СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 2007 года по МПК H02K1/12 

Предлагаемое изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано для создания информационных преобразователей линейных и угловых перемещений, шаговых двигателей, электрических машин постоянного и переменного тока различной мощности.

Известен сердечник статора электрической машины [1], состоящий из набора в пакет ферромагнитных пластин с отверстиями под обмотку и зубцами, обращенными к ротору. Недостатком такого сердечника статора является большой расход медного провода из-за большой длины зубца сердечника статора и за счет образования лобовых частей.

В процессе изготовления сердечника статора образуются ошибки его геометрических параметров, магнитных свойств, числа витков обмоток. Эти ошибки нельзя устранить не разрушая сердечника, так как они обнаруживаются когда статор полностью изготовлен.

Известен статор асинхронного электродвигателя [2], содержащий магнитопровод с зубцовой зоной в виде винтовой спирали и обмотку, активные части которой расположены поперек спирали, а лобовые - вдоль спирали, отличающийся тем, что с целью упрощения конструкции магнитопровод выполнен из отдельных стержней, ориентированных вдоль продольной оси статора, каждый стержень имеет расположенные по его длине выступы, образующие зубцы, а выступы соседних стержней смещены друг относительно друга по линии винтовой спирали, при этом концы стержней скреплены торцовыми кольцами, которые образуют подшипниковый щит и охватывают концы стержней и выполнены из электропроводящего материала

Недостатками этого статора асинхронного электродвигателя являются:

1. Использование ошибочного утверждения, что активные части обмотки расположены поперек спирали, а лобовые - вдоль спирали. Во-первых потому, что спираль это не предмета мнимая линия (образ). Во-вторых, обмотка это единое целое и отдельно расположить лобовые части вдоль спирали, а активные - поперек невозможно. Кроме того, у обмотки все части активные когда подключена она к источнику энергии. В-третьих, у обмоток, выполненных на стержне, нет лобовых частей. На стержнях не образуются лобовые части обмоток. Поэтому ссылаться на отсутствующий фактор ошибочно.

2. Невозможно выполнить смещение выступов по винтовой спирали. Такого способа смещения нет. Заметим еще. Понятие «винтовая спираль» не общепринятое. Есть спираль и винтовая линия.

3. Известно изобретение [3] - статор электрической машины, где записано, что немагнитные вставки в осевом направлении выступают за наружную поверхность ферромагнитных пластин и в выступающих частях немагнитных пластин соосно с расточкой в сердечнике выполнена расточка под подшипники, при этом немагнитные пластины по обоим торцам охвачены обоймами. Здесь отличия в конструкциях нет. То есть имеется и щит с расточкой под подшипники и кольца (или обоймы), охватывающие концы сержней

Известен статор электрической машины [4], наиболее близкий по технической сущности заявляемому (прототип). Здесь статор электрической машины содержит сердечник статора, состоящий из чередующихся радиально направленных немагнитных вставок и ферромагнитных магнитопроводов с ярмами и обмотками, а в выступающих частях немагнитных вставок соосно с расточкой в сердечнике выполнена расточка под подшипники и для обеспечения возможности работы статора с ротором, набранным в пакет из зубчатых пластин, магнитопроводы статора выполнены с изгибом, образуя зубцы смещенные один относительно другого, а обмотки каждых двух соседних ярм включены встречно.

Недостатком такого статора электрической машины является сложность сборки отдельных магнитопроводов с ярмами и обмотками и последующей сборки их в сердечник статора. Намотка провода на ярма затруднена.

Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата при использовании известного статора электрической машины (прототипа), является:

1. Сложность конфигурации магнитопроводов с ярмами.

Основной задачей, на решение которой направлен заявляемый статор электрической машины, является упрощение конфигурации магнитопроводов и ярм и, как следствие этого - упрощение процесса изготовления магнитопроводов, ярм, ярм с обмотками

Техническим результатом достигаемым при осуществлении заявленного изобретения является: 1. Упрощенная конфигурация магнитопроводов и ярм. 2. Измененное положение магнитопроводов в сердечнике статора. 3. Раздельно выполненные ярма и магнитопроводы.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном статоре электрической машины, содержащем сердечник статора, состоящий из чередующихся радиально направленных немагнитных вставок, ферромагнитных магнитопроводов и ярм с обмотками, выполненными встречно каждых двух соседних обмоток для обеспечения возможности работы статора с ротором, набранным в пакет из зубчатых пластин, соосно с расточкой в сердечнике статора выполнена расточка под подшипники.

Согласно данному изобретению сердечник статора выполнен из U-образных магнитопроводов, зубцы которых обращены во внешнюю сторону и ярм, которые соединяют зубцы U-образных магнитопроводов с противостоящими зубцами соседних U-образных магнитопроводов, при этом каждый магнитопровод содержит расположенные по его длине пазы, в которых размещены немагнитные полосы с образованием продольных отверстий и чередующейся магнитной и немагнитной поверхности, обращенной к ротору, при этом торцы немагнитных вставок скреплены с опорами, образуя корпус сердечника статора электрической машины.

Указанный технический результат в частном случае достигается тем, что статор электрической машины содержит канавки, выполненные на поверхностях ярм вдоль их продольных осей симметрии.

Указанный технический результат в частном случае достигается тем, что статор электрической машины содержит обмотку на ярмах, выполненную из ленты.

Указанный технический результат в частном случае достигается тем, что статор электрической машины содержит магнитопроводы и ярма, выполненные из ферромагнитного пресспорошка.

Указанный технический результат в частном случае достигается тем, что статор электрической машины содержит вставки полосы и опоры, выполненные из ситалла.

Совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает достижение технического результата, достигаемого при осуществлении статора электрической машины тем, что U-образная конфигурация магнитопроводов, зубцы которых обращены во внешнюю сторону, позволила применить ярма с обмотками, соединяющие зубцы магнитопроводов с противостоящими зубцами соседних магнитопроводов.

Каждый магнитопровод содержит расположенные по его длине пазы, которые позволили за счет размещения в них немагнитных полос образовать продольные отверстия и создать условия для охлаждения внутренней области сердечника статора, а также образовать чередующуюся магнитную и немагнитную поверхности, обращенные к ротору, но поверхности без зазоров. Это позволяет в технологическом процессе использовать доводочные операции.

Кроме того, U-образные магнитопроводы имеют плоские боковые поверхности параллельные друг другу. Это позволяет применять гладкие боковые поверхности клинообразных вставок, то есть опять простейшей конфигурации.

Технический результат в частном случае заявленного изобретения дополнительно достигается тем, что статор электрической машины содержит ярма, на поверхности которых выполнены канавки вдоль продольных осей симметрии. Продольные канавки образуются в отверстия при намотки обмотки. Это выжнейший фактор для обмотки, которую стало возможным охлаждать с первого ряда витков.

Технический результат в частном случае заявленного изобретения дополнительно достигается тем, что в статоре электрической машины, содержащей обмотку на ярмах выполненную из ленты, обеспечивается: 1. Простая конфигурация ярма, около которого свободное пространство для намотки обмотки, так как ярма выполняются отдельно от U-образных магнитопроводов. Для намотки ленты нужно пространство потому, что она менее гибкая, чем провод круглого сечения. 2. По этой же причине (гибкости) обмотка выполняется секциями с образованием зазора между ими. Этим зазором создаются дополнительные условия увеличения теплоотдачи и теплоизлучения с боковых поверхностей витков ленты. 3. Выполнение обмотки из ленты выгодно тем, что позволяет пропускать большую плотность тока, чем выполненную из провода круглого сечения. 4. Образуется обмотка меньшим числом витков, поэтому обмотка механически более прочная, меньше вибраций. 5. Простая геометрическая форма ярм позволяет наносить изоляционный слой на поверхность напылением, окунанием, кистью, валиком. 6. Наматывание обмотки механизированным способом.

Технический результат в частном случае заявленного изобретения дополнительно достигается тем, что в статоре электрической машины, содержащем магнитопроводы и ярма, выполненные из ферромагнитного пресспорошка, обеспечивают создание монолитных магнитопроводов и ярм из недорогого материала прогрессивным методом прессования, где образуется конфигурация магнитопроводов и ярм, не требующая дополнительной обработки.

Технический результат в частном случае заявленного изобретения дополнительно достигается тем, что в статоре электрической машины, содержащем вставки, полосы и опоры выполнены из ситалла. Это позволяет избежать образование шумов, так как ситаллы имеют нулевой и отрицательный температурный коэффициент расширения. Кроме того, у ситаллов ортсутствует пористость. Они обладают нулевыми водопоглащением и газопроницаемостью. Они термостойки и хорошие механически прочные диэлектрики. Ситаллы формуются так же как в технологическом процессе производства керамических изделий [5].

Кроме того, простая геометрическая конфигурация U-образных магнитопроводов и ярм, не требующая специального оборудования и специальной технологической оснастки дополнительно позволяет производить подбор одинаковых магнитопроводов и ярм, ярм с обмотками (в пределах возможностей измерительной техники) и осуществить селективную сборку сердечника статора электрической машины.

Монолитные U-образные магнитопроводы и ярма, выполненные из ферромагнитного пресспорошка прессованием с применениев вставок, полос и опор из ситалла, обеспечивают создание сердечника со слабо изменяющимися геометрическими размерами при изменениях температуры. Магнитопроводы и ярма не обладают заметным магнитострикционным эффектом. Обмотка, выполненная из ленты, содержит меньшее число витков по сравнению с обмоткой, выполненной из провода круглого сечения, а сами витки механически более прочные и в обмотке строго упорядоченные. Совокупность действия этих признаков позволяет создать слабошумящий статор электрической машины.

Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественным всем признакам заявленного статора электрической машины, отсутствуют, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».

Результаты поиска известных технических решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата и изобретение не основано на:

- дополнении известного устройства - аналога какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно этого дополнения;

- замене какой-либо части устройства аналога другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такого дополнения;

- исключении какой-либо части устройства - аналога с одновременным исключением, обусловленной ее наличием функции и достижением обычного для такого исключения результата;

- увеличении количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в устройстве именно таких элементов;

- выполнении известного устройства-аналога или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала;

- создание устройства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого устройства и связей между ними;

- изменении количественного признака (признаков) устройства и представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменение вида взаимосвязи, если известен факт влияния каждого из них на технический результат и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, следовательно, заявленное изобретение соответствует «изобретательскому уровню».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен вид статора с торца. Здесь номерами 1, 2, 3, 4 обозначены U-образные магнитопроводы, а цифрами 5, 6, 7, 8 - ярма. В пазах U-образных магнитопроводов размещены немагнитные полосы 9 с образованием отверстий 10. Немагнитные вставки 11 с отверстиями 12 расположены между U-образными магнитопроводами. На фиг.2 цифрами 13 показана обмотка ярма 6 (здесь изображены секции обмотка 13, а на остальных ярмах обмотки не показаны). На обоих торцах сердечника статора расположены немагнитиные опоры 14 с отверстиями, совпадающими с отверстиями 12 во вставках 11.

Статор электрической машины содержит сердечник статора, выполненный из U-образных магнитопроводов 1, 2, 3, 4 (фиг.1), зубцы которых обращены во внешнюю сторону и ярм 5, 6, 7, 8, которые соединяют зубцы U-образных магнитопроводов с противостоящими зубцами соседних U-образных магнитопроводов, при этом каждый магнитопровод содержит расположенные по его длине пазы, в которых размещены немагнитные полосы 9 с образованием продольных отверстий 10 и чередующейся магнитной и немагнитной поверхности, обращенной к ротору, при этом торцы немагнитнгых вставок скреплены с опорами 14, у которых отверстия крепления совпадают с отверстиями 12 вставок 11, образуя корпус сердечника статора электрической машины.

Статор электрической машины работает следующим образом. После выполнения обмоток на ярмах 5, 6, 7, 8, которые включены встречно, в каждых двух соседних обмотках для обеспечения возможности работы статора с ротором, набранным в пакет из зубчатых пластин, и подключения обмоток к источнику питания магнитный поток Ф в ярмах 5, 6, 7, 8 и в U-образных магнитопроводах 1, 2, 3, 4 будет распространяться по следующему пути, показанному на схеме фиг.3. Образованные таким образом полюса замыкаются через ротор, возбуждая эдс в обмотках ротора (например, с беличьей клеткой) и протекание тока в них, который взаимодействует с магнитным потоком статора, и создается момент сил, побуждающий ротор перемещаться.

Как следует из вышеизложенного, достижение технического результата обеспечивается созданной возможностью наматывать обмотку маханизированным способом, создавать обмотку из ленты, изготавливать ярма и U-образные магнитопроводы простейшими приемами-прессованием. Эти достижения связаны с упрощенными конфигурациями ярм и магнитопроводов и их взаимного расположения в сердечнике статора. Сопоставление параметров, характеризующих заявляемые изобретение и прототип, позволяют сделать вывод, что заявляемый статор обладает преимуществами при изготовлении, так как не требуется специальной технологической оснастки. Используется недорогой ферромагнитный пресспорошок. Создана возможность заменять обмотки на ярмах или ярма с обмотками, не разрушая сердечника статора.

Кроме указанного достигаемого технического результата и преимуществ заявленного статора электрической машины следует отметить также дополнительные достоинства, состоящие в том, что в заявляемом статоре созданы условия для охлаждения магнитопровода в рабочей зоне и охлаждения первого ряда обмотки.

Таким образом, приведенные сведения доказывают, что при осуществлении заявленного изобретения выполняются следующие условия:

- средство, выполняющее статор электрической машины при его осуществлении, предназначено для использования в области электромашиностроения, а именно в отрасли производства электрических машин;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных или других известных до даты подачи средств;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить получение указанного технического результата.

- Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Источники информации

1. Осьмаков А.А. Технология и оборудование производства электрических машин. М., Высшая школа, 1971.

2. А.с. 1709471, заявлено. 18.03.88. Н02К 17/02.

3. А.с. 1359856, заявлено 21.05.85. Опубликовано 15.12.87. Бюл. №46.

4. Решение патентной экспертизы по заявке №4934965/07/040473/, заявлена 12.05.91.

5. Павлушкин Н.М. Основы технологии ситаллов, М., 1970.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания информационных преобразователей линейных и угловых перемещений, шаговых двигателей, электрических машин постоянного и переменного тока различной мощности. Технический результат состоит в упрощении изготовления путем упрощения конфигурации магнитопроводов и ярем. Статор электрической машины содержит сердечник, состоящий из чередующихся радиально направленных немагнитных вставок, ферромагнитных магнитопроводов и ярем с обмотками, включенными встречно каждых двух соседних обмоток. Соосно с расточкой в сердечник выполнена расточка в опорах под подшипники. Сердечник выполнен из U-образных магнитопроводов, зубцы которых обращены во внешнюю сторону, и ярем, которые соединяют зубцы U-образных магнитопроводов с противостоящими зубцами соседних U-образных магнитопроводов. Каждый магнитопровод содержит расположенные по его длине пазы, в которых размещены немагнитные полосы с образованием продольных отверстий и чередующейся магнитной и немагнитной поверхности, обращенной к ротору, набранному в пакет из зубчатых пластин. Торцы немагнитных вставок скреплены с опорами, образуя корпус сердечника статора электрической машины. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Статор электрической машины, содержащий сердечник статора, состоящий из чередующихся радиально направленных немагнитных вставок, ферромагнитных магнитопроводов и ярем с обмотками, включенными встречно каждых двух соседних обмоток для обеспечения возможности работы статора с ротором, набранным в пакет из зубчатых пластин, а соосно с расточкой в сердечнике статора выполнена расточка в опорах под подшипники, отличающийся тем, что сердечник статора выполнен из U-образных магнитопроводов, зубцы которых обращены во внешнюю сторону и ярем, которые соединяют зубцы U-образных магнитопроводов с противостоящими зубцами соседних U-образных магнитопроводов, при этом каждый магнитопровод содержит расположенные по его длине пазы, в которых размещены немагнитные полосы с образованием продольных отверстий и чередующейся магнитной и немагнитной поверхности, обращенной к ротору, при этом, торцы немагнитных вставок скреплены с опорами, образуя корпус сердечника статора электрической машины.2. Статор электрической машины по п.1, отличающийся тем, что на поверхностях ярем выполнены канавки вдоль продольных осей симметрии.3. Статор электрической машины по п.1, отличающийся тем, что обмотка на ярма выполнена из ленты.4. Статор электрической машины по п.1, отличающийся тем, что U-образные магнитопроводы и ярма выполнены из ферромагнитного пресспорошка.5. Статор электрической машины по п.1, отличающийся тем, что вставки, полосы и опоры выполены из ситалла.