СЕРДЕЧНИК СТАТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 1997 года по МПК H02K1/14 

Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к конструкциям асинхронных электродвигателей общего назначения и может быть использовано, например, в электроприводе стиральных машин, дерево- и металлообрабатывающих станков.

Известен сердечник статора, содержащий листы сердечника статора, нажимные кольца и скобы для скрепления указанных листов сердечника статора и колец нажимных. В сердечнике статора могут быть и крайние листы, выполненные, например, из более толстого листового материала, нежели листы статора и предназначенные для уменьшения распушения (торцевого выпучивания) листов статора [1]
Для скрепления сердечника статора скобами по наружному периметру выполнены выштамповки в виде пазов с ласточкиным хвостом. Скобы, согнутые в продольном направлении вставляются в пазы и разжимаются (распрямляются) в радиальном направлении ко дну паза. При этом края скоб входят в ласточкин хвост и скрепляют сердечник статора. На торцах скобы привариваются к нажимным кольцам или отгибаются на их торцевые стороны.

Однако указанный сердечник статора электрической машины выполнен круглым по наружному периметру. Это приводит к повышенному расходу материалов, так как круглый наружный периметр штампуется из квадратных листов электротехнической стали и угловые части листов в отходы.

Кроме того, если практически цилиндрическая наружная поверхность (если не считать несколько неглубоких выштамповок) позволяет сравнительно просто реализовать установку скрепляющих скоб, то ее "гладкость" существенно ухудшает условия теплоотдачи с наружной поверхности сердечника. Для улучшения условий охлаждения применяют оребренный корпус, с помощью которого решается задача конструктивного сопряжения сердечника с подшипниковыми щитами. Наличие корпуса приводит к усложнению конструкции сердечника статора и повышению расхода материалов.

Кроме того, известен сердечник статора электрической машины [2] являющийся прототипом предлагаемого изобретения и содержащий нажимные кольца или выполняющие их роль листы крайние, скрепляющие сердечник элементы и М n-угольных по наружному контуру листов статора, например, квадратных, ромбовидных, трапецеидальных, пяти- и т.д. угольных форм. На внутреннем диаметре листы статора содержат Z пазов для укладки обмотки. Листы статора собраны в N элементарных пакетов по M/N 1, 2, 3. листов статора, имеющих совпадающие по наружному контуру стороны. Смежные элементарные пакеты повернуты друг относительно друга в тангенциальном направлении на угол α=2•π•K/Z, где К 1, 2, 3. образуя зубчатый наружный контур. При этом наружные стороны каждого элементарного пакета за исключением крайних с торцевых сторон имеют точки сопряжения (касания) с наружными сторонами смежных элементарных пакетов. Так как 2π/α J целое число (иначе при повороте элементарных пакетов не будут совпадать пазы для укладки обмотки), то при относительном развороте элементарных пакетов получим симметричную по J осям фигуру с зубчатым наружным контуром. В силу симметрии фигуры указанные точки сопряжения будут располагаться на i 1, 2, 3. концентрических окружностях с диаметрами D_i, удовлетворяющими неравенству D_min≅D_i≅D_max. В приведенном неравенстве D_min внутренний диаметр расположения точек сопряжения, соответствующий описанной окружности многоугольника, внутри которого листы статора в аксиальном направлении располагаются без промежутков. Этот многоугольник определяет наружный контур приложения усилия опрессовки сердечника статора. D_max наружный диаметр расположения точек сопряжения, соответствующий внутреннему диаметру "зубцов" зубчатого наружного контура сердечника статора. Следовательно, точки сопряжения на D_max определяют диаметр основания указанных зубцов. Следует отметить, что наружный диаметр зубцов зубчатого наружного контура сердечника статора D_e равен максимальной диагонали n-угольного листа сердечника статора L_max. В вершинах зубцов выполнены прорези (выштамповки) для увеличения охлаждающей поверхности сердечника статора.

Скрепление сердечника статора, в данном случае, осуществляется либо заливкой сердечника статора по его наружному контуру алюминием, либо с помощью наружного кожуха, скрепленного с кольцами нажимными.

Однако применение заливки по наружному контуру [2] на который дается ссылка в прототипе) или расположение наружного скрепляющего кожуха сводят на нет преимущества по условиям охлаждения зубчатого наружного контура сердечника статора с непосредственной теплоотдачей от его поверхности без промежуточных элементов, усложняет конструкцию.

Анализ приведенного уровня техники свидетельствует о том, что задачей изобретения является создание сердечника статора электрической машины с более простой конструкцией при сохранении условий теплоотдачи с поверхности сердечника статора.

Это достигается тем, что в известном сердечнике статора электрической машины, содержащем нажимные кольца (листы крайние), элементы для скрепления сердечника и M n-угольных по наружному контуру листов статора, например, квадратных, ромбовидных, трапецеидальных, пяти- и т.д. угольных форм, на внутреннем диаметре листы статора содержат Z пазов для укладки обмотки, а по наружному периметру выштамповки, листы статора собраны в N элементарных пакетов по M/N 1, 2, 3. листов, имеющих совпадающие по наружному контуру стороны, смежные элементарные пакеты повернуты друг относительно друга в тангенциальном направлении на угол a=2•π•K/Z где K 1, 2, 3. образуя зубчатый наружный контур, при этом наружные стороны каждого элементарного пакета за исключением крайних с торцевых сторон имеют точки сопряжения с наружными сторонами смежных элементарных пакетов, точки сопряжения располагаются на i 1, 2, 3. концентрических окружностях с диаметрами D_i, удовлетворяющими неравенству D_min≅D_i≅D_max, где D_min внутренний диаметр расположения точек сопряжения, соответствующий описанной окружности многоугольника, внутри которого листы статора в аксиальном направлении располагаются без промежутков, D_max наружный диаметр расположения точек сопряжения, соответствующий внутреннему диаметру "зубцов" зубчатого наружного контура сердечника статора, наружный диаметр которого образуют угловые части листов статора, в указанных угловых частях листов статора между точками сопряжений на D_max выполнено m+2 указанных выштамповок, где m 0, 1, 2. внутренние выштамповки по периметру в угловой части листа статора при 2 наружных, выштамповки образуют пазы сердечника статора по внешнему контуру, при этом наружные по периметру листа статора выштамповки образуют r пазов, оси симметрии которых проходят через точки сопряжения элементарных пакетов, a в b ≅ r пазах расположены элементы для скрепления сердечника статора.

Кроме того, указанные наружные по периметру выштамповки в листах статора на диаметре D_max могут быть выполнены в виде треугольников, одна из сторон которых совпадает с наружной стороной листа статора, а в образованных ими трапецеидальных пазах расположено b элементов для скрепления сердечника статора в виде плоских скоб.

Кроме того, в указанных треугольных выштамповках в листах статора может быть выполнена одна сторона ласточкина хвоста.

Кроме того, указанные наружные по периметру выштамповки в листах статора могут быть выполнены в виде сегментов окружностей, а в образованных ими незакрытых круглых пазах расположено b элементов для скрепления сердечника статора в виде круглых стяжек.

Кроме того, указанные элементы для скрепления сердечника могут иметь продольные ребра, выступающие из пазов сердечника статора.

Кроме того, указанные угловые части листов могут быть развернуты относительно зоны сплошного расположения листов статора.

На фиг. 1 приведен продольный разрез сердечника статора электрической машины; на фиг. 2 совмещенные вид по стрелке В на фиг. 1 и разрез А-А на фиг. 1 сердечника статора с квадратными листами статора; на фиг. 3, 4 угловые части листов статора с треугольными выштамповками; на фиг. 5, 6 наружный паз сердечника статора с плоскими скобами в пазах; на фиг. 7 наружный паз сердечника статора с круглой стяжкой; на фиг. 8 вид по стрелке D на фиг. 7 сердечника статора.

Предлагаемый сердечник статора электрической машины (фиг. 1) содержит нажимные кольца 1 или более толстые, чем остальные листы статора листы крайние (не показаны), элементы для скрепления сердечника статора 2 и М n-угольных по наружному контуру листов статора 3. Это могут быть квадратные, ромбовидные, трапецеидальные, пяти- и т.д. угольные формы листов статора.

На фиг. 2 представлены совмещенные вид по стрелке B на фиг. 1 и разрез А-А на фиг. 1 сердечника статора с квадратным листом. Следует отметить, что квадратная форма листов позволяет в наибольшей степени использовать электротехническую сталь, выпускаемую промышленностью в виде листов или лент, так как практически исключает отходы по наружному периметру листа. Листы статора 3 содержат Z пазов для укладки обмотки при дальнейшей сборке.

Листы статора 3 собраны в N элементарных пакетов 4, 5, 6 по M/N 1, 2, 3. листов статора, имеющих совпадающие по наружному контуру стороны. Смежные элементарные пакеты 4, 5, 6 повернуты в тангенциальном направлении друг относительно друга на угол α=2•π•K/Z, где К 1, 2, 3. целое число. На фиг. 2 изображен сердечник статора, например, с Z 36. При K 3 получаем, что элементарные пакеты должны быть повернуты на угол α = 30^°.
При повороте элементарных пакетов 4, 5, 6 друг относительно друга образуется зубчатый наружный контур сердечника статора. Наружные стороны каждого элементарного пакета за исключением крайних имеют точки сопряжения (соприкосновения) с соседними элементарными пакетами, при этом указанные точки сопряжения располагаются на i 1, 2, 3. окружностях диаметра D_i (см. фиг. 2), удовлетворяющих неравенству D_min≅D_i≅D_max.

На фиг. 2 изображены точки сопряжения для квадратных листов с n 4. Из фиг. 2 следует, что каждый элементарный пакет касается с двух сторон со смежными в 2•2•n 16 точках. При этом точки сопряжения располагаются на i 2 диаметрах D₁ и D₂. Окружность диаметра D₁ D_min описывает многоугольник a₁, b₁, c₁, d₁, определяющий периметр слошного в аксиальном направлении расположения листов статора 3. Окружность D₂ D_max определяет внутренний диаметр расположения точек наружного зубчатого контура сердечника статора, наружный диаметр D_e которого образуют угловые части листов статора 3.

Для упрощения скрепления листов статора 3 сердечника статора и улучшения условий его охлаждения в указанных угловых частях между двумя соседними в тангенциальном направлении точками сопряжения на D_max в листах статора 3 выполнено m+2 выштамповок. При этом m 0, 1, 2. целое число. Таким образом, в каждой угловой части листа стартора выполнено две наружных (крайних) по периметру выштамповки 7 (фиг. 3, 4) и m внутренних выштамповок 8, лежащих между наружными. Наружные выштамповки 7 в листах статора 3 образуют r наружных пазов 9 (фиг. 5, 6, 7) в сердечнике статора в зоне точек сопряжения, при этом оси симметрии этих пазов проходят через точки сопряжения элементарных пакетов на D_max, a в b ≅ r пазах расположены элементы для скрепления сердечника 2. На фиг. 3 показана угловая часть листа статора с m 1 внутренней выштамповкой 8, на фиг. 4 угловая часть листов статора с m 3. Следует отметить, что форма наружных пазов 7 в сердечнике в зоне точек сопряжения может быть различной и определяется условиями конструктивного размещения элементов для скрепления сердечника 2, а внутренних 8 условиями обеспечения максимальной теплоотдачи с поверхности сердечника статора.

Указанные наружные пазы 9 в сердечнике, располагаемые в зоне точек сопряжения элементарных пакетов 4, 5, 6 (фиг. 5, 6, 7) увеличивают поверхность охлаждения за счет увеличения наружного периметра сердечника статора и, кроме того, используются для размещения b≅r элементов для скрепления сердечника. Важно отметить, что в силу того, что указанные пазы расположены в зоне сопряжения элементарных пакетов 4, 5, 6 (фиг. 2) геометрия выштамповок 7 (фиг. 3, 4) в листах статора при сборке элементарных пакетов трансформируется в пазы 9. На фиг. 5 изображена зона наружных зубцов сердечника статора с трапецеидальным пазом 9. На фиг. 6 изображена зона наружных зубцов сердечника статора с прямоугольным пазом 9 и ласточкиным хвостом у дна. Дно паза и в том и в другом случае рационально выполнять касательным к окружности диаметра D_max. При этом указанные пазы 9 образованы из треугольных выштамповок (пазов) 7 (фиг. 3, 4) в листах статора. Если в треугольной выштамповке 7 листа статора выполнить одну сторону ласточкина хвоста (фиг. 4), то в сердечнике статора реализуется паз 9 с двумя ласточкиными хвостами (фиг. 6). Элементы для скрепления сердечника статора 2 в виде скоб могут быть закреплены в пазах путем приварки (фиг. 5) или разжима скобы в ласточкины хвосты паза (фиг. 6). Количество скоб определяется из условия обеспечения их прочности на растяжение от реакции опрессованных листов статора 3.

Аналогичная трансформация паза 9 получается и при сегментных выштамповках (не показаны). Сегментная выштамповка в листе статора в виде полуокружности трансформируется в сердечнике статора в незакрытый паз 9 с центральным углом 180^o <β <360^o (фиг. 7). При этом центр окружностей пазов 9 может располагаться на D_max.

Элементы для скрепления сердечника 2 могут иметь продольные ребра 10 (фиг. 7), образуя тем самым дополнительную теплоотдающую поверхность с сердечника статора и формируя рациональную форму каналов для прохода охлаждающего воздуха.

Для обеспечения прохождения воздуха между зубцами элементарных пакетов 4, 5, 6 (фиг. 8) в тангенциальном направлении зубцы наружного контура сердечника статора развернуты относительно зоны сплошного расположения листов статора.

Из-за того, что в угловых частях листов статора выштамповки расположены в зоне точек сопряжения элементарных пакетов их первоначальная геометрия трансформируется в пазы, размеры которых функционально соответствуют устанавливаемым в них элементам для скрепления сердечника статора. Это приводит к упрощению размещения указанных элементов для скрепления сердечника статора и к упрощению конструкции сердечника статора в целом. При этом указанные пазы и m дополнительных выштамповок между ними увеличивают периметр охлаждаемой поверхности, что обеспечивает сохранение условий теплоотдачи с поверхности сердечника статора.

Изобретение относится к электротехнике и касается электродвигателей общего назначения для применения, например, в приводе стиральных машин, дерево- и металлообрабатывающих станков. Сущность изобретения состоит в следующем. Сердечник статора электрической машины содержит нажимные кольца, элементы для скрепления сердечника статора и М n-угольных по наружному контуру листов статора. На внутреннем диаметре листы статора содержат пазов для укладки обмотки, а по наружному периметру - выштамповки. Листы статора собраны в N элементарных пакетах по M/N = 1, 2, 3... листов, имеющих совпадающие по наружному контуру стороны. Смежные пакеты повернуты друг относительно друга в тангенциальном направлении на угол α=2•π•K/Z , где К = 1, 2, 3..., образуя зубчатый наружный контур. Наружные стороны каждого элементарного пакета за исключением крайних с торцевых сторон имеют точки сопряжения с наружными сторонами смежных элементарных пакетов. Точки сопряжения располагаются на i = 1, 2, 3... концентрических окружностях с диаметрами D_i, удовлетворяющими неравенству D_min≅D_i≅D_max, где D_min - внутренний диаметр расположения точек сопряжения, соответствующий описанной окружности многоугольника, внутри которой листы статора в аксиальном направлении располагаются без промежутков, D_max - наружный диаметр расположения точек сопряжения, соответствующий внутреннему диаметру зубцов зубчатого наружного контура сердечника статора. Согласно изобретению в угловых частях листов статора между точками сопряжений на D_max выполнено m+2 указанных выштамповок, где m = 0, 1, 2... - внутренние по периметру выштамповки в угловой части листа, при двух наружных. Наружные выштамповки образуют наружные пазы сердечника статора. При этом наружные по периметру листа статора выштамповки образуют r пазов, оси симметрии которых проходят через точки сопряжения элементарных пакетов на D_max. В b≅r пазах расположены элементы для скрепления сердечника статора. Предлагаемый сердечник статора имеет более простую конструкцию. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Сердечник статора электрической машины, содержащий нажимные кольца, элементы для скрепления сердечника статора и М n-угольных по наружному контуру листов статора, на внутреннем диаметре листы статора содержат Z пазов для укладки обмотки, а по наружному периметру выштамповки, листы статора собраны в N элементарных пакетов по M/N 1,2,3. листов, имеющих совпадающие по наружному контуру стороны, смежные элементарные пакеты повернуты относительно друг друга в тенгенциальном направлении на угол α=2•π•K/Z, где K 1,2,3. образуя зубчатый наружный контур, при этом наружные стороны каждого элементарного пакета, за исключением крайних с торцевых сторон, имеют точки сопряжения с наружными сторонами смежных элементарных пакетов, точки сопряжения располагаются на i 1,2,3. концентрических окружностях с диаметрами D_i, удовлетворяющими неравенству D_m i n ≅ D_i ≅ D_m a x, где D_m i n - внутренний диаметр расположения точек сопряжения, соответствующий описанной окружности многоугольника, внутри которой листы статора в аксиальном направлении располагаются без промежутков, D_m a x - наружный диаметр расположения точек сопряжения, соответствующий внутреннему диаметру зубцов зубчатого наружного контура сердечника статора, отличающийся тем, что в угловых частях листов статора между точками сопряжений на D_m a x выполнено m+2 указанных выштамповок, где m 0,1,2, внутренние по периметру выштамповки в угловой части листа при двух наружных, наружные выштамповки образуют наружные пазы сердечника статора, при этом наружные по периметру листа статора выштамповки образуют r пазов, оси симметрии которых проходят через точки сопряжения элементарных пакетов на D_m a x, а в b ≅ r пазах расположены элементы для скрепления сердечника статора. 2. Сердечник по п.1, отличающийся тем, что наружные по периметру выштамповки в листах статора на диаметре D_m a x выполнены в виде треугольников, одна сторона которых совпадает с наружной стороной листа статора, а в образованных ими трапецеидальных пазах расположено b элементов для скрепления сердечника статора в виде плоских скоб. 3. Сердечник по п.2, отличающийся тем, что в треугольных выштамповках в листах статора выполнена одна сторона ласточкина хвоста. 4. Сердечник по п.1, отличающийся тем, что наружные по периметру листа статора выштамповки выполнены в виде сегментов окружностей, а в образованных ими незакрытых круглых пазах расположено b элементов для скрепления сердечника статора в виде круглых стяжек. 5. Сердечник по п.2, отличающийся тем, что в элементах для скрепления сердечника статора выполнены продольные ребра, выступающие из пазов сердечника статора. 6. Сердечник по п.1, отличающийся тем, что угловые части листов статора развернуты относительно зоны сплошного расположения листов статора.