластиковом корпусе со статором без стального сердечника.

Отчет содержит 97 страницы, 84 иллюстраций, 6 приложений, количество частей 1. Перечень ключевых слов: беспазовый статор, бесколлекторный мотор, coreless motor; coreless stator; статор; ротор; моментный мотор; намотка беспазового статора; намотка статора; 3-х осевой ЧПУ станок намотки статоров; 4-х осевой ЧПУ станок намотки статоров; сервопривод; высокоскоростной шпиндель. Цель работы Целью НИОКР является разработка и испытание технологии изготовления компонентов сверхлегкого бесколлекторного синхронного электромотора в пластиковом корпусе со статором без стального сердечника. В частности по пунктам: Проведение исследований возможных технологических процессов изготовления моторов. Разработка способа и метода намотки статорной обмотки механизированным способом. Разработка технологии изготовления статора. Разработка кинематической схемы устройства для намотки статора. Разработка эскизной конструкторской документации устройства механизированной намотки статора. Изготовление устройства механизированной намотки статорных обмоток. Разработка технологии изготовления ротора. Разработка оснастки и приспособлений для обеспечения технологии изготовления ротора. Изготовление технологической оснастки и приспособлений для изготовления ротора. Отработка технологии и изготовление технологического макета ротора по разработанной технологии. Отработка технологии и изготовление технологического макета статора. Разработка приспособлений для сборки моторов. Изготовление приспособлений для сборки моторов. Сборка технологического макета мотора. Испытание технологии изготовления компонентов сверхлегкого бесколлекторного синхронного электромотора в пластиковом корпусе со статором без стального сердечника. Результаты работы Основным результатом работы является разработанная технология автоматизированной намотки статоров беспазовых электрических моторов, генераторов и датчиков. На этой основе создана технология изготовления компонентов сверхлегкого бесколлекторного синхронного электромотора в пластиковом корпусе со статором без стального сердечника. Вторым результатом НИОКР стала разработка и изготовление экспериментального станка для намотки статоров бесколлекторных синхронных электромоторов, генераторов и датчиков. Побочным результатом работы стало то, что на этом станке при соответствующей оснастке можно наматывать виток к витку различные типы традиционных зубцовых статоров с металлической основой. Вторым побочным результатом стало то, что для этого станка была разработана дополнительная оснастка, измерительная электронная плата с датчиком Холла и программное обеспечение для сбора данных замеров и формирования таблиц. Эта опция позволила использовать станок в качестве измерительного стенда для замера равномерности напряженности магнитного поля изготовленного ротора в 3-х измерениях. В результате выполнения работы были проведены исследования возможных технологических процессов изготовления моторов и определены характерные особенности каждого. Разработан способ и метод намотки статорной намотки механизированным способом. Также была разработана вся технология изготовления 3х фазного статора за одну технологическую операцию. Методом намотки на специальную оправку. Разработана кинематика намоточного ЧПУ станка, разработана вся механика в 3Д формате, разработана электронная начинка и программное обеспечение. Изготовлено и испытано механизированное устройство в виде 3-х осевого намоточного ЧПУ станка настольного типа. Станок предназначен для намотки беспазовых зигзагообразных, ромбовидных, трапециевидных и прямоугольных обмоток, зубцовых статоров из электротехнической стали, как с внешним ротором, так и с внутренним. Разрабатываемая технология позволяет изготавливать моторы с габаритами статора: - внешний диаметр от 50 мм до 180 мм; - внутренний диаметр статорных обмоток от 40 мм до 160 мм; - ширина статора от 5 мм до 40 мм; - диаметр наматываемого провода от 0,1 мм до 0,7 мм; - количество полюсов ротора от 3 до 42. -повторяемость выходных технических характеристик мотора с разбросом не более 3 %. - скорость намотки 10 периодов обмотки в секунду, при одновременной намотке 3-х фазных обмоток. Степень внедрения. Рекомендации по внедрению или итоги внедрения результатов НИОКР После проведения положительных испытаний по экспериментальному 3-х осевому станку и высказанной заинтересованности в подобных станках соинвестора и других потенциальных заказчиков нами было принято решение начать разработку 4-х осевого ЧПУ прототипа для серийного производства подобных станков. Станок был полностью разработан (комплект РКД находится в приложении к отчету), в т.ч. и программное обеспечение, и изготовлен. Был заключен первый коммерческий договор 88-5070-2019 от 12.09.2019 (с дополнительным соглашением к договору 88-5070-2019) на поставку этих станков для ОАО Казанский завод «Электроприбор». Первый станок находится на стадии отладки программного обеспечения и настройки станка на намотку серийного мотора заказчика. Область применения Областью применения результатов НИОКР является серийное производство высокопроизводительных намоточных станков для производства статоров различных типов моторов, генераторов и датчиков со скоростью намотки до 10 витков/зигзагов/периодов в секунду. Экономическая эффективность или значимость работы На сегодняшний день в России только одна компания разрабатывает и производит намоточные станки для намотки традиционных зубцовых статоров это Конструкторское бюро «Модестат». Очередь на покупку у них станка на год вперед. Производственной мощности только одной компании поставщика намоточных станков на всю страну явно недостаточно. Стоимость зарубежных намоточных станков подобного типа колеблется от 30 тыс. долларов у китайских поставщиков до 300 тыс. долларов у европейских и японских. При этом срок ожидания получения станка в Китае 1,5 года в Европе 1 год. После введения санкций купить в Европе подобные станки стало очень проблематично. Все это привело к тому, что в России нет массового производства современных бесколлекторных моторов, поэтому необходимо кратно наращивать производство намоточных станков отечественного производства. Прогнозные предположения о развитии объекта исследования На основе разработанной технологии автоматической намотки беспазовых статоров нами разрабатывается автоматическая линия для намотки и переустановки заготовки обмоток в пресс-форму для дальнейшего формования. Как самостоятельную линию мы будем развивать производство узкоспециализированных намоточных станков для намотки конкретного серийного статора под конкретного заказчика для работы в технологической цепочке в серийном производстве моторов. При наращивании нами своего парка намоточных станков будет налажено серийное производство различных типов бесколлекторных электрических моторов, генераторов и датчиков, как собственной разработки, так и по РКД заказчика. Объекты интеллектуальной собственности, полученные в результате выполнения работы В результате выполнения НИОКР была подана заявка на изобретение №2020144404. Планируется к защите патентом на промышленный образец 4-х осевой намоточный ЧПУ станок, а также патентом на изобретение техническое решение по 4-х осевой намотке. Оценка исполнителем успешности выполнения работы в соответствии с техническим заданием и календарным планом. В результате проведенных испытаний станка подтвердились наши технические и технологические решения. Исполнитель оценивает работу как успешно выполненную и обеспечивающую хороший задел для продолжения работ.