ТОРЦЕВАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 2007 года по МПК H02K21/24 H02K21/12 H02K16/02 

Изобретение относится к электромашиностроению и электротехнике, а именно к конструкции торцевых асинхронных машин с одним статором и двумя роторами.

Известен беспазовый статор электрической машины, описанный в а.с. 278836, кл. Н02К 5/10. В нем, с целью упрощения технологии изготовления, активная часть выполнена в виде обмоточных модулей, состоящих из пакетов, набранных из чередующихся между собой проводников обмотки и отделенных слоем изоляции листовых ферромагнитных элементов и лобовых частей. Пакеты установлены на ярме статора с помощью клиньев, выполненных заодно с ярмом.

Основными недостатками этой конструкции являются низкая технологичность изготовления ярма, обусловленная наличием клиньев, худшие энергетические показатели машины за счет неравномерности активной длины магнитопровода, обусловленной отсутствием фиксации пакетов обмоточных модулей в радиальном направлении.

Известна также торцевая электрическая машина (а.с. №462255, Н02К 17/02), содержащая беспазовый статор, набранный из катушечных групп, остов которого имеет посадочные места для установки в них катушечных групп и два ротора, расположенные по разные стороны статора. Остов статора имеет посадочные места для установки в них катушечных групп.

Существенным недостатком этой конструкции является то, что остов статора является несущим элементом конструкции машины и для обеспечения жесткости и прочности должен иметь значительную массу. Кроме того, в конструкции сложно проконтролировать и обеспечить равенство рабочих воздушных зазоров, сложно реализовать разнесение лобовых частей и их базирование.

Наиболее близкой к заявляемой машине является торцевая электрическая машина (пат. РФ №2246168, МПК⁷ Н02К 21/24) со статором, закрепленным в корпусе, обращенным рабочими поверхностями к двум дискообразным роторам, установленным на валу в подшипниках качения.

Статор выполнен из двух половин, в каждой из которых выполнена распределенная обмотка в виде обмоточных модулей и ярмо, навитое из стальной ленты, установленных по разные стороны диска статора. На дисках роторов со стороны рабочих поверхностей статора смонтированы постоянные магниты, закрытые полюсными наконечниками.

Основной недостаток этой конструкции - сложность и трудоемкость монтажа обмоточных модулей на ярма дисков статора; большая масса и габариты машины из-за наличия двух ярм статора.

Заявляемое изобретение направлено на решение технической задачи, состоящей в создании машины переменного тока, технологичной в производстве и имеющей повышенные энергетические показатели при меньших габаритах и материалоемкости.

Поставленная задача решается тем, что в торцевой электрической машине, содержащей статор, включающий диск, закрепленный в корпусе, и обмоточные модули, обращенные рабочими поверхностями к соответствующим дискообразным роторам с короткозамкнутыми обмотками, расположенным с двух сторон от статора и установленным в подшипниках качения, согласно изобретению в диске статора выполнены прорези, края которых (отгибы) у двух соседних прорезей направлены в одну сторону диска, а у двух следующих прорезей - в противоположную, в прорезях размещены обмоточные модули так, что между двумя пакетами пластин одного обмоточного модуля расположены по одному пакету пластин двух соседних обмоточных модулей с противоположной стороны диска, кроме того. на диске статора в промежутках между прорезями под обмоточные модули в радиальном направлении выполнены щелевидные прорези.

Технологичность конструкции достигается применением в электрической машине тонкого диска статора с прорезями для размещения обмоточных модулей. В этом случае нет потребности в двух ярмах, выполненных навивкой ленты из электротехнической стали, что уменьшает трудоемкость изготовления статора. Использование в конструкции тонкого диска статора с прорезями резко повышает производительность и качество сборки статора, точность монтажа обмоточных модулей за счет их автоматической базировки в прорезях.

Повышение энергетических показателей машины обусловлено несколькими причинами. Выше КПД машины за счет уменьшения погрешностей углового расположения обмоточных модулей, снижения магнитных потерь из-за отсутствия ярм статора и за счет наличия радиально ориентированных щелевидных прорезей в диске статора, расположенных вне зоны размещения обмоточных модулей. Отсутствие ярм статора приводит к снижению материалоемкости машины и увеличению удельной мощности машины.

На фиг.1 изображена торцевая электрическая машина, на фиг.2 - фрагмент статора машины.

Торцевая электрическая машина (фиг.1) содержит статор 1, смонтированный в корпусе 2, и два дискообразных ротора 3, закрепленных на валу 4, в подшипниках 5 подшипниковых щитов 6 и 7. Основой статора 1 служит диск 8 (фиг.2) с радиальными прорезями 9, края которых имеют отгибы 10 и 11, отогнутые в направлении зубцов модуля, свободных от обмоток, так что на диске отгибы двух соседних прорезей для модуля направлены в одну сторону, а двух следующих прорезей - в противоположную, и по этому принципу чередуются по окружности. Прорези 9 выполняют роль шаблона для установки обмоточных модулей 12 в статор 1. В прорези 9 обмоточные модули 12 устанавливают так, что между двумя пакетами пластин одного обмоточного модуля расположены по одному пакету пластин двух соседних обмоточных модулей с противоположной стороны диска 8. Отгибы, направленные в противоположные стороны у соседних прорезей, повышают осевую жесткость статора 1. Для уменьшения потерь мощности от вихревых токов в диске 8 выше и ниже зоны размещения пластин обмоточных модулей 12 выполнены в радиальном направлении щелевидные прорези 13. Диск 8 зафиксирован в корпусе винтами 14 (фиг.1).

Машина может работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора (с короткозамкнутым ротором - асинхронная машина, с ротором на постоянных магнитах - синхронная машина).

Машина в режиме асинхронного двигателя работает следующим образом. Ток, протекающий по обмотке статора 1, создает вращающееся магнитное поле, которое индуцирует электродвижущую силу в обмотках роторов 3. При взаимодействии тока ротора с вращающимся магнитным полем создается электромагнитный момент, приводящий роторы во вращение. Частота вращения роторов 3 определяется количеством пар полюсов и частотой питающего напряжения, а способы пуска - общепринятые для асинхронных двигателей.

Принципиальных отличий во взаимодействии основных элементов машины в режимах синхронного двигателя, синхронного и асинхронного генераторов от описанного выше режима нет.

Применение этой конструкции за счет замены диска статора с его ярмами тонким диском статора с прорезями снижает материалоемкость конструкции, трудоемкость сборки статора, одновременно повышая точность углового позиционирования обмоточных модулей, что повышает КПД машины, снижает неравномерность вращения и уровень шума.

Таким образом, технологичность торцевой электрической машины существенно повышена за счет упрощения монтажа обмоточных модулей в статоре, вследствие применения в конструкции тонкого диска статора с прорезями, а повышение КПД влечет улучшение энергетических показателей. Снижена материалоемкость торцевой электрической машины и повышена ее удельная мощность. Указанные преимущества заявляемой машины свидетельствуют о решении поставленной задачи.

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, а именно к конструкциям торцевых асинхронных машин с одним статором и двумя роторами. Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого изобретения, состоит в повышении технологичности изготовления торцевой электрической машины, а также в повышении ее энергетических показателей при одновременном снижении материалоемкости. Данный технический результат достигается тем, что в торцевой электрической машине, которая содержит статор, включающий диск, закрепленный в корпусе, и обмоточные модули, обращенные рабочими поверхностями к соответствующим дискообразным роторам с короткозамкнутыми обмотками, расположенным с двух сторон от статора и установленным в подшипниках качения, согласно изобретению в диске статора выполнены прорези под обмоточные модули, края которых (отгибы) у двух соседних прорезей направлены в одну сторону диска, а у двух следующих прорезей - в противоположную, в которых обмоточные модули размещены таким образом, что между двумя пакетами пластин одного обмоточного модуля расположены по одному пакету пластин двух соседних обмоточных модулей с противоположной стороны диска, кроме того, на диске статора в промежутках между прорезями под обмоточные модули в радиальном направлении выполнены щелевидные прорези, обеспечивающие снижение потерь мощности. 2 ил.

Торцевая электрическая машина, содержащая статор, включающий диск, закрепленный в корпусе, и обмоточные модули, обращенные рабочими поверхностями к соответствующим дискообразным роторам с короткозамкнутыми обмотками, расположенным с двух сторон от статора и установленным в подшипниках качения, отличающаяся тем, что в диске статора выполнены прорези под обмоточные модули, края которых (отгибы) у двух соседних прорезей направлены в одну сторону диска, а у двух следующих прорезей - в противоположную, в которых обмоточные модули размещены таким образом, что между двумя пакетами пластин одного обмоточного модуля расположены по одному пакету пластин двух соседних обмоточных модулей с противоположной стороны диска, кроме того, на диске статора в промежутках между прорезями под обмоточные модули в радиальном направлении выполнены щелевидные прорези.