КОЛЬЦЕВОЙ ЯКОРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 1997 года по МПК H02K1/06 

Изобретение относится к области электромашиностроения, в частности к электрическим машинам широкого применения.

Известна конструкция статора (якоря) электрической машины (синхронного генератора) по авт. св. СССР N 987752, кл. H 02 K 19/28, в которой имеется сердечник, набранный из электротехнической стали, и кольцевая обмотка.

Известна также конструкция якоря электрических машин с сердечниками, набранными из сегментов электротехнической стали, которые образуют замкнутое кольцо (А. Е. Алексеев. Конструкция электрических машин, ГЭИ, М.-Л. 1958, стр. 367 370). Эта конструкция принята за ближайший аналог.

Основные недостатки аналога следующие: сложность намотки кольцевой обмотки на сердечник и ненадежность крепления обмотки к сердечнику, незащищенность лобовых частей обмотки от механических и электромагнитных воздействий.

Цель изобретения упрощение установки кольцевой обмотки на сердечник, повышение надежности взаимного крепления обмотки и сердечника, обеспечение защиты обмотки от различных воздействий.

Указанная цель достигается тем, что в отличие от аналога сердечник выполнен из сегментов электротехнической стали, которые в смежных поверхностях имеют выступы и впадины, причем выступы одних сегментов входят во впадины других; кроме того, на выступах сегментов установлены катушки обмотки; кроме того, катушки обмотки соединены по типу якорной обмотки; кроме того, каждый сегмент имеет один выступ и одну впадину; кроме того, одни сегменты имеют два выступа, другие две впадины; кроме того, сегменты по длине машины соединены между собой, например, при помощи клея, компаунда и/или технологических выступов и впадин на плоскости каждого сегмента; кроме того, установлены торцевые щиты с выступами между катушками, на которые опираются торцевые части сегментов; кроме того, выступы торцевых щитов выполнены из электропроводящего материала, например алюминия или меди; кроме того, выступы торцевых щитов образуют со стороны зазора между статором и ротором кольцевую или цилиндрическую поверхность, выполненную из электропроводящего немагнитного материала, например алюминия или меди; кроме того, сегменты сердечника соединены между собой, с катушками и торцевыми щитами при помощи клея или компаунда, например, методом совместной пропитки сердечника, обмотки и щитов в эпоксидном компаунде с последующей запечкой; кроме того, пространство между катушками образует канал для прохождения хладагента, например газа или жидкости; кроме того, в нем установлены перегородки так, что хладагент имеет возможность двигаться в аксиальном направлении; кроме того, в нем установлены перегородки так, что в одних каналах хладагент имеет возможность двигаться аксиально в одном направлении, в других каналах в противоположном направлении; кроме того, в каналах установлены турбулизаторы хладагента, выполненные в виде вставок; кроме того, вставки упираются в сердечник с помощью отжимных болтов или шпилек, установленных с возможностью крепления в наружном корпусе электрической машины; кроме того, между сегментами по длине якоря установлены пластины из немагнитного теплопроводящего материала, например алюминия.

Отличительные признаки изобретения: катушки кольцевой обмотки размещены на выступах сегментов сердечника, эти выступы входят во впадины смежных сегментов, сегменты по длине машины соединены между собой клеем, компаундом и/или технологическими выступами и впадинами на плоскости каждого сегмента, сегменты в торцевой части опираются на выступы торцевых щитов, катушки обмотки соединены между собой таким образом, что образуют якорную обмотку электрической машины, отдельные части сердечника соединены между собой, с катушками и торцевыми щитами при помощи клея или компаунда, пространство между катушками используется в качестве канала для прохождения хладагента, в эти каналы установлены вставки турбулизаторы хладагента, между сегментами по длине якоря установлены пластины из немагнитного теплопроводящего материала, например алюминия.

На фиг. 1 изображен продольный разрез кольцевого якоря, на фиг. 2 и 3 - сечение А-А на фиг. 1, на фиг. 4 сечение Б-Б на фиг. 2, на фиг. 5 сечение В-В на фиг. 1, на фиг. 6 сечение Г-Г на фиг. 1, на фиг. 7 схема газового охлаждения якоря; на фиг. 8 схема жидкостного охлаждения якоря, на фиг. 9 - сечение Д-Д на фиг. 8, на фиг. 10 вставка-турбулизатор в канале охлаждения, на фиг. 11 сечение Е-Е на фиг. 10, на фиг. 12 вставка-крепление сердечника, на фиг. 13 сечение Ж-Ж на фиг. 12, на фиг. 14 продольный разрез якоря с пластинами из немагнитного теплопроводящего материала в сердечнике, на фиг. 15 и 16 сечение К-К на фиг. 14.

Кольцевой якорь содержит обмотку 1, выполненную из катушек 2, сердечник 3, выполненный из сегментов 4 6, торцевые щиты 7 и 8, наружный корпус 9.

Сегмент 4 (фиг. 2) имеет выступ 10, на котором установлена катушка 2, и впадину 11, в которую входит выступ соседнего сегмента.

Другой вариант сегментов показан на фиг. 3, где сегмент 5 имеет два выступа 10 с размещенными на нем катушками 2, а сегмент 6 имеет две впадины 11, в которые входят выступы смежных сегментов 5.

Сегменты 4, 5 и 6 содержат ярмо (спинку) 12 и зубец 13. Ярма всех сегментов образуют кольцевую часть сердечника 3, зубцы обеспечивают магнитную связь якоря с ротором электрической машины.

Сегменты, изготовленные из тонколистовой электротехнической стали (толщиной 0,2 0,6 мм), для удобства сборки соединены между собой по длине машины при помощи клея, компаунда, а также при помощи технологических выступов 14 и впадин 15 на плоскости каждого сегмента (фиг. 2, 4), исключающих смещение сегментов относительно друг друга.

В торцевой части сегменты выполнены таким образом, чтобы они, а следовательно, и сердечник 3 с обмоткой 1 опирались на выступы торцевого щита. На фиг. 1, сечение В-В и фиг. 5 показано, что сегменты 16 опираются на выступы 17 щита 7 с внутренней стороны якоря. На фиг. 1, сечение Г-Г, и фиг. 6 показано, что сегменты 18 опираются на выступы 19 щита 8 с наружной стороны якоря. При этом выступы 17 со стороны зазора между статором и ротором образуют кольцевую поверхность 20 (фиг. 5), выполненную из немагнитного материала, например алюминия, меди, титана. Схема соединений обмотки 1 может быть выполнена с любой стороны по периметру катушек 2. На фиг. 1 схема соединений 21 показана в торцевой части, там же выполнены выводы 22 обмотки, проходящие через изоляционные втулки 23 в щите 7. Как правило, все катушки 2 обмотки 1 выполняются одинаковыми и соединяются при помощи схемы соединений 21 в якорную обмотку заданных параметров (на определенное число фаз, полюсов и т.д.).

После сборки якорь пропитывается клеем или компаундом (например, эпоксидным) с последующей запечкой, что обеспечивает надежное соединение всех его составных частей.

Каналы 24, образованные катушками 2, сердечников 3 и корпусом 9, могут быть использованы для прохождения хладагента, например газа или жидкости.

В случае газового охлаждения наиболее целесообразно подачу газа осуществлять с одного торца, выброс газа с другого торца, т.е. обеспечивать движение охлаждающего газа по каналам 24 в аксиальном направлении. На фиг. 7 показана схема газового охлаждения якоря. Газ через каналы 25 в щите 7 поступает в торцевую зону якоря, проходит по каналам 24 и выбрасывается через каналы 26 в щите 8 и каналы 27 в корпусе 9. Стрелками условно показано направление движения газа. Это направление может быть изменено на обратное.

Аналогично можно осуществить жидкостное охлаждение, однако для уменьшения расхода жидкости с учетом ее более высокой эффективности как хладагента более целесообразно обеспечить ее циркуляцию вдоль оси машины в обоих направлениях.

На фиг. 8 показана схема жидкостного охлаждения якоря, на фиг. 9 сечение Д-Д на фиг. 8. Хладагент через штуцер 28 подается в торцевую зону 29, откуда поступает в два смежных канала 24. Перегородки 30 обеспечивают циркуляцию хладагента так, как это показано стрелками, с выходом через штуцер 31.

Каналы 24 могут оказаться относительно большими, что может привести к снижению эффективности охлаждения из-за относительно малой скорости движения хладагента в этих каналах. Для повышения эффективности охлаждения в эти каналы могут быть установлены вставки 32 (фиг. 10, 11), повышающие скорость хладагента вблизи катушек и сердечника, вызывающие турбулизацию хладагента с помощью прорезей 33.

Вставки 32 крепятся к корпусу 9 с помощью болтов 34 и шайб 35.

Вставки 32 могут быть использованы с помощью отжимных болтов или шпилек 36 (фиг. 12, 13), вворачиваемых в наружный корпус 9, для крепления сердечника 3 с наружной стороны. Для предотвращения вытекания хладагента из внутренних полостей через отверстия для отжимных шпилек 36 на эти шпильки навертываются колпачковые гайки 37 и устанавливаются шайбы 38.

Для повышения интенсивности охлаждения сердечника между сегментами 4-6 электротехнической стали по длине якоря целесообразно установить пластины 39 (фиг. 14 16) из немагнитного теплопроводящего материала, например алюминия. Эти пластины обеспечивают более интенсивный отвод тепла от внутренних частей сердечника к хладагенту и способствуют снижению нагрева машины в целом, а следовательно, повышению надежности. Эти пластины могут иметь выступы 40, входящие в каналы 24. В таком случае эти выступы, как и прорези 33, являются турбулизаторами хладагента, повышающими интенсивность охлаждения. Кроме того, для увеличения поверхности теплосъема и повышения турбулизации в выступах 40 можно предусмотреть отверстия 41 (фиг. 16).

Изобретение относится к области электромашиностроения, в частности к электрическим машинам и трансформаторам широкого применения. Сущность: конструкция якоря электрической машины позволяет упростить обмотку, обеспечить надежное крепление обмотки к сердечнику, защитить обмотку от различных воздействий, снизить массу и габариты изделий. Это достигается благодаря особой конструкции сердечника и способа его сборки с использованием соответствующих выступов и впадин на сопрягаемых узлах и созданием надежной системы охлаждения. Сущность: якорь содержит кольцевую обмотку из нескольких катушек 2, сердечник, выполненный в виде сегментов 4, имеющих выступы 14 и впадины 15, сегменты скрепляются между собой с помощью выступов 14 и впадин 15. Катушки 2 кольцевой обмотки установлены на выступах 14. 15 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Кольцевой якорь электрической машины, содержащий кольцевую обмотку, выполненную из отдельных катушек, и сердечник, отличающийся тем, что сердечник выполнен из сегментов электротехнической стали, которые в смежных поверхностях имеют выступы и впадины, причем выступы одних сегментов входят во впадины других. 2. Якорь по п.1, отличающийся тем, что на выступах сегментов установлены катушки обмотки. 3. Якорь по п.1 или 2, отличающийся тем, что катушки обмотки соединены по типу якорной обмотки. 4. Якорь по любому из пп. 1 3, отличающийся тем, что каждый сегмент имеет один выступ и одну впадину. 5. Якорь по любому из пп.1 3, отличающийся тем, что одни сегменты имеют два выступа, другие две впадины. 6. Якорь по любому из пп.1 5, отличающийся тем, что сегменты по длине машины соединены между собой, например, при помощи клея, компаунда и/или технологических выступов и впадин на плоскости каждого сегмента. 7. Якорь по любому из пп.1 6, отличающийся тем, что установлены торцевые щиты с выступами между катушками, на которые опираются торцевые части сегментов. 8. Якорь по п.7, отличающийся тем, что выступы торцевых щитов выполнены из электропроводящего материала, например алюминия или меди. 9. Якорь по п.7 или 8, отличающийся тем, что выступы торцевых щитов образуют со стороны зазора между статором и ротором кольцевую или цилиндрическую поверхность, выполненную из электропроводящего немагнитного материала, например алюминия или меди. 10. Якорь по любому из пп.7 9, отличающийся тем, что сегменты сердечника соединены между собой, с катушками и торцевыми щитами при помощи клея или компаунда, например, методом совместной пропитки сердечника, обмотки и щитов в эпоксидном компаунде с последующей запечкой. 11. Якорь по любому из пп.1 10, отличающийся тем, что пространство между катушками образует канал для прохождения хладагента, например газа или жидкости. 12. Якорь по п.11, отличающийся тем, что в нем установлены перегородки так, что хладагент имеет возможность двигаться в аксиальном направлении. 13. Якорь по п.11, отличающийся тем, что в нем установлены перегородки так, что в одних каналах хладагент имеет возможность двигаться аксиально в одном направлении, в других каналах в противоположном направлении. 14. Якорь по любому из пп.11 13, отличающийся тем, что в каналах установлены турбулизаторы хладагента, выполненные в виде вставок. 15. Якорь по п.14, отличающийся тем, что вставки упираются в сердечник с помощью отжимных болтов или шпилек, установленных с возможностью крепления в наружном корпусе электрической машины. 16. Якорь по любому из пп.1 15, отличающийся тем, что между сегментами по длине якоря установлены пластины из немагнитного теплопроводящего материала, например алюминия.