СТАТОР С ЗУБЦАМИ, ВЫПОЛНЕННЫМИ ИЗ МАГНИТОМЯГКОГО ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2004 года по МПК H02K1/16 H02K15/85 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в целом к электрическим машинам, в особенности моторам и более конкретно к конструкции их статорного узла.

Предпосылки к созданию изобретения и существующий уровень техники

Электрические машины работают на основе взаимодействия магнитного потока и электрического тока. Эксплуатационные ограничения магнитного потока определяются насыщением мягкого магнитного материала, а электрического тока - температурой, связанной с электрическим нагревом. Если для проводника обеспечивается больше пространства для уменьшения плотности тока и, следовательно, электрического нагрева, происходит уменьшение магнитного потока и, наоборот, при включении большего количества магнитомягкого материала поток возрастает, однако площадь проводника уменьшается и усиливается электрический нагрев.

В большинстве машин проводники размещают в пазах. Для получения на выходе плавного вращающего момента необходимо наполовину закрыть пазы, в результате становится трудным размещать обмотку в пазах, что приводит к получению недостаточного отношения площади проводника к площади паза. Удовлетворительным считается отношение порядка 50%. Это недостаточное отношение считается неудовлетворительным по двум причинам: во-первых, бесполезное расходование места, которое могло быть использовано для проводника или магнитомягкого материала, и, во-вторых, пространство в пазу будет служить тепловым барьером, способствующим повышению температуры при данных активных потерях.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание сердечника статора для электрической машины, который обеспечивает получение лучшего соотношения площади проводника к площади паза по сравнению со статорами в известных технических решениях.

Эта задача решается за счет того, что статор, являющийся предметом настоящего изобретения, отличается признаками, перечисленными в пункте 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты реализации этого статора описаны в зависимых пунктах.

Таким образом, настоящее изобретение касается использования качественной отделки поверхности, жестких допусков на размер и способности магнитомягких композитов к переносу трехмерного магнитного потока путем разделения железного сердечника на отдельные сегменты, состоящие из зубца и опорной части сердечника. Эти отдельные сегменты обеспечивают соединение вместе с сегментами сердечника выполненную отдельно обмотку катушечного типа и сборку в корпусе мотора.

Обмотка, выполненная без геометрических трудностей ввода в пазы, будет иметь гораздо более высокое отношение площади меди к площади паза; применение механической намотки обеспечивает отношение 70%. Если принять дополнительные меры по уплотнению обмотки в штампе, можно добиться отношения 81%, что уже близко к теоретическому максимуму (который определяется необходимостью обеспечить место для изоляции вокруг проводников).

Результатом достижения такого высокого отношения площади проводника к площади паза является значительное снижение сопротивления катушки индуктивности и, следовательно, активных потерь при большом увеличении теплопроводности. В результате при предельных значениях мотор будет обладать гораздо большей мощностью при снижении капитальных затрат и улучшении показателей эффективности, размеров и веса.

В то же время предлагаемые вспомогательные элементы можно легко производить с применением дешевых и полностью автоматизированных процессов, при этом легко удовлетворяются требования к механической прочности, сопротивлению электрическому пробою и допускам по размерам. Это является существенным отличием от обычной машины, обмотка которой требует или большого объема ручного труда, или дорогостоящих и требующих тщательной настройки намоточных машин.

На фиг.1 показан перспективный вид, показывающий сегмент, состоящий из отдельного зубца и отдельной опорной части сердечника, согласно первому варианту реализации настоящего изобретения, а также отдельную обмотку;

на фиг.2 показана отдельная опорная часть сердечника, показанного на фиг.1;

на фиг.3 показан вид сбоку отдельного зубца, показанного на фиг.1;

на фиг.4 показан вид с торца отдельного зубца, показанного на фиг.1 и 3;

на фиг.5 показан вид сбоку, соответствующий фиг.3 и показывающий элементы на фиг.1 в сборе;

на фиг.6 показан вид в поперечном разрезе, выполненном по линии VI-VI, показанной на фиг.5;

на фиг.7 показан перспективный вид, показывающий разрез отдельного зубца и отдельной опорной части сердечника согласно второму варианту реализации настоящего изобретения;

на фиг.8 показан перспективный вид, показывающий элементы на фиг.7 в сборе.

Описание предпочтительного варианта реализации

Зубец 1 статора, показанный на фиг.1 и 3-6, содержит стержень 2 с постоянной площадью поперечного сечения и периферический наконечник 3, площадь поперечного сечения которого больше, чем у стержня 2. Предпочтительно зубец 1 выполнен посредством прессования магнитомягкого порошкового материала, такого как Somaloy 500, выпускаемый фирмой Hoganas AB, Швеция.

Зубец 1 статора включает ближнюю концевую часть 4, площадь поперечного сечения которой равна (или меньше) площади поперечного сечения стержня 2.

Опорная часть 5 сердечника статора, показанная на фиг.1, 2, 5 и 6, имеет обычную форму за исключением наличия радиального сквозного отверстия 6, имеющего такую же площадь поперечного сечения, как и ближняя концевая часть 4 зубца 1 с фиг.1 и 3-6. Опорная часть 5 сердечника может быть выполнена из такого же материала, что и зубец 1, а поверхность отверстия 6 так же, как его размеры подобраны таким образом, чтобы плотно прилегать к ближней концевой части 4 зубца 1.

На фиг.1, 5 и 6 показана также обмотка 7, предназначенная для сборки с зубцом 1 и опорной частью сердечника 5 для образования сегмента статора, показанного в сборе на фиг.5 и 6. Кроме того, девять таких сегментов статора могут быть собраны с образованием полного сердечника статора, однако количество используемых сегментов может изменяться за счет соответствующего изменения размеров и углов каждого зубца 1 и опорной части сердечника 5.

При сборке отдельного сегмента статора обмотку 7 сначала надевают на стержень 2 зубца 1 со стороны ближней концевой части 4 по направлению к периферическому наконечнику 3.

Для того, чтобы это было возможно без образования какого-либо существенного зазора между обмоткой 7 и зубцом 1 в сборе, стержень 2 должен иметь по существу не уменьшающиеся поперечные размеры, т.е. по существу постоянные или возрастающие поперечные размеры по направлению от ближней концевой части 4 к периферическому наконечнику 3, т.е. по длине зубца, соответствующей обмоточному пазу. Кроме того, форма центрального отверстия обмотки 7 должна соответствовать форме стержня 2.

Второй вариант реализации сердечника статора, показанный на фиг.7 и 8, включает зубец 11, имеющий стержень 12, периферический наконечник зубца 13 и ближнюю концевую часть 14. Кроме того, этот сердечник статора имеет опорную часть сердечника 15, разделенную на две симметричные половины 15’ и 15’’, которые после сборки, как показано на фиг.8, содержат отверстия 16’, 16’’, имеющие такую же форму, как и ближняя концевая часть 14 зубца 11. В результате разделения опорная часть 15 сердечника, отверстия 16’, 16’’ и ближняя концевая часть 14 могут иметь такую форму, при которой зубец 11 крепится между двумя половинами 15’ и 15’’ в находящемся в сборе сегменте статора.

Для формирования полного сердечника статора показанные на фиг.7 и 8 элементы сдваивают и собирают с обмоткой на каждом из двух противоположных зубцов.

Хотя выше описаны два варианта реализации настоящего изобретения, специалисту в данной области техники очевидна возможность выполнения нескольких модификаций без отступления от существа данного изобретения.

Таким образом, опорные части 5 сердечника по первому варианту реализации могут быть разделены определенным образом так же, как опорные части 15 сердечника по второму варианту реализации. Кроме того, каждую из этих половин можно объединить с ближайшей половиной прилегающей опорной части 5 сердечника, так что каждая опорная часть сердечника включает половину каждого из двух отверстий.

Изобретение относится к области электротехники. Сущность изобретения состоит в следующем. Сердечник статора электрической машины включает кольцевое ярмо и множество зубцов 1, размещенных по окружности на кольцевом ярме и радиально проходящих от него, причем промежутки между зубцами образуют расположенные по окружности обмоточные пазы. Согласно изобретению каждый из зубцов 1 выполнен в виде отдельного элемента из магнитомягкого порошкового материала, имеет не уменьшающиеся по направлению к периферическому наконечнику 3 поперечные размеры по длине зубца 1, соответствующей обмоточному пазу, и имеет такие же или меньшие размеры поперечного сечения вдоль ближнего конца 4 зубца 1. Таким образом, зубец 1 может быть собран с частью 5 кольцевого ярма, и на него может быть надета обмотка 7 до сборки с ярмом. Технический результат - обеспечение лучшего соотношения площадей проводника обмотки статора и площади его пазов, что ведет к снижению сопротивления катушки индуктивности и, следовательно, к снижению активных потерь и увеличению теплопроводности. В результате повышается мощность при одновременном уменьшении затрат, размеров и массы электрической машины. 3 с. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Сердечник статора электрической машины, включающий кольцевое ярмо и множество зубцов, размещенных по окружности на кольцевом ярме и радиально проходящих от него, причем промежутки между зубцами образуют расположенные по окружности обмоточные пазы, отличающийся тем, что каждый из зубцов (1, 11) выполнен в виде отдельного элемента из магнитомягкого порошкового материала и имеет не уменьшающиеся по направлению к периферическому наконечнику (3, 13) поперечные размеры по длине зубца, соответствующей обмоточному пазу, и имеет такие же или меньшие размеры поперечного сечения вдоль ближнего конца (4, 14) зубца, собранного вместе с опорной частью (5, 15) кольцевого ярма с намотанной на него обмоткой (7) до сборки с ярмом, а в кольцевом ярме выполнены отверстия (6, 16', 16"), причем в каждое отверстие введен ближний конец (4, 14) одного зубца (1, 11).2. Сердечник статора электрической машины по п.1, отличающийся тем, что ярмо содержит столько же опорных частей сердечника (5, 15), сколько имеется зубцов (1, 11).3. Сердечник статора электрической машины по п.2, отличающийся тем, что каждая опорная часть сердечника (5, 15) содержит отверстие (6, 16', 16").4. Сердечник статора электрической машины по п.3, отличающийся тем, что каждая опорная часть сердечника разделена на две половины (15', 15"), причем каждая половина включает половину отверстия (16', 16").5. Сердечник статора электрической машины по п.2, отличающийся тем, что каждая опорная часть сердечника включает половину каждого из двух отверстий.6. Узел статора электрической машины, включающий сердечник статора, отличающийся тем, что включает также обмотку, намотанную непосредственно на зубцы до сборки с ярмом, а сердечник статора выполнен по любому из пп.1-5.7. Узел статора электрической машины, включающий сердечник статора, отличающийся тем, что включает также намотанную в виде бобины обмотку (7), надетую на зубцы (1) до сборки с ярмом, а сердечник статора выполнен по любому из пп.1-5.