ОБМОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 2006 года по МПК H02K3/04 H02K17/16 

Изобретение относится к электрическим машинам, конструкциям статоров и роторов машин переменного тока. Оно может быть использовано при проектировании и производстве электрических машин переменного тока со значительными числом полюсов.

Известны волновые стержневые обмотки электрических машин (Вольдек А.И. Электрические машины. Л., 1978, с.497-409). Она включает стержни, расположенные в верхней части пазов сердечника, образующие верхний слой обмотки, и стержни, расположенные в нижних частях пазов сердечника, образующие нижний слой обмотки, проводники лобовых частей, расположенные по торцам сердечника, включающие проводники между стержнями каждой катушки и проводники для соединения катушечных групп, а также проводники выводов фаз обмотки. Лобовые части обмотки являются жесткими и не имеют межвитковой изоляции. Однако вылет лобовых частей обмотки очень велик.

Известна обмотка электрической машины (ротора) (патент РФ №2152117, RU БИПМ №18, 27.06.2000), содержащая в пазах сердечника электрически изолированные проводники-стержни, соединенные короткозамыкающими кольцами - лобовыми частями обмотки, выполненными из элементарных короткозамыкающих колец. Изобретение позволяет снизить электрические потери в короткозамкнутой обмотке ротора от высших временных гармоник напряжения при питании машины от источника несинусоидального напряжения.

Недостатком этой обмотки является возможность ее использования только в машинах с короткозамкнутым ротором.

Известна также обмотка электрической машины (Лыткин В.В. Способ организации лобовых частей электрических машин с минимальным осевым вылетом. Вестник УГТУ №5(25), Екатеринбург, 2003. с.190-193), наиболее близкая к предложенной. Она также включает стержни, расположенные в верхней части пазов сердечника, образующие верхний слой обмотки, и стержни, расположенные в нижних частях пазов сердечника, образующие нижний слой обмотки, проводники лобовых частей, расположенные по торцам сердечника, включающие проводники между стержнями каждой катушки и проводники для соединения катушечных групп, а также проводники выводов фаз обмотки.

Для сокращения вылета лобовых частей обмотки делается изгиб стержней при выходе из пазов в плоскости, перпендикулярной оси вращения, вдоль радиусов по направлению к наружному диаметру сердечника статора (обмотка статора) или к оси вращения (для обмотки фазного ротора). Каждый стержень обмотки, выходя из паза на некотором расстоянии от торца сердечника статора (ротора), определяемом по классу напряжения, дважды сгибается по линии, проходящей под углом в 45 градусов к оси стержня вдоль его широкой стороны. Благодаря тому, что стержень сгибается по своей широкой стороне, вероятность повреждения изоляции стержней обмотки существенно ниже, чем при изгибе стержней на ребро, как это происходит в катушках обычной конструкции при переходе от верхнего стержня к нижнему. После второго изгиба стержень находится в плоскости, перпендикулярной оси вращения, и располагается вдоль радиальной линии. При этом расстояние между линиями сгиба выбирается таким образом, чтобы после двух изгибов стержень проходил под стержнем, расположенным в соседнем пазу. После этого стержень изгибается плашмя, либо по дуге окружности, либо по прямой и образует лобовую часть обмотки. Затем после двух таких же изгибов, идущих в обратном порядке, стержень переходит в соответствующий шагу обмотки паз. Для стержней, проводники в которых находятся в горизонтальном положении, лобовая часть формируется уже после двух изгибов.

Недостатком этой обмотки является значительный вылет лобовых частей, сложная технология ее изготовления, возможность изготовления только концентрических обмоток.

Цель изобретения - уменьшение вылета лобовых частей обмотки, упрощение технологии ее изготовления, экономия материала (например, меди).

Поставленная цель достигается тем, что в обмотке электрической машины, включающей стержни, расположенные в верхней части пазов сердечника ближе к зубцовой поверхности сердечника, образующие верхний слой обмотки, и стержни, расположенные в нижних частях пазов сердечника ближе к ярму сердечника, образующие нижний слой обмотки, проводники лобовых частей, расположенные по торцам сердечника, включающие электрически изолированные проводники между стержнями катушек обмотки и электрически изолированные проводники для соединения катушечных групп, а также электрически изолированные проводники выводов фаз обмотки, по крайней мере большинство проводников лобовых частей выполнены в виде перемычек, площади сечения которых в местах их соединения со стержнями меньше усредненной по длине паза площади поперечного сечения соединяемых стержней обмотки, причем места соединений упомянутых перемычек со стержнями верхнего слоя обмотки расположены со стороны зубцовой поверхности сердечника, а места соединений этих перемычек со стержнями нижнего слоя обмотки расположены со стороны ярма сердечника, при этом проводники выводов фаз обмотки также имеют площади сечения в местах их соединения со стержнями меньше усредненной по длине паза площади поперечного сечения стержней, с которыми они соединены.

Кроме того, упомянутые перемычки между стержнями катушек выполнены в виде двух колец катушечных перемычек, включающих чередующиеся в поперечном сечении этих колец проводящие электрический ток слои и слои изоляции, механически прочно связанные между собой. При этом проводники выводов фаз обмотки выполнены как единое целое со стержнями, с которыми они соединяются.

Кроме того, с целью лучшего охлаждения между не соединенными со стержнями поверхностями колец катушечных перемычек и торцевыми, не соединенными с катушечными перемычками поверхностями сердечника со стержнями выполнен воздушный зазор.

Пример конкретного выполнения изобретения иллюстрируется фиг.1, 2, 3, 4, 5.

На фиг.1 показан сектор активной части статора машины переменного тока с предложенной обмоткой. Он включает пазы 1, 2, 3, 4, 5 сердечника 6, в которых расположен верхний слой обмотки со стержнями 7, 8, 9, 10, 11 и нижний слой обмотки со стержнями 12, 13, 14, 15, 16. Эти стержни разделяет межслойная изоляция 17, показанная в пазах утолщенной пунктирной линией. Показаны катушечные перемычки 18, 19, слой изолирующего материала 20 и катушечная перемычка 21. Стержни 10 и 12 соединяет перемычка 19, площади сечения которой в местах соединения со стержнями заштрихованы и примерно в двое меньше площадей поперечного сечения стержней 10 и 12. Аналогично выполнены перемычки 18, 21 и др., соединяющие стержни катушек.

Как видно из фиг.1, места соединения перемычек со стернями верхнего слоя обмотки расположены со стороны поверхности 22 зубцового слоя сердечника 6, а места соединения перемычек со стержнями нижнего слоя обмотки расположены со стороны ярма 23 этого сердечника. Этим достигается образование места над стержнями по торцам сердечника, в котором располагаются катушечные перемычки лобовых частей обмотки.

На фиг.1 показана также перемычка 24 для соединения катушечных групп. Как видно, заштрихованные площади сечения в местах соединения ее со стержнями 13, 16 почти в 2 раза меньше площадей поперечного сечения стержней.

Выводы фаз обмотки в местах соединения со стержнями имеют площади сечения почти в 2 раза меньше площадей поперечного сечения стержней, например, вывод фазы В (фиг.1), соединенный со стержнем 11.

Между катушечными перемычками имеются слои изоляции, например (фиг.1) слой 25 - между перемычками 18 и 19, обозначенные утолщенными линиями. Имеются слои изоляции между катушечными перемычками и перемычками для соединения катушечных групп, например слой 26. Имеются также слои изоляции между катушечными перемычками и проводниками выводов фаз обмотки, например слой 27. Стержни изолированы от сердечника.

На фиг.2 показана схема обмотки, соответствующая предложенной конструкции обмотки. Нумерация пазов соответствует фиг.1. Здесь n - число пазов сердечника. Обозначения соответствуют технической литературе, например - Вольдек А.И. Электрические машины. Л., 1978, с.497-499.

На фиг.3 представлен вид статора с кольцами катушечных перемычек 28, 29 и выводами обмотки статора А, В, С. Воздушный зазор между не соединенными со стержнями поверхностями колец 28, 29 катушечных перемычек и торцевыми, не соединенными с катушечными перемычками поверхностями сердечника 6 со стержнями обозначен δл. Конструкция кольца 28 аналогична конструкции кольца 29, показанной на фиг.1.

На фиг.4 представлен вид разреза А-А, соответствующий фиг.1. Показаны чередующиеся проводящие слои 18, 19, 21 и слои изоляции 20, 25. Нижние торцевые поверхности перемычек 18, 21 соединяют (например, методом пайки) с торцевыми поверхностями стержней 9, 14. Аналогично соединяются с катушечными перемычками колец 28, 29 и остальные стержни обмотки.

На фиг.5 показано выполнение выводов предложенной обмотки. Для механической прочности выводы выполнены как единое целое со стержнями. Например, вывод В выполнен как единое целое со стержнем 11, расположенным в пазу сердечника 6.

Таким образом, предложенная обмотка электрической машины позволяет выполнить соединения между стержнями по кратчайшему расстоянию между ними, что позволяет уменьшить до минимума вылет лобовых частей электрических машин с такими обмотками.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, касается особенностей конструктивного выполнения статоров и роторов машин переменного тока и может быть использовано при проектировании и производстве электрических машин переменного тока со значительным числом полюсов. Технический результат - уменьшение вылета лобовых частей обмотки и упрощение технологии ее изготовления, а также экономия материала. Эта цель достигается тем, что в обмотке электрической машины, по крайней мере, большинство проводников лобовых частей выполнены в виде перемычек, площади сечения которых в местах их соединения со стержнями меньше усредненной по длине паза площади поперечного сечения соединяемых стержней обмотки, причем места соединений упомянутых перемычек со стержнями верхнего слоя обмотки расположены со стороны зубцовой поверхности сердечника, а места соединений этих перемычек со стержнями нижнего слоя обмотки расположены со стороны ярма сердечника, при этом проводники выводов фаз обмотки также имеют площади сечения в местах их соединения со стержнями меньше усредненной по длине паза площади поперечного сечения стержней, с которыми они соединены. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Обмотка электрической машины, включающая стержни, расположенные в верхней части пазов сердечника ближе к зубцовой поверхности сердечника, образующие верхний слой обмотки, и стержни, расположенные в нижних частях пазов сердечника ближе к ярму сердечника, образующие нижний слой обмотки, проводники лобовых частей, расположенные по торцам сердечника, включающие электрически изолированные проводники между стержнями катушек обмотки и электрически изолированные проводники для соединения катушечных групп, а также электрически изолированные проводники выводов фаз обмотки, отличающаяся тем, что по крайней мере большинство проводников лобовых частей выполнены в виде перемычек, площади сечения которых в местах их соединения со стержнями меньше усредненной по длине паза площади поперечного сечения соединяемых стержней обмотки, причем места соединений катушечных перемычек со стержнями верхнего слоя обмотки расположены со стороны зубцовой поверхности сердечника, а места соединений этих перемычек со стержнями нижнего слоя обмотки расположены со стороны ярма сердечника, при этом проводники выводов фаз обмотки также имеют площади сечения в местах их соединения со стержнями меньше усредненной по длине паза площади поперечного сечения стержней, с которыми они соединены.2. Обмотка электрической машины по п.1, отличающаяся тем, что упомянутые перемычки между стержнями катушек выполнены в виде двух колец катушечных перемычек, включающих чередующиеся в поперечном сечении этих колец проводящие электрический ток слои и слои изоляции, механически прочно связанные между собой.3. Обмотка электрической машины по п.1, отличающаяся тем, что проводники выводов фаз обмотки выполнены как единое целое со стержнями, с которыми они соединены.4. Обмотка электрической машины по п.2, отличающаяся тем, что, с целью лучшего охлаждения, между несоединенными со стержнями поверхностями колец катушечных перемычек и торцевыми, несоединенными с катушечными перемычками поверхностями сердечника со стержнями, выполнен воздушный зазор.