Разработка модельного ряда опытных образцов синхронных серводвигателей для применения в составе фрезерных станков с ЧПУ

Данным проектом предусматривается разработка модельного ряда синхронных серводвигателей для применения в составе фрезерных станков с ЧПУ. Проект соответствует тематическому направлению «1. Металлообрабатывающее оборудование и составные части такого оборудования», лоту «1.3. Фрезерные станки», поскольку синхронные серводвигатели являются неотъемлемой составной частью фрезерных станков с ЧПУ. До недавнего времени отечественные разработчики станочных систем использовали комплектующие ведущих европейских и азиатских стран – Германия, Швейцария, Австрия, Италия, Япония, Южная Корея и др., являющихся лидерами по производству данной техники. Сложившаяся на текущий момент политическая и экономическая ситуация в мире изменила устоявшийся порядок закупки и применения импортной комплектации. На текущий момент закупка комплектующих для такого рода систем в связи с наложенными на Россию санкциями имеет ряд финансовых и логистических сложностей, что затрудняет производство, как с экономической, так и временной точки зрения современного отечественного станочного оборудования с ЧПУ. В условиях сложившихся ограничений на поставку зарубежных товаров и услуг возникла острая необходимость в развитии собственного производства ключевых элементов современного станкостроения. Необходимость импортозамещения обусловлена, ограничением номенклатуры, реализуемой на территории РФ продукции компаний Fanuc и OMRON, длительными сроками поставки, а также высокими рисками не поставки продукции в связи с текущей политической ситуации (так как на текущий момент поставки осуществляются только по схеме «параллельного импорта»). Разрабатываемый сервопривод сопоставим по ключевым характеристикам с импортными аналогами, а по некоторым и превосходит их. В основе предлагаемого решения лежит принципиально новый конструктив статора электрической машины. Учитывая, что статор является одной из важнейших частей любого электрического двигателя, характеристики которого задают КПД, скорость вращения, материалоемкость, вращающий момент и другие характеристики электродвигателя, конструктивная оптимизация одного только узла статора позволяет получить ряд преимуществ: Низкие пульсации момента. Достигается за счет возможности реализации особой геометрии зубцово – пазовой зоны. При классическом исполнении такая геометрия накладывает технологические ограничения на возможность выполнении намотки, делая в некоторых случаях намотку и вовсе неисполнимой. В первую очередь это связано с шириной шлица (раскрытие паза) – зазор между двумя смежными зубцами. В отдельных случаях по результатам расчета оптимальная ширина шлица оказывается значительно меньше диаметра обмоточного провода, что делает укладку такой обмотки невозможной. В нашем решении, при сборном статоре обмотка как бы одевается на паз с обратной стороны, после чего сегменты собираются в узел статора. Высокая плотность укладки обмоточных узлов. Стандартная плотность укладки обмотки (соотношение площади голого провода к площади занимаемого места в пазе) для высокоэффективных двигателей колеблется от 25 до 35 %. Такое ограничение связано со множеством факторов – укладка и удержание изоляции в пазе, определенная технологически длина лобовых частей, меньше которой возникает взаимный перехлест провода. В предлагаемой нами конструкции в связи с тем, что каждая катушка закладывается на сегмент отдельно плотность укладки можно довести до 45 %, что значительно увеличит удельные характеристики двигателя, так как плотность укладки напрямую влияет на основные характеристики электродвигателя: момент на валу, мощность, КПД. Возможность создания дополнительных каналов охлаждения для направленного сброса тепла с поверхности корпуса. Согласно предварительно проведенным расчетам в данной конструкции имеется возможность увеличить теплоотвод в наружной поверхности, что сделает электродвигатель менее теплонагруженным и увеличит срок службы изоляции. В классической конструкции статора проблематично реализовать аналогичную схему охлаждения из-за отсутствия доступа к внутренним полостям зубцово-пазовой зоны. В предлагаемом решении, имеется возможность предусмотреть дополнительные каналы охлаждения, оптимизировав конструкцию под направленный сброс тепла. Необходимость применения данной методики рассматривается в каждом конкретном случае. Уменьшение технологического отхода материала при изготовлении статора. При классической конструкции из статора вырезается середина, которая по сути идет в отход, при предлагаемом нами сегментированном изготовлении статора сегменты можно разложить на листе уплотненно, значительно уменьшив техотход стали (в 2-3 раза). Учитывая, что электротехническая сталь довольно дорогая, такой подход сэкономит материал при серийном выпуске и позволит пересмотреть стоимость продукции в сторону уменьшения. Простота укладки обмотки позволяет автоматизировать укладку. Классические конструкции поддаются автоматизированной намотки, однако такое оборудование стоит значительных средств и имеет длительный срок окупаемости. Намоточные станки для классической укладки имеют высокую цену в первую очередь за счет сложной и дорогой оснастки, которая для каждого типоразмера статора необходима в своем исполнении. При предлагаемой в нашем решении сегментированной укладке намоточное оборудование значительно проще и представляется собой, по сути, доработанное универсальное оборудование. В результате реализации проекта «Разработка синхронных серводвигателей для фрезерных станков с ЧПУ» разрабатываются и реализуются 3 базовых исполнения линейки серводвигателей, закладываются технические решения, которые позволят при необходимости расширить модельный ряд промежуточными электродвигателями, а также более мощными моделями вплоть до 15 кВт.