САМОКЛЕЯЩЕЕСЯ ЗАКРЫВАЮЩЕЕ ПАЗ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 2018 года по МПК H02K3/493 H02K15/00 

Изобретение относится к закрывающему паз устройству для закрывания паза статора или ротора электрической машины. С помощью закрывающего паз устройства можно фиксировать или удерживать в пазу электрические проводящие элементы, например медные стержни, с помощью которых образована трехфазная обмотка. Изобретение относится также к устройству, которое может быть выполнено в виде статора или ротора, а также к способу закрывания паза статора, соответственно, ротора.

Пазы электрических машин служат для размещения изолированных электрических проводящих элементов, соответственно, системы таких проводящих элементов. Пазы имеют, как правило, раскрыв паза, который направлено к воздушному зазору электрической машины. Через паскрыв паза могут быть при изготовлении электрической машины введены в паз проводящие элементы. В частности, в машинах высокого напряжения используются так называемые открытые пазы, в которых раскрыв паза проходит по всей ширине паза.

Раскрыв паза после вложения проводящих элементов должно быть закрыт, с целью предотвращения подъема проводящих элементов из паза во время работы электрической машины. Закрывание паза обычно осуществляется с помощью твердых закрывающих элементов, так называемых пазовых клиньев. Эти пазовые клинья могут быть изготовлены, например, из технических слоистых прессованных материалов посредством механической обработки. Они могут быть также изготовлены из термопластичных или термореактивных пластмасс посредством экструзии или литья под давлением.

Закрывающие пазы материалы могут быть не намагничиваемыми композитными материалами, которые тем самым не являются эффективными для намагничивания статора, за счет чего коэффициент мощности, коэффициент полезного действия и нагревание и тем самым резистивные потери могут иметь неблагоприятные значения.

Для улучшения прохождения магнитного потока в зоне раскрыва паза, закрывающие пазы элементы могут быть выполнены частично магнитомягкими, например, с помощью заполненных железом ферритовых слоистых прессованных материалов. Такое закрывающее паз устройство известно, например, из ер 2 706 649 а1.

Существенный недостаток магнитомягких закрывающих паз устройств состоит в том, что на основании применяемых жестких материалов не обеспечивается долговременная неподвижная посадка в пазу, поскольку магнитомягкий материал на основании магнитных переменных нагрузок при работе машины в комбинации с термической нагрузкой, термомеханической нагрузкой и влияниями окружения выполняет собственное движение, за счет которого может расшатываться закрывающее паз устройство.

Для этого из de 15 38 935 а известно введение пазового клина в паз вместе с пластмассовой частью, при этом пластмассовая часть предназначена для увеличения объема при нагревании и сохранения объема также после последующего охлаждения. Недостатком этой системы является то, что для закрывания паза необходимо сначала точно располагать пластмассовую часть между стенкой паза и пазовым клином, прежде чем возможна фиксация за счет нагревания пластмассовой части. Это делает рабочую стадию расположения пазового клина в пазу очень трудоемкой.

Из jp s56 161486 а известен способ ламинирования древесных слоев с помощью клея, а также составления вместе ламинированных древесных слоев. Древесные слои соединяются посредством нагревания в прессе. При этом клей затвердевает. Сам клей содержит микросферы.

Из us 4 303 736 а известны микросферы с газовым заполнением и повышенным давлением.

В основу изобретения положена задача обеспечения закрывания паза электрической машины с небольшими затратами времени.

Задача решена с помощью предметов независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные модификации изобретения следуют из признаков зависимых пунктов формулы изобретения.

Изобретение предлагает закрывающее паз устройство для закрывания паза статора или ротора электрической машины. В качестве ротора может быть предусмотрен, например, ротор линейного электродвигателя или ротор ротационной машины. Закрывающее паз устройство имеет закрывающий элемент, который имеет ферромагнитный материал, например, железо.

В закрывающем паз устройстве этот закрывающий элемент предварительно обработан так, что он с небольшими трудозатратами может быть расположен и фиксирован в пазу. Для этого на закрывающем элементе расположен слой клея. Клеевой слой имеет выполненное термически активируемым раздувающее средство. Другими словами, элементы раздувающего средства расширяются, как только достигается или превышается заданная температура расширения. Кроме того, клеевой слой предназначен для термического затвердевания. Другими словами, нагревание клеевого слоя вызывает три процесса. Сначала происходит снова размягчение или сжижение клея и одновременно расширение раздувающего средства, после чего следует сшивание или полимеризация клея, за счет чего также после последующего охлаждения клеевой слой сохраняет свой увеличенный объем. Клеевой слой набухает за счет нагревания и затвердевает. Клей для клеевого слоя может быть основан, например, на реактопласте, в частности, эпоксиде или деривате эпоксида. Закрывающий элемент может быть выполнен само по себе известным образом, например, с трапециевидным поперечным сечением, т.е. Образовывать собственно пазовый клин для закрывания паза. На закрывающем элементе может быть также расположено несколько клеевых слоев указанного вида.

согласно изобретению, клеевой слой имеет в качестве раздувающего средства по меньшей мере один расширяющийся элемент. Расширяющийся элемент имеет по меньшей мере одно закрытое, заполненное газом полое пространство. В качестве расширяющегося элемента может быть предусмотрена полая сфера или пена с закрытыми порами. За счет этого обеспечивается то преимущество, что вызывается механическое расширение вместо химического расширения. Для химического расширения требуется иногда более высокая температура расширения.

Согласно изобретению, в каждом расширяющемся элементе полое пространство по меньшей мере частично окружено термопластичной пластмассой. За счет этого обеспечивается то преимущество, что за счет выбора пластмассы можно регулировать температуру расширения. Другим преимуществом является то, что при нагревании пластмассы расширяющийся элемент становится мягче, и за счет этого упрощается или облегчается расширение.

Согласно изобретению, давление газа в соответствующем полом пространстве больше 1,1 бар, в частности, 1,5 бар. Другими словами, давление газа больше атмосферного давления. За счет этого обеспечивается то преимущество, что после расширения расширяющийся элемент после охлаждения не сжимается.

К изобретению относятся также модификации, за счет которых обеспечиваются дополнительные преимущества.

Согласно одной модификации, клеевой слой имеет клей на основе реактивного полимера в состоянии в. Другими словами, клей частично затвердел. За счет этого обеспечивается то преимущество, что клей клеевого слоя является самоудерживающимся, т.е. Не стекает вниз с закрывающего элемента.

Согласно одной модификации, температура размягчения снова состояния в установлена на значение в диапазоне от 50°с до 250°с, предпочтительно от 50°с до 150°с, в частности, от 70°с до 120°с. Температура размягчения снова выше 50°с, например 70°с, имеет то преимущество, что предотвращается непреднамеренное размягчение клея, например, во время транспортировки закрывающего паз устройства к заводу электрических машин. Установка температуры размягчения снова может достигаться за счет соответствующего выбора реактивного полимера.

Согласно одной модификации, температура расширения по меньшей мере одного расширяющегося элемента установлена на значение в диапазоне от 50°с до 250°с, предпочтительно от 50°с до 150°с, в частности, от 70°с до 120°с. За счет этого обеспечивается то преимущество, что для инициирования расширения необходима температура, которая ниже температуры для химического расширения. Если в распоряжении имеется химическое раздувающее средство, которое имеет более низкую температуру расширения, чем температура сжижения применяемых слоев сцепления, то можно применять также химическое раздувающее средство, например, гранулят, который при температуре расширения переходит в газообразное состояние.

Согласно одной модификации, предусмотрено множество расширяющихся элементов, при этом средний диаметр d50 расширяющихся элементов лежит в диапазоне от 1 мкм до 50 мкм. Средний диаметр является, в частности, статистическим средним значением гауссового распределения диаметра. Расширяющиеся элементы предназначены для увеличения в расширенном состоянии среднего диаметра в диапазоне от 20 мкм до 200 мкм, предпочтительно от 50 мкм до 200 мкм. Это обеспечивает надежную посадку закрывающего элемента в пазу.

Согласно одной модификации, закрывающий элемент, например, пазовый клин, имеет электрически изолированные друг от друга, ферромагнитные листовые слои. Плоскость прохождения каждого листового слоя ориентирована перпендикулярно продольному направлению прохождения закрывающего элемента. Другими словами, листовые слои закрывающего элемента после расположения в статорном листовом пакете или роторном листовом пакете ориентированы в одной плоскости или параллельно листовым слоям листового пакета статора, соответственно, ротора. За счет этого обеспечивается то преимущество, что также в закрывающем элементе не могут наводиться вихревые токи при работе электрической машины.

Закрывающее паз устройство можно изготавливать независимо от статора или ротора, т.е. Оно может выполняться в виде поставляемой для изготовления статора или ротора части. После установки закрывающего паз устройства, согласно изобретению, в статор или ротор получается также относящееся к изобретению устройство, которое выполнено в виде статора или ротора для электрической машины, при этом по меньшей мере в одном пазу устройства расположены электрически проводящие элементы трехфазной обмотки, и паз закрыт пазовым клином, согласно варианту выполнения изобретения. В качестве ротора устройство может быть выполнено указанным образом в виде ротора линейного электродвигателя.

Изобретение относится также к способу закрывания паза статора или ротора электрической машины. Изготавливается вариант выполнения закрывающего паз устройства, согласно изобретению, и оно располагается в пазу. Осуществляется нагревание клеевого слоя закрывающего паз устройства по меньшей мере до температуры, при которой по меньшей мере один расширяющийся элемент клеевого слоя расширяется, т.е. По меньшей мере до температуры расширения. Клей (например, исходя из состояния в) снова размягчается и проходит при этом через зависящий от температуры и времени минимум вязкости. При этом клеевой слой разбухает и затем затвердевает, без возможности размягчения снова. За счет этого клеевой слой также после последующего охлаждения сохраняет свой увеличенный объем.

Согласно одной модификации, размер закрывающего паз устройства выбирается так, что поперечное сечение закрывающего паз устройства, включая клеевой слой, меньше поперечного сечения соответствующего паза. За счет этого предотвращается соскабливание клеевого слоя о стенку паза при вдвигании закрывающего паз устройства в паз в осевом направлении статора или ротора.

Расположенный в пазу закрывающий элемент располагается, согласно модификации, в пазу без соприкосновения со стенками паза. За счет этого обеспечивается то преимущество, что стенки паза электрически изолированы относительно закрывающего элемента. Таким образом, предотвращается образование пути прохождения тока между листовым пакетом статора, соответственно, ротора, с одной стороны, и закрывающим элементом, с другой стороны. Тем самым не может происходить наведение вихревого тока, который проходит между закрывающим элементом, с одной стороны, и листовым пакетом, с другой стороны.

Согласно одной модификации, закрывающее паз устройство после расположения в пазу фиксируется в пазу по меньшей мере на одном конце паза, в частности на обоих концах паза, с помощью не ферромагнитного удерживающего элемента. За счет этого обеспечивается то преимущество, что сохраняется относительное положение закрывающего элемента относительно стенок паза также тогда, когда за счет нагревания клеевого слоя клей в клеевом слое сжижается и за счет этого временно теряет свое опорное свойство.

Нагревание клеевого слоя можно осуществлять посредством тепловой обработки в печи с циркуляцией воздуха и/или посредством индуктивного нагревания закрывающего элемента закрывающего паз устройства и/или статора/ротора. За счет нагревания закрывающего элемента и/или листового пакета статора/ротора обеспечивается то преимущество, что тепло распределяется равномерно, и тем самым клеевой слой полностью переводится в затвердевшее состояние.

Закрывающий элемент может быть выполнен из кусков стальных листов, которые образуются при штамповке поперечного сечения паза в стальных листах для листового пакета электрической машины. За счет этого обеспечивается то преимущество, что уменьшаются отходы или нерациональное использование стальных листов при изготовлении электрической машины.

Ниже приводится описание примера выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:

Фиг. 1 - электрическая машина с примером выполнения устройства, согласно изобретению;

Фиг. 2 - паз, который может находиться в статоре или роторе электрической машины из фиг. 1;

Фиг. 3 - закрывающее паз устройство, с помощью которого может закрываться паз из фиг. 2;

Фиг. 4 - клеевой слой, который может быть получен с помощью закрывающего паз устройства из фиг. 3.

Поясняемый ниже пример выполнения является предпочтительным вариантом выполнения изобретения.

На фигурах имеющие одинаковые функции элементы обозначены одинаковыми позициями.

На фиг. 1 показан продольный разрез электрической машины е, которая может быть, например, синхронной машиной или асинхронной машиной. На фиг. 1 ось а вращения представляет также ось симметрии изображения. Электрическая машина е содержит статор s, в котором расположены обмотки w электрических катушек, при этом на фиг. 1 изображена лишь одна из обмоток w. Обмотки w могут быть образованы из проводящих элементов, например, проводов или стержней. Обмотки w попеременно снабжаются током из источника с трехфазного тока, за счет чего внутри статора s возникает вращающееся магнитное поле в воздушном зазоре l электрической машины е. Источник с трехфазного тока может быть, например, инвертором или сетью электроснабжения с неизменной частотой.

Внутри статора s находится ротор r, который соединен без возможности проворачивания с валом d. Вал d установлен в статоре s с возможностью вращения вокруг оси а вращения. В роторе r могут быть также расположены обмотки w из проводящих элементов.

Ротор r или статор s могут быть вариантом выполнения устройства, согласно изобретению.

На фиг. 2 показана часть поперечного сечения, которое является поперечным сечением статора s или ротора r. В листовом пакете 1 статора, соответственно, ротора могут быть предусмотрены пазы 2, из которых на фиг. 2 для ясности изображен лишь один паз. Продольное направление прохождения паза 2 ориентировано параллельно оси а симметрии. Она направлена перпендикулярно плоскости чертежа на фиг. 2.

В пазу 2 может быть расположена одна из обмоток w, т.е. Проводящие элементы 3 обмотки w проходят в осевом направлении в пазу 2. Для ясности на фиг. 2 лишь некоторые из проводящих элементов 3 обозначены позицией 3. Паз 2 в направлении воздушного зазора l закрыт с помощью закрывающего элемента 4, который удерживается с помощью затвердевшего клеевого слоя 5 в затыловке 6 паза 5. Клеевой слой 5 имеет такую толщину, что закрывающий элемент 4 удерживается в затыловке 6 без зазора. Тем не менее, закрывающий элемент 4 вместе с еще не затвердевшим клеевым слоем 5 можно вдвигать за один рабочий ход в паз 2, при этом закрывающий элемент 4 вместе с клеевым слоем 5 можно вдвигать в паз в осевом направлении с одного конца листового пакета 1 вдоль продольного направления прохождения затыловки 6.

Для этого выполнен закрывающий элемент 4 вместе с клеевым слоем 5 в качестве закрывающего паз устройства 7, как показано на фиг. 3. Закрывающий элемент 4 может быть изготовлен посредством штабелирования вместе или друг над другом электрически изолированных ферромагнитных листовых слоев 8 и нагревания. На фиг. 3 для ясности лишь некоторые из листовых слоев 8 обозначены позициями. Изоляция и покрытие листовых слоев может осуществляться с помощью так называемого спекаемого лака. Это само по себе известно из изготовления листовых пакетов, такого как листовой пакет 1. На закрывающем элементе 4 расположен клеевой слой 5, при этом клей клеевого слоя 5 находится в состоянии в, т.е. В частично полимеризованном состоянии. За счет этого клеевой слой 5 остается со сцеплением на закрывающем элементе 4 и, например, не капает вниз с закрывающего элемента 4.

Закрывающее паз устройство 7 может быть вдвинуто указанным выше образом в осевом направлении в затыловку 6. Затем может нагреваться клеевой слой.

На фиг. 4 показано, как в клеевом слое 5 может выполняться раздувающее средство 9, которое содержит отдельные расширяющиеся элементы 10. На фиг. 4 для ясности лишь некоторые расширяющиеся элементы 10 обозначены позициями. Каждый расширяющийся элемент 10 может быть выполнен, например, в виде микросферы, т.е. В виде полого шара 11, который изготавливается, например, из термопластичной пластмассы. В полом шаре 11 в полом пространстве 12 может быть расположен газ 13. Газ 13 может иметь давление, которое больше 1,1 бар, в частности, больше 1,5 бар.

За счет подачи тепла н клеевой слой 14 клеевого слоя размягчается или сжижается. Затем расширяются расширяющиеся элементы 10. За счет этого клеевой слой 5 набухает и затем затвердевает, за счет чего после последующего охлаждения клей сохраняет свой увеличенный объем. Получается затвердевшее состояние 15. За счет разбухания закрывающий элемент 4 между противоположно лежащими стенками затыловки 6, с одной стороны, заклинивается или зажимается и, с другой стороны, склеивается.

Величина поперечного сечения закрывающего паз устройства 7 согласована с листовым пакетом, в частности, с шириной паза 2 в зоне затыловки 6. Затыловка 6 образует планку для закрывающего элемента. При вдвигании закрывающего паз устройства 7 клей на основании смещения отдельных листов листового пакета 1 может при вдвигании соскабливаться, за счет чего не обеспечивается необходимое плоскостное склеивание закрывающего элемента. Поэтому размер закрывающего паз устройства выбирается так, что закрывающее паз устройство 7, включая его клеевой слой 5, меньше или имеет меньший размер, чем паз 2 в зоне затыловки 6. За счет этого можно вдвигать закрывающее паз устройство 7 в паз 2 без соскребания клея. За счет того, что клеевой слой 5 после охлаждения имеет расширенное состояние 15, закрывающий элемент 4 неподвижно сидит в пазу 2.

После вдвигания закрывающего паз устройства 7 в паз, закрывающее паз устройство 7 может быть фиксировано на осевых концах листового пакета с помощью не магнитных закрывающих паз клиньев, с целью временной фиксации до расширения клеевого слоя и полимеризации клея 14. Вызванное нагреванием расширение и полимеризация может осуществляться посредством тепловой обработки в циркуляционной печи или достигаться посредством индуктивного нагревания закрывающего паз устройства 7.

За счет подготовки предварительно выполненного закрывающего элемента 4 с клеевым слоем 5, т.е. За счет подготовки закрывающего паз устройства 7, более просто осуществляется процесс установки твердых магнитных закрывающих паз клиньев, т.е. Защитных элементов, в электрической машине. Полное соединение пазового клина обеспечивается также осевыми и радиальными размерами листового пакета. Может даже достигаться улучшение посадки со сцеплением. При этом количество стадий процесса минимизировано, поскольку нет необходимости в дополнительном нанесении клея.

За счет слоистости закрывающего элемента 4 обеспечивает повышенное магнитное использование при одновременно повышенной термической и механической стабильности за счет использования слоев спеченных лаком листов. За счет применения для подготовки листовых слоев 8 тех частей листов, которые получаются при штамповке профиля паза 2 в отдельных листах листового пакета 1, можно осуществлять почти полное использование материала при вырезании листового пакета.

В частности, пример выполнения показывает, как с помощью изобретения может быть выполнено вклеенное магнитное закрывание паза электрической машины.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройству для закрывания паза статора или ротора электрической машины. Технический результат – повышение технологичности. Устройство для закрывания паза статора или ротора электрической машины содержит закрывающий элемент, который имеет ферромагнитный материал. На закрывающем элементе расположен слой клея, который имеет выполненное термически активируемым раздувающее средство. Клеевой слой предназначен для затвердевания посредством нагревания. При этом в клеевом слое в качестве раздувающего средства выполнен по меньшей мере один расширяющийся элемент, который имеет по меньшей мере одно закрытое, заполненное газом, полое пространство. В каждом расширяющемся элементе полое пространство по меньшей мере частично окружено термопластичной пластмассой. При этом давление газа в полом пространстве перед расширением больше 1,1 бар, так что термопластичная пластмасса при подаче тепла расширяется. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Закрывающее паз устройство (7) для закрывания паза (2) статора (S) или ротора (R) электрической машины (Е), содержащее закрывающий элемент (4), который имеет ферромагнитный материал, при этом на закрывающем элементе (4) расположен слой (5) клея, и клеевой слой (5) имеет выполненное термически активируемым раздувающее средство (9), и клеевой слой (5) предназначен для затвердевания посредством нагревания (Н), отличающееся тем, что в клеевом слое (5) в качестве раздувающего средства (9) выполнен по меньшей мере один расширяющийся элемент (10), который имеет по меньшей мере одно закрытое, заполненное газом (13) полое пространство (12), при этом в каждом расширяющемся элементе (10) полое пространство (12) по меньшей мере частично окружено термопластичной пластмассой (11), при этом давление газа (13) в полом пространстве (12) перед расширением больше 1,1 бар, так что термопластичная пластмасса (11) при подаче тепла (Н) расширяется.

2. Закрывающее паз устройство (7) по п. 1, в котором клеевой слой (5) имеет клей (14) на основе реактивного полимера в состоянии В, которое представляет собой частично затвердевшее или частично полимеризованное состояние.

3. Закрывающее паз устройство (7) по п. 2, в котором температура размягчения снова состояния В имеет значение в диапазоне от 50°С до 250°С, предпочтительно от 50°С до 150°С, в частности от 70°С до 120°С.

4. Закрывающее паз устройство (7) по любому из пп. 1-3, в котором давление газа (13) в полом пространстве (12) перед расширением больше 1,5 бар.

5. Закрывающее паз устройство (7) по любому из пп. 1-4, в котором температура расширения по меньшей мере одного расширяющегося элемента (10) лежит в диапазоне от 50°С до 250°С, предпочтительно в диапазоне от 50°С до 150°С, в частности от 70°С до 120°С.

6. Закрывающее паз устройство (7) по любому из пп. 1-5, в котором предусмотрено множество расширяющихся элементов (10) и средний диаметр d50 расширяющихся элементов (10) лежит в диапазоне от 1 мкм до 50 мкм, при этом расширяющиеся элементы (10) предназначены для увеличения в расширенном состоянии среднего диаметра в диапазоне от 20 мкм до 200 мкм, предпочтительно от 50 мкм до 200 мкм.

7. Закрывающее паз устройство (7) по любому из пп. 1-6, в котором закрывающий элемент (4) имеет электрически изолированные друг от друга ферромагнитные листовые слои (8), при этом плоскость прохождения каждого листового слоя (8) ориентирована перпендикулярно продольному направлению прохождения закрывающего элемента (4).

8. Устройство, которое выполнено в виде статора (S) или ротора (R) для электрической машины (Е), при этом по меньшей мере в одном пазу (2) устройства расположены электрически проводящие элементы (3) трехфазной обмотки (W) и паз (2) закрыт закрывающим паз устройством (7) по любому из пп. 1-7, клеевой слой (5) которого расширен и затвердел.

9. Способ закрывания паза (2) статора (S) или ротора (R) электрической машины (Е), содержащий стадии

- выполнения закрывающего паз устройства (7) по любому из пп. 1-7,

- расположения закрывающего паз устройства (7) в пазу (2),

- нагревания (Н) клеевого слоя (5) закрывающего паз устройства (7) по меньшей мере до температуры, при которой по меньшей мере один расширяющийся элемент (10) клеевого слоя (5) расширяется и клеевой слой (5) разбухает,

- затвердевания клеевого слоя (5),

- охлаждения клеевого слоя (5).

10. Способ по п. 9, в котором размер закрывающего паз устройства (7) выбирается так, что поперечное сечение закрывающего паз устройства (7), включая клеевой слой (5), меньше поперечного сечения паза (2).

11. Способ по любому из пп. 9 или 10, в котором расположенный в пазу (2) закрывающий элемент располагается без соприкосновения со стенками паза (2).

12. Способ по любому из пп. 9 или 11, в котором закрывающее паз устройство (7) после расположения в пазу (2) фиксируется в пазу (2) по меньшей мере на одном конце паза с помощью не ферромагнитного удерживающего элемента.