ЛОБОВАЯ ЧАСТЬ ОДНОВИТКОВОЙ КАТУШКИ ДВУХСЛОЙНЫХ ОБМОТОК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН Российский патент 1998 года по МПК H02K3/04 H02K15/04 

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано при производстве обмоток электрических машин.

Известна одновитковая катушка жесткой двухслойной обмотки якоря [1, 4], выполненная из привода прямоугольного сечения и содержащая последовательно соединенные переходными кривыми переднюю лобовую часть с транспозицией проводников в головке лобовой части, пазовые части и выводные концы, у которой лобовая часть состоит из двух плеч и головки лобовой части, выполненной в виде кругового кольца, расположенного в плоскости, проходящей через продольную ось машины и биссектрису центрального угла между пазовыми частями катушки, причем головка лобовой части соединена с плечами лобовой части переходными кривыми, а проводники в головке лобовой части изогнуты "на ребре".

Из уровня техники также известна концентрация уравнительных соединений первого рода, располагаемых со стороны коллектора в цилиндрических плоскостях, которые выгибаются по таким же кривым, как передняя лобовая часть вышеописанной катушки [2, 3].

Общими признаками конструкции лобовой части рассматриваемой катушки и заявляемого технического решения являются выполнение катушки из провода прямоугольного сечения и наличие составляющих переднюю лобовую часть двух плеч и головки лобовой части, в которой осуществляется переход из слоя в слой, соединенной переходными кривыми с плечами.

Недостатками конструкции катушки [1] и уравнительных соединений [2] являются неудовлетворительные массогабаритные показатели вследствие большого аксиального вылета лобовой части и значительной длины провода в ней, обусловленных наличием перехода из слоя в слой в виде части кругового кольца, а также невозможность механизированного наложения ленточной изоляции на поверхность головки лобовой части катушки вследствие сложного пространственного контура головки лобовой части.

Известна конструкция одновитковой катушки и уравнительных соединений для обмоток электрических машин [5] , которые выполняются из провода прямоугольного сечения. Головка лобовой части такой катушки выполнена в виде изогнутого "на ребро" провода прямоугольного сечения под углом, соответствующим угловому шагу обмотки, а плечи лобовой части изогнуты винтообразно во взаимно противоположных направлениях на 90^o. В лобовой части такой катушки переход из слоя в слой и транспозиция проводников осуществляются на участке, ограниченном головкой лобовой части и двумя отрезками плеч лобовой части, на которых осуществляется поворот сечения провода на 90^o.

Общими признаками лобовой части рассматриваемой катушки и заявляемого технического решения являются выполнение катушки из провода прямоугольного сечения, наличие составляющих лобовую часть двух плеч и головки лобовой части и осуществление перехода из слоя в слой в лобовой части катушки.

Недостатками конструкции лобовой части катушки [5] являются неудовлетворительные массогабаритные показатели вследствие увеличенного аксиального вылета головки лобовой части, вызванного изгибом провода в ней "на ребро", тем большего, чем выше отношение ширины провода к его толщине, и увеличенного угла наклона плеч лобовой части из-за наличия отрезков плеч, где происходит поворот сечения на 90^o, что не позволяет укладывать плечи лобовой части соседних катушек вплотную друг к другу. Наиболее близка к заявляемому техническому решению конструкция лобовой части катушки [6], представляющей одновитковую секцию из провода прямоугольного сечения. Головка лобовой части этой катушки выполнена в виде изгиба провода вокруг продольной оси сечения провода (на плоскость), а плечи выполнены в виде двух разнонаправленных изгибов вокруг поперечного оси сечения провода ("на ребро"), при сохранении положения поверхностей провода по отношению к контуру провода, т.е. без транспозиции провода в лобовой части катушки.

Общими признаками конструкции лобовой части этой катушки и заявляемого технического решения являются выполнение катушки из провода прямоугольного сечения, наличие составляющих лобовую часть двух плеч и головки лобовой части, причем провод в головке лобовой части изогнут на плоскость, a поверхности провода в лобовой части не меняют своего положения по отношению к контуру катушки, т.е. отсутствует транспозиция.

Недостатком конструкции лобовой части катушки [6] являeтся наличие изгибов плеч лобовой части, в результате чего невозможна плотная укладка плеч лобовых частей соседних катушек, что в некоторых случаях необходимо, например, при укладке уравнительных соединений для уменьшения габаритов якоря или для увеличения механической прочности лобовых частей путем их склейки или заливки эпоксидным компаундом [3, с. 191].

Задачей предлагаемого изобретения являются улучшение массогабаритных показателей, повышение технологичности путем обеспечения конструкции в дальнейшем возможности механизированного наложения ленточной изоляции в лобовых частях, осуществление плотной укладки плеч лобовых частей соседних одновитковых катушек обмоток электрических машин.

Сущность изобретения состоит в том, что лобовая часть одновитковой катушки двухслойных обмоток электрических машин, содержащая два плеча и головку, согласно изобретению выполненa из отдельного провода транспонированного стержня Ребеля, ограниченного зоной транспозиции ± (90^o + 45^o) от линии изгиба плоскости провода в середине перехода из столбика в столбик.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена в двух проекциях конструкция пазовой части транспонированного стержня Ребеля стержневой обмотки электрических машин согласно [3, стр. 186, рис. 7-15]; на фиг. 2 - две проекции отдельного провода 1 на фиг. 1 стержня Ребеля; на фиг. 3 - две проекции конструкции одновитковой двухслойной катушки обмоток электрических машин с нетранспонированной лобовой частью 5; 7; 5; представляющей конструкцию отдельного провода стержня Ребеля, ограниченного зоной транспозиции ± (90^o + 45^o) от линии изгиба 1' - 1 плоскости провода на фиг. 2; на фиг. 4 - две проекции линейной электрической машины или развертки на плоскость цилиндрической электрической машины с одновитковыми катушками двухслойной обмотки с лобовыми частями в виде конструкции отдельного провода стержня Ребеля, ограниченного зоной транспозиции ± (90^o + 45^o) от линии изгиба прoвода на плоскость; на фиг. 5 - сечение В-В пазовой части электрической машины на фиг. 4; на фиг. 6 - вид с торца на лобовые части цилиндрического якоря электрической машины с такими катушками.

На фиг. 1 - 6 цифрами обозначены:
1 - отдельный провод стержня Ребеля с зоной транспозиции ± (90^o + 45^o) от линии 1' - 1 изгиба на его плоскости;
2 - отдельный провод стержня Ребеля с зоной транспозиции

от линии 2' - 2 изгиба его на плоскость;
3 - отдельный провод стержня Ребеля с зоной транспозиции

от линии 3' - 3 изгиба его на плоскость;
5 - зона транспозиции провода 1 стержня Ребеля, где осуществляется переход провода из одного столбика в другой [7, стр. 153], или головка лобовой части катушки заявляемого технического решения, в которой осуществляется переход провода из слоя в слой двухслойной обмотки;
6 - зона транспозиции провода 1 стержня Ребеля, где осуществляется переход провода из одного столбика в другой;
7 - наклонно располагаемая в пазу электрической машины часть отдельного провода стержня Ребеля или плечо лобовой части катушки заявляемого технического решения с углом наклона, соответствующим угловому шагу обмотки;
8 - пазовая часть катушки обмоток электрических машин;
9 - шихтованный сердечник электрической машины;
10 - вал якоря электрической машины;
11 - сердечник якоря;
12 - обмоткодержатель лобовых частей.

Известна конструкция стержня стрежневой обмотки турбогенераторов и гидрогенераторов [3, стр. 185-191]; [7, стр. 153-155], в которой общее сечение стержня подразделено на отдельные провода малого сечения с транспозицией проводов только в пазовой части машины или в пазовой и лобовой частях. Такая конструкция получила имя Ребеля. Стержень Ребеля (фиг. 1), представляет собой набор медных проводов 1; 2; 3 и т.д. прямоугольного сечения, расположенных в двух вертикальных столбиках. В начальной, нетранспонированной части стержня все отдельные провода располагаются параллельно оси стержня и друг другу. В начале зоны транспозиции, левее оси 1 - 1' (фиг. 1) провод 1 изгибается "на ребро" под углом 30 - 45^o к оси стержня, как описано в [8, стр. 123-125], переходит в другой столбик стержня; одновременно изгибается в середине перехода относительно оси 1 - 1' на плоскость и наклонно спускается вниз стержня до оси 1' - 1. Через расстояние t (фиг. 1) на его место в верхней части стержня поднимается провод 2 (ось 2 - 2'). Расстояние t называется "шагом плетения" [7, стр. 153-154]. В районе оси 1' - 1 прoвод 1 вновь изгибается на ребро и на плоскость и, таким образом, возвращается в первый столбик и, постепенно поднимаясь под углом вверх стержня, занимает свое первоначальное положение. Следовательно, отдельный провод 1 в зоне транспонирования 360^o делает как бы один полный оборот вокруг оси стержня. Все остальные проводники переплетаются таким же образом. Конструкция отдельного провода 1 показана на фиг. 2. Следует отметить, что провод 1 на фиг. 2 будет иметь симметричные по длине наклонные части 7 относительно оси изгиба его на плоскость 1 - 1 в пределах зоны транспозиции ± (90^o + 45^o), а каждый нижележащий отдельный провод 2, 3 и т.д. - не симметричные, а со сдвигом на угол α^°, соответствующий шагу плетения. Так, например, прoвод 2 (фиг. 1) будет иметь зону транспозиции наклонных частей 7 (фиг. 2) относительно оси 2' - 2 (фиг. 1) изгиба на плоскость

и соответственно разные длины наклонных частей 7. Для применения конструкции отдельного провода транспонированного стержня Ребеля, ограниченного зоной транспозиции ± (90^o + 45^o) от линии изгиба плоскости провода в середине перехода из столбика в столбик, в качестве конструкции нетранспонированной лобовой части одновитковой катушки и уравнительного соединения двухслойных обмоток электрических машин используются следующие его свойства:
свойство перехода из столбика в столбик, обеспечиваемое изгибом провода на ребро под углом 30 - 45^o и одновременным изгибом провода на ребро под углом 30 - 45^o и одновременным изгибом на плоскость в середине перехода под углом, соответствующим углу наклона по высоте стержня в качестве свойства перехода провода лобовой части катушки из слоя в слой двухслойной обмотки электрических машин;
свойство наклонного расположения отдельного провода стержня в пазу в зоне транспозиции ± (90^o + 45^o) - в качестве угла наклона плеча лобовой части катушки согласно [9, стр. 56], при этом зона 5 (фиг. 2, 3) транспозиции 90^o, где происходит изгиб провода на ребро под углом (30 - 45^o) и переход из столбика в столбик, соответствует головкe лобовой части катушки, в такой головке переход провода катушки из слоя в слой обмотки происходит при сохранении положения поверхностей провода по отношению к контуру провода катушки, т.е. без транспозиции, как описано в [6];
шаг плетения t отдельных проводов в стержне соответствует зубцовому делению сердечника ([9], фиг. 4);
шаг y (фиг. 4) катушки по пазам с такой лобовой частью соответствует зоне транспозиции ± (90^o + 45^o) отдельного провода стержня Ребеля.

Для образования одновитковой катушки с такой лобовой частью достаточно сопряжения плеч лобовой части 7 (фиг. 2, 3, 4) с пазовыми частями 8, как показано на фиг. 4, причем пазовые части должны быть как бы перпендикулярны к продольной оси стержня Ребеля.

Для образования обмотки электрической машины в пазы сердечника 9 (фиг. 4) укладываются одновитковые катушки двухслойной обмотки с лобовыми частями, конструкция которых соответствует конструкции отдельного провода транспонированного стержня Ребеля, ограниченного зоной транспозиции ± (90^o + 45^o) от линии изгиба в середине перехода из столбика в столбик плоскости провода. При укладке катушек образуется двуxcлойное плетение лобовых частей, аналогичное двум столбикам стержня Ребеля. Однако в отличие от стержня Ребеля все лобовые части 7 катушек одинаковы, в то время как в стержнях Ребеля каждый отдельный провод имеет свою зону транспозиции от линии перегиба провода на плоскость в зависимости от положения провода по высоте стержня до начала зоны транспозиции. При укладке катушек в цилиндрические сердечники якоря, как показано на фиг. 6, плечи 7 (фиг. 4) должны быть изогнуты аналогично тому, как изгибаются проводники стержня Ребеля при изготовлении транспонированных лобовых частей бочечной обмотки по радиусу R1 [3, стр. 189, рис. 7-20] и как показано на фиг. 6.

Таким образом, применение известной конструкции отдельного провода транспонированного стержня Ребеля, ограниченного зоной транспозиции ± (90^o + 45^o) от линии изгиба плоскости проводов в середине перехода из столбика в столбик, в качестве конструкции лобовой части (или уравнительных соединений) двухслойных обмоток электрических машин стало возможным благодаря обнаруженной авторами взаимосвязи между свойствами отдельных проводов транспонированного стержня Ребеля и нетранспонированной лобовой части катушки, позволяющей образовывать двухслойные обмотки электрических машин при укладке катушек в сердечник или при укладке уравнительных соединений двухслойных обмоток электрических машин. Применение таких катушек и уравнительных соединений позволяет осуществлять плотную укладку без зазоров между плечами 7 лобовых частей катушек, подобно тому как лежат отдельные провода 1; 2; 3 и т.д. стержня Ребеля (фиг. 1), что в итоге уменьшает длину лобовой части, ее вылет, а осуществление перехода провода из слоя в слой в головке лобовой части катушки путем двукратного изгиба прoвода на ребро под углом 30 - 45^o и на плоскость в середине этого перехода под углом, соответствующим углу наклона плеч лобовой части без образования переходной петли, как в катушке по [1, 4], а также ограничение зоны перехода головкой лобовой части, дополнительно уменьшает вылет лобовой части катушки и уравнительных соединений, что позволяет уменьшить длину электрических машин, а также получать после пропитки и склейки прочную в механическом отношении конструкцию лобовой части или уравнительных соединений электрических машин.

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано при производстве обмоток электрических машин. Сущность изобретения состоит в том, что из отдельного провода транспонированного стержня Ребеля, ограниченного зоной транспозиции ±(90^o + 45^o) от линии изгиба плоскости провода в середине перехода из столбика в столбик, предлагается выполнять нетранспортированную лобовую часть одновитковой катушки двухслойных обмоток электрических машин. Изобретение направлено на улучшение массо-габаритных показателей, повышение технологичности путем обеспечения возможности в дальнейшем механизированного наложения ленточной изоляции в лобовых частях и плотной их укладки для соседних одновитковых катушек. Изобретение может быть использовано также для уравнительных соединений обмоток электрических машин. 6 ил.

Лобовая часть одновитковой катушки двухслойных обмоток электрических машин, содержащая два плеча и головку, отличающаяся тем, что выполнена из отдельного провода транспортированного стержня Ребеля, ограниченного зоной транспозиции ±(90^o+45^o) от линии изгиба плоскости провода в середине перехода из столбика в столбик.