ТОРЦЕВАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 1995 года по МПК H02K23/54 

Изобретение относится к электромашиностроению и касается торцовых электрических машин большой и средней мощности, преимущественно тихоходных.

Торцовые электрические машины обладают существенными преимуществами по сравнению с обычными цилиндрическими: возможностью модульного исполнения, при котором необходимая мощность электродвигателя набирается рядом дисков, лучшим охлаждением активной части, имеющим возможность увеличить тепловую нагрузку, и, как следствие, уменьшить габариты машины, большой зависимостью активной длины каждого диска (состоящей из спинки и зубцовой зоны) от тепловой нагрузки, что дает возможность сократить длину машины. Торцовые электрические машины дают существенный выигрыш по занимаемому пространству за счет приближения электродвигателя к рабочему механизму, т.е. при объединении конструктивных схем механизма и приводного двигателя. Малая осевая длина торцовых двигателей дает возможность обеспечить конструктивную совместимость их с рядом механизмов, компактность и удобство эксплуатации и сборки.

Основная причина того, что торцовые машины средней и большей мощности не нашли широкого применения до настоящего времени, состоит в сложности технологии их изготовления, в частности в сложности изготовления сердечников статора и ротора.

Известна торцовая электрическая машина, статоры в которой выполнены в виде шихтованных блоков, расположенных на расстоянии один от другого вокруг центральной оси. Центральные блоки выполнены из анизотропного материала. Для замыкания магнитного потока по длине машины крайние пакеты листов, которые служат ярмами, выполнены из изотропного материала (патент США N 3296475).

Наиболее близкой к заявляемой является конструкция торцовой бесконтактной электрической машины с двумя пакетами статора и ротора. Торцовая электрическая машина содержит корпус, в котором размещены тороидальный сердечник статора с обмоткой и ротор, снабженный также тороидальным сердечником с обмоткой и ободом, причем элементы зубцовой зоны сердечников статора и ротора выполнены приставными, охватывающими сердечники соответственно статора и ророта (Игнатов В.А. Вильданов К.Я. Торцовые асинхронные электродвигатели интегрального изготовления. М. 1988, с. 39, рис. 1.38).

Недостаток известных конструкций состоит в том, что они предназначены для машин небольшой мощности. Элементы зубцовой зоны в этом случае не изолированы от тороидального сердечника. При отсутствии изоляции пластины зубцов образуют как бы вторую "железную обмотку", параллельную обычной, уложенной в пазы. Следовательно, эта образованная дополнительная "обмотка" находится в главном силовом поле машины, в ней т.е. в пластинах зубцов, протекают большие паразитные токи. Кроме того, отсутствуют в известной конструкции изоляция элементов крепления обмотки и зубцовой зоны. При небольших мощностях изоляция и не нужна, но при возрастающей мощности электродвигателя она необходима. Таким образом, известная конструкция не может быть использована для машин средней и большой мощности, кроме того, она имеет сложную систему крепления обмотки.

Цель изобретения состоит в расширении области применения торцовых машин средней и большой мощноси и упрощении конструкции, в частности конструкции крепления обмотки.

Цель достигается тем, что в торцовой электрической машине, содержащей корпус, в котором размещены тороидальный сердечник статора с обмоткой и ротор, снабженный также тороидальным сердечником с обмоткой и ободом, причем элементы зубцовой зоны сердечников статора и ротора выполнены приставными, охватывающими сердечники соответственно статора и ротора, изолированные от тороидального сердечника трапецеидальные элементы зубцовой зоны мембраны из чередующихся П- и Г-образных элементов разной длины и зафиксированы изолированными кольцами, прикрепленными соответственно в корпусу статора и к ободу ротора, причем кольцо, крепящее зубцы статора на сердечнике, одновременно служит элементом крепления лобовых частей обмотки статора, а обмотка ротора закреплена дополнительными кольцами, также прикрепленными к ободу ротора.

Новизна данного предложения состоит в новой совокупности известных признаков.

Изобретательский уровень подтверждается тем, что взаимодействие между собой признаков данной совокупности позволяет получить новое свойство, выраженное в том, что предлагаемая конструкция позволяет выполнить торцовую машину средней и большой мощности, а также упростить конструкцию за счет использования деталей статора, крепящих элементы зубцовой зоны, для крепления обмотки статора. Элементы крепления обмотки выполнены изолированными, чтобы не создавалось замкнутого электрического контура.

На чертеже изображена предлагаемая торцовая электрическая машина.

Торцовая электрическая машина содержит корпус 1 статора, внутри которого размещен тороидальный изолированный сердечник 2, на котором размещены приставные П-образные элементы 3 зубцовой зоны. Эти элементы набраны из чередующихся П- и разной длины Г-образных частей и образуют трапецеидальные на торцовых поверхностях сердечника зубцы, между которыми расположены прямоугольные пазы, в которых уложена обмотка 4. Лобовые части обмотки 4 закреплены посредством изоляционных колец 5 и Г-образных в сечении изолированных колец 6, крепящих также зубцы 3 на сердечнике 2. Кольца 6 прикреплены посредством болтов 7 к корпусу 1 статора. Ротор машины имеет обод 8, тороидальный изолированный сердечник 9, на котором размещены П-образные элементы 10 зубцовой зоны, прикрепленные посредством Г-образных в сечении изолированных элементов 11 и болтов 12 к ободу 8. Обмотка 13 ротора прикреплена также при помощи Г-образных в сечении элементов 14 к ободу 8 ротора.

Предлагаемая конструкция представляет собой модульную конструкцию. Соединяя между собой несколько модулей, можно получить практически электрическую машину любой мощности.

Предлагаемая электрическая машина по физике работы почти ничем не отличается от обычной цилиндрической машины. Отличие состоит в том, что магнитный поток в торцовой машине проходит не перпендикулярно, а параллельно оси машины. Поэтому для лучшего использования потока и снижения аксиального тяжения необходимо в качестве активной зоны каждый диск сердечника использовать с двух сторон. Магнитный поток проходит через два тороидальных сердечника 2 статора и 9 ротора и их сегментные зубцовые зоны, через воздушный зазор. В результате взаимодействия токов в обмотках 4 и 3 статора и ротора торцовой электрической машины создается вращающийся момент.

Заявляемая электрическая машина может быть как синхронной, так и асинхронной. В любых торцовых машиных длины силовых линий по магнитной системе машины короче, чем в цилиндрических, но приобретают большое значение воздушные зазоры.

В предлагаемой конструкции зазоры между статором и ротором могут быть выравнены за счет изменения толщины изоляции, отделяющей элементы зубцовой зоны от тороидальных сердечников статора и ротора.

Несмотря на уравнивание потоков с двух сторон диска, подшипники испытывают остаточную аксиальную силу магнитного тяжения, поэтому подшипники должны быть радиально-упорными.

Использование: в электромашиностроении. Сущность: торцовая электрическая машина содержит корпус 1, в котором размещены тороидальный сердечник статора с обмоткой 4 и ротор, снабженный также тороидальным сердечником 9 с обмоткой 13 и ободом 8. Трапецеидальные на торцовых поверхностях элементы 3,10 зубцовой зоны набраны из чередующихся П- и Г-образных элементов разной длины и зафиксированы на изолированных сердечниках статора и ротора изолированными кольцами 6 и 11, прикрепленными соответственно к корпусу 1 статора и к ободу 8 ротора, причем кольцо 6, крепящее зубцы статора, одновременно служит элементом крепления лобовых частей обмотки 4 статора, а обмотка 13 ротора закреплена дополнительными кольцами 14, также прикрепленными к ободу ротора. 1 ил.

ТОРЦЕВАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА, содержащая корпус, в котором размещен тороидальный сердечник статора с обмоткой и ротор, снабженный тороидальным сердечником с обмоткой и ободом, причем элементы зубцовой зоны сердечников статора и ротора выполнены приставными, охватывающими сердечники соответственно статора и ротора, отличающаяся тем, что трапецеидальные на торцевых поверхностях сердечников элементы зубцовой зоны набраны из чередующихся П-образных элементов и разной длины Г-образных элементов и зафиксированы на изолированных сердечниках статора и ротора изолированными кольцами, прикрепленными соответственно к корпусу статора и к ободу ротора, причем кольцо, крепящее зубцы статора, одновременно служит элементом крепления лобовых частей обмотки статора, а обмотка ротора закреплена дополнительными кольцами, прикрепленными к ободу ротора.