Установка электродвигателей KUBO в корпус
Введение
Электродвигатели KUBO относятся к типу бескорпусных синхронных вращающихся электрических машин с постоянными магнитами. В состав поставки входят роторы в количестве от 1 до 3 шт. (количество зависит от модели электродвигателя и комплектации) и статор.
Здача разработки корпуса и вала, а также непосредственно установка электродвигателя в изделие, требуют от потребителя аккуратности и учета ряда технических аспектов, которым посвящена настоящая статья.
На странице Встраиваемые электродвигатели размещены ZIP-архивы со STEP-моделями, габаритными чертежами и требованиями к корпусу и валу для случая установки и фиксации статора и ротора на клей. Пример таких требований для электродвигателя JCM38 приведен на рисунке 1.
Рисунок 1 – Требования к корпусу и валу для установки электродвигателя JCM38
Способы установки электродвигателя
Статоры электродвигателей KUBO серий JCM, JYC и JGV имеют точный посадочный диаметр, выполненный по 8 квалитету с симметричным полем допуска (JS) относительно номинального размера и шероховатостью не хуже Ra1.6, и достаточную жесткость конструкции, поэтому допускают два метода установки в корпус изделия – вклеивание или посадка с натягом (горячая посадка).
Роторы электродвигателей KUBO, как и статоры, имеют точный посадочный диаметр, но могут быть только вклеены из-за различных пластических свойств материалов магнитопровода и постоянных магнитов.
Преимущества установки статоров методом вклеивания по сравнению с установкой на горячую посадку
– высокая технологичность, универсальность и повторяемость процесса;
– отсутствие необходимости проведения расчетов, опирающихся на свойства соединяемых материалов, конструктивные параметры соединения и эксплуатационные параметры изделия;
– отсутствие механических напряжений между статором и корпусом;
– отсутствие возможности проворота статора во всем диапазоне температур;
– возможность извлечь статор из корпуса до полимеризации клея.
Недостатки установки статоров методом вклеивания по сравнению с установкой на горячую посадку
– усложнение конструкции корпуса за счет необходимости изготовления каналов для клея и отверстий для введения клея;
– необходимость использования специальных теплопроводных клеев, а также инструментов и приспособлений для работы с ними;
– большее тепловое сопротивление перехода статор-корпус из-за наличия клеевого шва, имеющего существенно более низкую теплопроводность, чем материал магнитопровода статора и корпуса изделия.
– бóльшая трудоемкость при крупной серии продукции (более 100 изделий).
Вклеивание. Инструменты и материалы.
Перед вклеиванием статора и ротора необходимо подготовить следующие инструменты и материалы:
1. Клей эпоксидный двухкомпонентный WEICON «Easy-Mix HT 250» (артикул – 10650855). Картридж объемом 50 мл.
2. Клей-герметик анаэробный «АНАКРОЛ-102» – ТУ 2242-001-50686066-2003 ООО НПП «САТУРН» или «АНАТЕРМ-112» – ТУ 2257-274-00208947-96 (изм. №1-6) ООО «СКС».
3. Спирт изопропиловый ГОСТ 9805.
4. Нефрас С2-80/120 ТУ 38.401-67-108-92.
5. Пленка полиимидная клейкая.
6. Ручной пистолет-дозатор для двухкомпонентного клея WEICON Easy-Mix D50 (артикул – 10653050) или дозатор ручной для двухкомпонентного клея Loctite TEROMIX PISTOL 6700 (артикул – 150035) со сменным плунжером 2:1 (артикул – 983534).
7. Насадка смесительная для двухкомпонентных клеев WEICON Helix (артикул – 10650006).
8. Безворсовые салфетки из нетканого материала.
Процесс вклеивания статора
1. Вставить сменный плунжер в ручной дозатор (на примере TEROMIX PISTOL 6700), для чего нажать на металлический фиксатор и продвинуть плунжер до упора (рисунок 2а).
2. Поднять пластиковый зажим (рисунок 2б) и установить картридж с эпоксидным клеем в ручной дозатор (рисунок 2в).
Рисунок 2 – Сборка и подготовка к работе ручного дозатора
3. Установить насадку смесительную на картридж с эпоксидным клеем, зафиксировать поворотом на 90 градусов.
ВНИМАНИЕ! Работать только в перчатках, не допускать попадания грязи и пыли на склеиваемые поверхности.
4. Очистить корпус и статор смесью спирта изопропилового с нефрасом (соотношение объемов 1:1).
5. Охладить статор до температуры от плюс 2 °С до плюс 4 °С в камере тепла-холода (при необходимости).
6. Нагреть корпус до температуры плюс 50 °С в сушильном шкафу (при необходимости).
7. Мягко установить охлаждённый статор в корпус.
8. Прогреть корпус со статором и картридж с эпоксидным клеем в ручном дозаторе (пистолете-дозаторе) в течение 10-15 мин при температуре плюс 50°С.
9. Ввести эпоксидный клей в отверстие на корпусе, как показано на рисунке 3.
10. Клей вводить до тех пор, пока он не начнёт выходить из отверстия, расположенного на противоположной стороне корпуса.
Рисунок 3 – Введение клея в отверстие корпуса статора
11. Закрыть оба отверстия полосками пленки полиимидной клейкой (рисунок 4).
Рисунок 4 – Корпус статора с закрытым отверстием для введения клея
12. Отвердить эпоксидный клей при температуре плюс 20-25 °С в течение 24 часов, затем при температуре плюс 60 °С в течение 60 минут в сушильном шкафу.
13. Охладить сборку до комнатной температуры.
14. Удалить полоски пленки полиимидной.
Процесс вклеивания ротора
1. Очистить ротор и вал смесью спирта изопропилового с нефрасом (соотношение объемов 1:1).
ВНИМАНИЕ! Работать только в перчатках, не допускать попадания грязи и пыли на склеиваемые поверхности.
2. Выдержать ротор в течение 5 минут при температуре плюс 50 °С в сушильном шкафу.
3. Нанести клей-герметик анаэробный на переднюю часть склеиваемой поверхности проточки вала по всей окружности, как показано на рисунке 5а зеленой линией.
Для высоких роторов (например, JCM69x35, JYC115x75) и роторов больших диаметров (например, JCM115x25, JCM140x26) рекомендуется наносить клей-герметик анаэробный на переднюю и заднюю части склеиваемой поверхности проточки вала по всей окружности, как показано на рисунке 5б зелеными линиями.
Рисунок 5 – Нанесение клей-герметика анаэробного на вал
4. Нанести клей-герметик анаэробный на переднюю часть склеиваемой поверхности ротора по всей окружности, как показано на рисунке 6.
Рисунок 6 – Нанесение клей-герметика анаэробного на ротор
5. Надеть ротор передней частью с нанесенным клей-герметиком анаэробным на переднюю часть вала и мягко установить в требуемое положение. Запрещено давить на торцевую поверхность магнитов, т.к. возможно повредить их.
6. Распределить клей-герметик анаэробный в соединении вращая ротор относительно вала 2-3 раза в прямом и обратном направлениях на угол не менее 180 градусов.
7. Избыточное количество клей-герметика анаэробного быстро удалить сухой безворсовой салфеткой.
8. Отвердить клей-герметик анаэробный при температуре плюс 20-25 °С в течение 1 часа, затем при температуре плюс 60°С в течение 60 минут в сушильном шкафу.
9. Охладить сборку до комнатной температуры.
При вклеивании на один вал двух и более роторов важно соблюдать правильную полярность магнитов, как показано на рисунке 7.
Рисунок 7 – Полярность магнитов при установке роторов на один вал
Рекомендации по установке статора на горячую посадку
Установка статора в корпус по посадке с натягом (горячей посадке), в отличие от вклеивания, требует выполнения расчетов, учитывающих ряд параметров, влияющих на качество соединения, а именно:
– максимальная и минимальная температуры эксплуатации изделия;
– максимальная температура нагрева изделия в цикле эксплуатации;
– свойства материала корпуса и магнитопровода статора (коэффициент линейного расширения, коэффициент трения, модуль упругости и пр.);
– конструктивные параметры соединения (нижнее и верхнее отклонения посадочных диаметров статора и корпуса, длина посадочной поверхности и пр.);
– технологические параметры (требуемый зазор при сборке, температура среды, понижение (повышение) температуры деталей от нагрева (остывания) до сборки и пр.).
Из-за обилия параметров KUBO не предлагает универсального решения, позволяющего гарантированно выполнить сборочную операцию по установке статора в корпус по горячей посадке и обеспечить надежность соединения.
Соединение с натягом следует применять в продукции, где это действительно оправдано, например, в движителях погружных аппаратов, если наличие отверстий в корпусе статора для введения клея не допускается по условиям эксплуатации, или для крупной серии выпускаемой продукции, где трудоемкость процесса установки снижается с увеличением количества выпускаемой продукции.
Рекомендации по электрическому подключению
Пайка выводных проводов, а также проводов датчиков Холла и температуры к статорам электродвигателей KUBO осуществляется на штырьковые лепестки диаметром 1 мм, установленные на печатную плату методом прессования.
Такой способ монтажа, в отличие от пайки “внахлест” на площадки на печатной плате, обеспечивает высокую надежность и стойкость электропривода к ударным и вибрационным нагрузкам. При необходимости после монтажа провод может быть подклеен на печатную плату на клей ВК-9 или аналогичный.
На рисунке 8 приведена типовая принципиальная электрическая схема подключения электродвигателя в комплектации с датчиками Холла к сервоусилителю.
Особенно важно обеспечить надлежащее экранирование фазных проводов, которое состоит в помещении их в экран, соединенный с корпусом (шасси) в двух точках: у электродвигателя и у сервоусилителя. Такой экран будет служить емкостным делителем и препятствовать распространению емкостной наводки от фазных проводов, имеющих высокие скорости нарастания напряжения (dU/dt), на окружающие чувствительные цепи.
Для выполнения монтажа может быть рекомендован, например, провод МС26-13. Провод МГТФ применять не рекомендуется из-за его склонности к обламыванию в месте пайки.
Рисунок 8 – Принципиальная электрическая схема подключения электродвигателя
Выводы
Конструкция электродвигателей KUBO позволяет использовать два способа установки статора в корпус изделия, выбор между которым зависит от условий эксплуатации, доступных конструкционных материалов, технологического оснащения предприятия и опыта.
Обратитесь в KUBO за получением консультации по установке бескорпусного электродвигателя в Вашу мехатронную систему.