ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 2003 года по МПК H02K5/16 H02K5/15 H02K1/16 

Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к конструкции электрических машин, преимущественно вентильных.

Известны электрические машины с зубцами статорного магнитопровода, выполненными из аксиально расположенных пластин [1]. В такой конструкции ярмо статора магнитопровода установлено в корпусе, к которому прикреплены подшипниковые щиты.

Недостатком такой конструкции является высокая погрешность величины рабочего зазора между статором и ротором. Это обусловлено большим числом сопрягаемых элементов, погрешности изготовления которых определяют суммарную погрешность рабочего зазора.

Возрастание погрешности рабочего зазора ведет к необходимости его увеличения, а следствием этого является снижение энергетических характеристик электрической машины из-за возрастания тока намагничивания.

Известен также магнитопровод электрической машины, содержащий цилиндрическое ярмо, навитое из ферромагнитной ленты, поставленной на ребро, и две полузубцовые зоны, выполненные из аксиально расположенных пластин, имеющих на торцах выступы, соединенные кольцами [2]. Жесткое соединение двух полузубцовых зон в зубцовую зону выполняется, в частности, с помощью выемок в кольцах.

Такая конструкция является наиболее близкой к заявляемому изобретению и взята за прототип.

Однако и в этом случае число составляющих погрешности рабочего зазора будет значительным, так как в суммарную погрешность его входят как погрешность подшипниковых щитов, так и погрешность торцевых колец.

Еще одним недостатком является усложненность технологии изготовления электрической машины, так как технологически сложно выполнить укладку обмотки в пазы магнитопровода со стороны внутреннего отверстия статора, особенно при малом диаметре этого отверстия, то есть в микромашинах.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в уменьшении количества промежуточных элементов, вносящих свою погрешность в суммарный рабочий зазор, благодаря размещению подшипниковых гнезд машины в торцевых кольцах, то есть из цепочки погрешностей исключается один элемент - подшипниковый щит. Торцевые кольца соединены с боковыми щитами, в которых могут быть закреплены зубцы (аксиальные зубцовые пластины). Концы зубцовых пластин в заявляемой конструкции опираются на цилиндрическую поверхность радиальных прорезей, которые выполнены снаружи торцевых колец.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в улучшении энергетических характеристик электрической машины путем уменьшения рабочего зазора, а также в упрощении технологии изготовления ее.

На фиг.1 представлен продольный разрез общего вида электрической машины, на фиг.2 - торцевое кольцо машины в двух проекциях, на фиг.3 - боковой щит в двух проекциях по первому варианту, на фиг.4 - боковой щит в двух проекциях по второму варианту.

Вал 1 ротора электрической машины установлен в подшипниках 2, 3, размещенных в кольцевых проточках 6, выполненных в торцевых кольцах 4, 5. Торцевые кольца 4, 5 имеют снаружи радиальные прорези 7, наружную цилиндрическую поверхность 8. В радиальные прорези 7 торцевых колец 4, 5 вставлены зубцовые пластины 9, каждая из которых набрана из листов электротехнической стали. Концы зубцовых пластин опираются на цилиндрические поверхности 8 торцевых колец 4, 5. В результате между зубцовыми пластинами 9 и цилиндрической поверхностью ротора имеется рабочий зазор h.

В пазах, образованных зубцовыми пластинами 9, размещена статорная обмотка 10, укладываемая снаружи. На концевые части зубцовых пластин 9, в районе торцевых колец 4, 5, могут быть надеты втулки из изолирующего материала, которые обеспечивают изоляцию обмотки 10 статора в местах возможного контакта их с открытыми кромками зубцовых пластин 9. Такую изоляцию можно обеспечить и другими известными способами.

На внешней поверхности зубцовых пластин 9 размещено ярмо 12 магнитопровода, выполненное, например, из полупластин электротехнической стали, собранных вперекрышку.

На цилиндрическую поверхность 8 торцевых колец 4, 5 посажены боковые щиты 13, 14, которые могут иметь в центральных отверстиях шлицы 15 для пропуска концов зубцовых пластин 9. Один из вариантов конструкции предусматривает выполнение торцевого кольца и бокового щита в виде одной детали.

При сборке электрической машины создается сжимающее осевое усилие, воздействующее на боковые щиты 13, 14. Собранное из полупластин вперекрышку ярмо 12 магнитопровода при этом сжимается с торцов и тем самым закрепляется. Выступающие за пределы боковых щитов 13, 14 концы крайних листов, из которых собраны зубцовые пластины 9, отгибаются, скрепляя всю конструкцию (один из вариантов выполнения). После сборки, когда снимается сжимающее осевое усилие, крайние листы зубцовых пластин 9 оказываются в напряженном состоянии растяжения за счет усилия, создаваемого сжатым пакетом полупластин ярма 12. Благодаря этому создается жесткость и устойчивость всей конструкции электрической машины.

Второй вариант сборки машины и закрепления зубцовых пластин 9 состоит в том, что их концы также пропускаются в радиальные прорези 7 торцевых колец 4, 5 и далее укладываются в радиальные пазы 16, которые образованы во внутренних кольцевых приливах 17 боковых щитов 13, 14. Затем боковые щиты 13, 14 стягиваются между собой резьбовыми шпильками известным способом сборки электромашин.

Третий вариант сборки предусматривает также создание сжимающего осевого усилия, воздействующего на боковые щиты 13, 14. В выступающих за пределы боковых щитов 13, 14 концах зубцовых пластин 9 выполнены пазы, в которые закладываются пружинящие кольца 18 из немагнитного диэлектрика. При снятии сжимающего осевого усилия - машина собрана (как в первом варианте).

Первый и третий варианты сборки просты, технологичны и пригодны для микромашин, второй - для машин малой и средней мощности.

Размещение подшипниковых гнезд непосредственно в торцевых кольцах 4, 5 позволяет, по сравнению с прототипом, уменьшить число составляющих погрешность рабочего зазора элементов с 5-ти до 4-х, позволяя уменьшить величину рабочего зазора. При этом снижается ток намагничивания обмотки возбуждения, или при таком токе уменьшается ее объем.

Благодаря использованию в качестве элементов крепления крайних листов зубцовых пластин 9 упрощается сборка за счет устранения дополнительных крепежных элементов.

Дополнительным преимуществом такой конструкции является возможность использования выступающих за боковые щиты концов зубцовых пластин 9 в качестве радиаторов для охлаждения магнитопровода. Зубцово-пазовая зона имеет открытые наружу пазы, поэтому после изоляции пазов намотка может быть выполнена машинным способом, что упрощает технологию изготовления.

Предлагаемое техническое решение позволяет снизить потребляемый машиной ток на 10-15% или, при таком же токе, уменьшить затраты меди на обмотку, а упрощение намотки и сборки позволяют значительно снизить трудоемкость изготовления.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР 1338168, МКИ 4 Н 02 К 19/24.

2. Авторское свидетельство СССР 1379871, МКИ 4 Н 02 К 1/06.

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, а именно к конструкции электрических машин, преимущественно вентильных. Сущность предлагаемого изобретения заключается в уменьшении количества промежуточных элементов, вносящих свою погрешность в суммарный рабочий зазор между ротором и статором, благодаря размещению подшипниковых гнезд машины в торцевых кольцах, то есть из цепочки погрешностей исключается один элемент - подшипниковый щит. Торцевые кольца соединены с боковыми щитами, в которых могут быть закреплены аксиальные зубцовые пластины. Концы зубцовых пластин в заявляемой конструкции опираются на цилиндрическую поверхность радиальных прорезей, которые выполнены снаружи торцевых колец. Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в улучшении энергетических характеристик электрической машины путем уменьшения рабочего зазора, а также в упрощении технологии изготовления ее. 8 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Электрическая машина, содержащая магнитопровод статора, включающий цилиндрическое ярмо и аксиальные зубцовые пластины, концы которых вставлены в радиальные прорези торцевых колец, отличающаяся тем, что она снабжена соединенными с торцевыми кольцами боковыми щитами, а в торцевых кольцах выполнены гнезда для размещения подшипников ротора. 2. Электрическая машина по п. 1, отличающаяся тем, что концы зубцовых пластин опираются на внутренние цилиндрические поверхности радиальных прорезей торцевых колец и закреплены в них. 3. Электрическая машина по любому из пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что длина зубцовых пластин превышает расстояние между наружными поверхностями торцевых колец, а выступающие части крайних листов пакетов, образованных зубцовыми пластинами, отогнуты. 4. Электрическая машина по п. 1, отличающаяся тем, что в боковых щитах выполнены радиальные прорези, в которых закреплены концы аксиальных зубцовых пластин. 5. Электрическая машина по любому из пп. 1, 4, отличающаяся тем, что длина зубцовых пластин превышает расстояние между наружными поверхностями боковых щитов, а выступающие части крайних листов пакетов, образованных зубцовыми пластинами, отогнуты. 6. Электрическая машина по любому из пп. 1, 4, отличающаяся тем, что радиальные прорези выполнены в кольцевых буртах, расположенных на внутренних поверхностях боковых щитов. 7. Электрическая машина по п. 1, отличающаяся тем, что зубцовые пластины на своих концах снабжены пазами для размещения в них пружинящих (стопорных) колец. 8. Электрическая машина по п. 1, отличающаяся тем, что торцевое кольцо и боковой щит с каждой стороны магнитопровода выполнены в виде одной детали. 9. Электрическая машина по п. 1, отличающаяся тем, что ярмо выполнено из полупластин, собранных вперекрышку.