СЕРДЕЧНИК СТАТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 1998 года по МПК H02K1/16 

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

Известен сердечник статора электрической машины (см. Яковлев А.И. Электрические машины с уменьшенной материалоемкостью. Энергоатомиздат, 1989, 240 с.; с. 11, 14-15, 40), который выполнен из n-угольных листов статора, объединенных в пакет таким образом, что наружные стороны листов образуют n-угольные призмы. Так как в середине листов статора (по длине наружных сторон) сечение магнитопровода ослаблено по сравнению с направлением по диагоналям листов статора, на сердечнике снаружи установлены ферромагнитные накладки в виде сегментов. При этом сегментные накладки могут быть выполнены из выштамповок у краев полосы из электротехнической стали, из которой были изготовлены листы статора. Сегментные накладки также могут быть получены путем прессования из ферромагнитного, например железного, порошка. Вершины угловых частей статора для уменьшения габаритных размеров сердечника статора могут быть удалены до некоторого диаметра, меньшего, чем диагонали вершин листов статора.

Набранный из листов статора и опрессованный пакет скреплен элементами для скрепления, например, сваркой по наружной поверхности пакета и запрессован в корпус с наружными продольными ребрами, выполненный из алюминия.

Указанные ферромагнитные накладки и корпус могут быть выполнены как одно целое путем прессования из ферромагнитного порошка на основе стали. Корпус имеет внутренние продольные и кольцевые ребра. При этом продольные ребра выполнены в виде ласточкина хвоста и расположены в специальных выштамповках в листах статора. Внутренние кольцевые (тангенциальные) ребра расположены за пределами пакета в зоне подшипниковых щитов.

Однако указанный сердечник статора электрической машины обладает сравнительно худшими условиями теплоотдачи от обмотки статора к корпусу, так как, во-первых, пазы для укладки обмотки расположены на расстоянии, равном толщине ярма магнитопровода, от охлаждающего алюминиевого корпуса, а во-вторых, при посадке пакета в корпус в зоне посадки сохраняются определенные воздушные промежутки - микрозазоры, ухудшающие общую теплопроводность. При выполнении корпуса из стального порошка за одно целое с накладками указанные воздушные промежутки между ярмом и корпусом исключаются. Но при этом резко уменьшается теплопроводность от обмотки до наружной поверхности корпуса, так как коэффициент теплопроводности стали в 5 - 10 раз хуже теплопроводности алюминия. Поэтому наличие больших длин для прохождения тепла от обмотки по стали, а также воздушных включений на его пути ухудшает условия теплопередачи от обмотки. Это приводит, в свою очередь, к необходимости уменьшения токовых нагрузок в обмотке и, следовательно, к уменьшению мощности электродвигателя в данном объеме.

Кроме того, известен сердечник статора электрической машины (см. Основич Л.Д., Шейнин А.М., Инкин А.И. и др. Особенности конструкции и вопросы проектирования электрических машин с малоотходным ярмом - радиатором. Межвуз. сб. науч. тр. : Электрические машины с составными активными объемами. Новосибирск, 1989, с. 20-26), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и содержащий пакет сердечника статора, образованный из элементарных пакетов, набранных из n-угольных листов. Элементарные пакеты повернуты друг относительно друга на угол, кратный углу между пазами листов статора для укладки обмотки, образуя по наружному периметру зубчатый контур. С помощью элементов для скрепления, соединенных с нажимными кольцами, листы сердечника статора скреплены в пакет. При этом в качестве элементов для скрепления могут быть использованы скобы, располагающиеся на наружной поверхности пакета, или шпильки, расположенные в отверстиях в угловых частях листов статора и изолированные от последних.

Так как наружные стороны листов статора имеют n-угольную форму, то при тангенциальном повороте n-угольных элементарных пакетов друг относительно друга указанные наружные стороны каждого элементарного пакета за исключением крайних будут иметь точки сопряжения (соприкосновения) с наружными сторонами смежных элементарных пакетов, расположенных с двух сторон. Точки сопряжения расположены симметрично относительно оси симметрии сердечника статора, проходящей через ось вращения, по i=1, 2, 3...концентрическим окружностям с диаметрами D_i≤D_max, где D_max - окружность с максимальным диаметром, на которой располагаются основания зубцов зубчатого наружного контура. Вершины указанных наружных зубцов образуют угловые части элементарных пакетов, расположенных по диаметру D_c.

В указанном устройстве охлаждающими элементами являются наружные зубцы зубчатого наружного контура, обдуваемые вентилятором. Как было указано, сталь имеет достаточно низкий уровень теплопроводности, что приводит к высоким перепадам температур от обмотки до поверхности охлаждаемых воздухом зубцов, а также в силу поворота элементарных пакетов друг относительно друга на наружной поверхности сердечника образуются тангенциально расположенные сегментные по форме пазы, наружный контур которых образован дугами диаметром D_c, а хорды - наружными сторонами элементарных пакетов. Так как указанные тангенциальные пазы расположены перпендикулярно потоку охлаждающего воздуха, в них образуются застойные, плохо охлаждаемые зоны. Указанные обстоятельства резко снижают эффективность охлаждения сердечника статора.

Анализ приведенного уровня техники свидетельствует о том, что задачей изобретения является создание сердечника статора электрической машины с более эффективным охлаждением.

Это достигается тем, что в известном сердечнике статора электрической машины, содержащем кольца нажимные, пакет сердечника статора и связанные с кольцами нажимными элементы для скрепления сердечника статора, пакет сердечника статора образован из элементарных пакетов, набранных из n-угольных листов, угловые части которых скруглены до диаметра D_c, элементарные пакеты повернуты друг относительно друга в тангенциальном направлении и образуют сегментные пазы, расположенные тангенциально, наружный контур которых образован дугами диаметра D_c, внутренние хорды и ширина - наружными сторонами и толщиной элементарных пакетов, при этом наружные стороны каждого элементарного пакета за исключением крайних имеют точки сопряжения с наружными сторонами смежных элементарных пакетов, точки сопряжения располагаются на i= 1, 2, 3... концентрических окружностях с максимальным диаметром расположения точек сопряжения D_max, при этом диаметры скругления угловых частей листов статора выполнены большими, чем наружные диаметры точек сопряжения, т.е. D_c>D_max, образуя в "свету" на наружной поверхности сердечника статора продольные треугольные канавки с внутренними вершинами, расположенными на D_max, при этом указанные элементарные пакеты заключены в корпус с наружными продольными ребрами, а продольные треугольные канавки и тангенциальные сегментные пазы заполнены материалом, из которого выполнен корпус, и представляют с ним и с кольцами нажимными единое целое, образуя соответственно продольные треугольные и тангенциальные сегментные внутренние ребра корпуса.

Также указанные элементы для скрепления сердечника статора могут являться продольными внутренними ребрами.

На чертеже представлен продольный разрез сердечника статора электрической машины; на фиг. 2 - совмещенные вид Б и разрез по В-В сердечника статора.

Предлагаемый сердечник статора электрической машины (фиг. 1) содержит нажимные кольца 1, корпус 2 и пакет сердечника статора 3, образованный из элементарных пакетов 4 - 6, повернутых друг относительно друга в тангенциальном направлении. Угол поворота элементарных пакетов равен или кратен углу между пазами в сердечнике статора, предназначенными для укладки обмотки.

Наружные стороны элементарных пакетов 4 - 6 за исключением крайних элементарных пакетов имеют точки сопряжения (соприкосновения) с наружными сторонами смежных элементарных пакетов. Точки сопряжения, в силу симметрии листов статора 7, из которых собраны элементарные пакеты 4 - 6, располагаются по i = 1, 2, 3... концентрическим окружностям с максимальными диаметром расположения точек сопряжения D_max.

Угловые части листов статора 7 выполнены скругленными до диаметра D_c>D_max, образуя при указанном взаимном развороте элементарных пакетов 4 - 6 на наружной поверхности сердечника статора "в свету" продольные треугольные канавки 8 с внутренними вершинами, расположенными на D_max, и сегментные пазы 9 - 11, расположенные тангенциально, наружный контур которых образован дугами диаметра D_c, а внутренние хорды и ширина - наружными сторонами и толщиной элементарных пакетов 4 - 6.

Элементарные пакеты 4 - 6, образующие пакет сердечника 3, заключены в корпус 2, содержащий наружные и внутренние ребра. Наружные продольные ребра 12 выполнены с корпусом 2 и с кольцами нажимными 1 как одно целое и служат для интенсификации теплоотдачи с поверхности корпуса. Внутренние ребра корпуса 2 образованы заполнением указанных продольных треугольных пазов 8 и тангенциальных сегментных пазов 9 - 11 материалом корпуса 2 и колец нажимных 1 и также выполнены с ними как одно целое. Одним из вариантов получения корпуса 2, колец нажимных 1 и указанных наружных и внутренних ребер как одно целое является литье, например, из алюминиевых сплавов.

Так как продольные внутренние ребра 8 выполнены с кольцами нажимными 1 как одно целое, они могут выполнять роль скрепляющих элементов для скрепления сердечника статора, воспринимая усилие опрессовки пакета 3. При этом в качестве элементов скрепляющих могут быть дополнительно использованы и другие элементы, например скобы (не показаны), но их число и сечение будут меньше. Это упрощает их установку на пакете 3 сердечника.

При продлении наружных продольных ребер 12 корпуса 2 до зоны колец нажимных 1 указанные ребра наряду с внутренними продольными ребрами могут являться элементами для скрепления сердечника статора.

Из-за того, что внутренние тангенциальные сегментные ребра 9 - 11 расположены внутри ярма магнитопровода (по сравнению с наружными размерами сердечника статора "в свету" по диаметру D_c) и, следовательно, располагаются вблизи пазов 13, предназначенных для укладки обмотки, это приводит к существенному уменьшению пути теплового потока по стали. В предлагаемой конструкции обеспечивается прохождение теплового потока от пазов 13 по сравнительно коротким участкам стального магнитопровода элементарных пакетов 4 - 6, далее в алюминиевые тангенциальные сегментные ребра 9 - 11, выполненные с ними как одно целое, т.е. без микрозазоров, корпус 2 и наружные продольные ребра 12. Уменьшение перепада температур от обмотки до наружной поверхности корпуса обеспечивает улучшение охлаждения сердечника статора электрической машины.

Кроме того, из-за восприятия продольными ребрами корпуса усилия опрессовки пакета сердечника статора упрощается конструкция сердечника статора за счет полного или частичного исключения других элементов для скрепления статора, например скоб.

Кроме того, так как корпус сердечника статора содержит не только наружные ребра но и внутренние взаимно перпендикулярные ребра, увеличивающие его жесткость, его оболочка может быть выполнена более тонкой, что приводит к сохранению веса корпуса и сердечника статора в целом, несмотря на наличие дополнительных внутренних ребер.

Улучшение охлаждения позволяет увеличить токовые нагрузки в данном объеме сердечника статора электрической машины и соответственно мощность, т.е. улучшить энергетические показатели электродвигателя.

Использование: электродвигатели общего назначения, например, в приводе стиральных машин, дерево- и металлообрабатывающих станков. Сущность изобретения: сердечник статора электрической машины, содержащий кольца нажимные, пакет сердечника статора с нажимными элементами для скрепления сердечника статора, пакет сердечника статора образован из элементарных пакетов, набранных из n-угольных листов, угловые части которых скруглены, пакеты повернуты друг относительно друга в тангенциальном направлении и образуют сегментные пазы, расположенные тангенциально, наружный контур которых образован дугами диаметра, а внутренние хорды и ширина - наружными сторонами и толщиной элементарных пакетов, при этом указанные элементарные пакеты заключены в корпус с наружными продольными ребрами, а тангенциальные сегментные пазы заполнены материалом, из которого выполнен корпус и представляют с ним и с кольцами нажимными единое целое, образуя соответственно продольные треугольные и тангенциальные сегментные внутренние ребра корпуса. Технический результат: улучшение охлаждения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Сердечник статора электрической машины, содержащий кольца нажимные, пакет сердечника статора и связанные с кольцами нажимными элементы для скрепления сердечника статора, пакет сердечника статора образован из элементарных пакетов, набранных из n-угольных листов, угловые части которых скруглены до диаметра D_с, элементарные пакеты повернуты друг относительно друга в тангенциальном направлении и образуют сегментные пазы, расположенные тангенциально, наружный контур которых образован дугами диаметра D_с, а внутренние хорды и ширина наружными сторонами и толщиной элементарных пакетов, при этом наружные стороны каждого элементарного пакета, за исключением крайних, имеют точки сопряжения с наружными сторонами смежных элементарных пакетов, точки сопряжения располагаются на i 1, 2, 3 концентрических окружностях с максимальным диаметром расположения точек сопряжения D_m a x, при этом диаметры скругления угловых частей листов статора выполнены большими, чем максимальные диаметры точек сопряжения, т. е. D_с > D_m a x, образуя в "свету" на наружной поверхности сердечника статора продольные треугольные канавки с внутренними вершинами, расположенными на D_m a x, отличающийся тем, что указанные элементарные пакеты заключены в корпус с наружными продольными ребрами, указанные треугольные продольные канавки и тангенциальные сегментные пазы заполнены материалом, из которого выполнен корпус, и представляют с ним и с кольцами нажимными единое целое, образуя соответственно продольные треугольные и тангенциальные сегментные внутренние ребра корпуса. 2. Сердечник по п. 1, отличающийся тем, что указанные элементы для скрепления сердечника статора являются продольными внутренними ребрами.