УЗЕЛ ТРЕХФАЗНОГО СТАТОРА Российский патент 2022 года по МПК H02K1/14 H02K3/28 H02K3/52 H01R4/2416 

Настоящее изобретение относится к узлу трехфазного статора приводного двигателя электрического насоса. Такой узел трехфазного статора может быть, в частности, использован в синхронном моторе с постоянными магнитами (PMSM) насосного узла.

Известно использование статорных узлов, содержащих набор сегментов статора, в электромоторах. Например, US 2007/0232094 A1, WO 2011/108735 A1 или US 2007/0182265 A1 описывают такие узлы статоров.

Однако, существует техническая задача электрически соединять сегменты статора друг с другом при необходимости эффективным и безопасным способом. Установка и соединение проводов катушки, как известно из предшествующего уровня техники, часто требует ручной работы и, таким образом, подвержена человеческой ошибке и проблемам качества. Кроме того, соединительные провода предшествующего уровня техники часто являются длиннее необходимого и расходуют необязательное пространство и материал.

Следовательно, целью настоящего изобретения является предоставление узла трехфазного статора, который может быть собран более автоматически посредством машины без или с меньшей ручной работой, и который расходует меньше пространства и материала.

Таким образом, настоящее изобретение предоставляет узел трехфазного статора согласно пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления узла трехфазного статора могут быть получены из подпунктов, описания и чертежей.

Узел трехфазного статора, как описано в данном документе, является, в частности, применимым для приводного мотора электрического насоса, например, синхронного мотора с постоянными магнитами (PMSM). Узел статора содержит:

- три набора сегментов статора, при этом сегменты статора размещаются в кольцевой компоновке вокруг проходящей в осевом направлении оси статора, при этом каждый набор сегментов статора содержит n ≥ 2 сегментов статора, размещаемых в n-кратной вращательной симметрии вокруг оси статора, при этом каждый сегмент статора содержит катушку, имеющую первый конец провода катушки и второй конец провода катушки, и

- множество из 3n-3 соединительных проводов, размещенных на осевой передней стороне сегментов статора, при этом каждый соединительный провод соединяет две катушки соответствующего набора сегментов статора последовательно, при этом первый промежуточный сегмент статора и второй промежуточный сегмент статора из других двух наборов сегментов статора размещаются в круговом направлении между двумя соединенными катушками упомянутого соответствующего набора сегментов статора.

По меньшей мере, 3n-5 соединительных проводов проходят через первый промежуточный сегмент статора на первом радиальном расстоянии до оси статора и через второй промежуточный сегмент статора на втором радиальном расстоянии до оси статора, при этом второе радиальное расстояние больше первого радиального состояния.

Таким образом, важно понимать, что соединительные провода не просто следуют по круговому пути, концентричному оси статора, для того, чтобы соединять две катушки из набора сегментов статора последовательно. Каждый соединительный провод проходит через два промежуточных сегмента статора из других двух наборов, которые размещены в промежутке, т.е., первый промежуточный сегмент статора и второй промежуточный сегмент статора. Посредством увеличения радиального расстояния соединительного провода на его пути от первого сегмента статора до второго сегмента статора соединительный провод способен получать очень короткий путь и может быть спроектирован относительно коротким и легким для сборки. Также важно отметить, что не существует провод катушки, который проходит через два или более сегментов статора. Таким образом, существует необходимость в соединительном проводе для соединения проводов катушки набора сегментов статора.

Узел статора содержит суммарное число из 3n сегментов статора, размещенных в трех множествах из n сегментов статора. При этом i должно быть индексом для множества, т.е., i={1, 2, 3}. Кроме того, j должно быть индексом для сегмента статора в множестве, т.е., j={1, …, n}. Таким образом, конкретный сегмент статора может быть обозначен как S_{i, j}, что означает j-й сегмент статора в i-ом множестве. Узел статора содержит, по меньшей мере, суммарное число из 3n-3 соединительных проводов, из которых n-1 соединительных проводов относятся к каждому набору сегментов статора. Следовательно, k должно быть индексом для соединительного провода для множества, т.е., k={1, …, n-1}, так что конкретный соединительный провод может быть обозначен как W_i,k, что означает k-й соединительный провод в i-ом множестве. Предпочтительно, сегменты статора являются полностью отдельными блоками, прежде чем они размещаются в кольцевой компоновке, чтобы формировать узел статора в процессе изготовления и сборки. Предпочтительно, провода катушки набора сегментов статора соединяются друг с другом соединительными проводами, после того как сегменты статора размещаются в кольцевой компоновке, чтобы формировать узел статора в процессе изготовления и сборки.

Необязательно, по меньшей мере, 3n-5 соединительных проводов могут иметь одинаковую или практически одинаковую форму и длину. Это облегчает автоматизацию и сложность намного. Следует отметить, что первый (i=1, k=1) и последний (i=3, k=n-1) из суммарного числа из 3n-3 соединительных проводов могут в принципе иметь различную форму и/или длину, но имеют предпочтительно также такую же форму и длину, что и другие 3n-5 соединительных проводов, так что предпочтительно все из 3n-3 имеют одинаковую форму и длину.

Необязательно, все соединительные провода могут протягиваться по всей своей длине практически в общей плоскости, перпендикулярной оси статора. Это очень экономящая пространство компоновка, а также полезная для автоматической сборки соединительных проводов посредством машины, поскольку пересечение или поднятие соединительных проводов не нужно.

Необязательно, узел трехфазного статора может дополнительно содержать провод нейтральной точки звезды, при этом провод нейтральной точки звезды соединяет первые концы провода катушки для катушки из (j-n)-ых сегментов статора из трех наборов сегментов статора друг с другом Когда сегменты статора из набора сегментов статора соединяются последовательно друг с другом, последний (j=n) сегмент статора каждого набора сегментов статора может быть соединен с проводом нейтральной точки звезды.

Необязательно, узел трехфазного статора может дополнительно содержать линию ввода трехфазной мощности с тремя фазами, при этом каждая фаза подключается ко второму концу провода катушки для катушки из первого (j=1) сегмента статора из соответствующего набора сегментов статора. Таким образом, первый сегмент статора каждого набора сегментов статора соединяется с одной из трех фаз линии ввода трехфазной мощности. Предпочтительно, вторые концы провода катушки для катушек сегментов статора размещаются на радиально внешней стороне сегмента статора, тогда как первый корец провода катушки предпочтительно размещается на радиально внутренней стороне сегмента статора.

Необязательно, все сегменты статора являются идентичными друг другу для того, чтобы облегчать процесс автоматизации и уменьшать многообразие частей. Необязательно, узел трехфазного статора может дополнительно содержать элемент для направления провода, размещенный на осевой передней стороне сегментов статора, при этом элемент для направления провода определяет множество путей провода, при этом пути провода размещаются в 3n-кратной вращательной симметрии вокруг оси статора. Тем самым, пути провода являются идентичными между всеми сегментами статора, что обеспечивает точную 3n-кратную вращательную симметрию узла трехфазного статора перед сборкой соединительных проводов. Это является очень полезным для эффективной автоматизации процесса сборки.

Необязательно, элемент направления провода состоит из множества 3n отдельных и идентичных конструкций для направления провода, при этом каждая конструкция для направления провода размещается на осевой передней стороне соответствующего сегмента статора. Таким образом, каждая конструкция для направления провода может быть частью сегмента статора, прежде чем сегменты статора собираются, чтобы формировать кольцевую компоновку для узла статора. Альтернативно, одна или более конструкций для направления провода могут быть соединены друг с другом и установлены на осевую переднюю сторону узла трехфазного статора, после того как сегменты статора собираются, чтобы формировать кольцевую компоновку узла статора. Конструкции для направления провода, все могут быть соединены, чтобы формировать цельный кольцеобразный элемент для направления провода, который устанавливается на осевую переднюю сторону осевой передней стороны после формирования сегментов статора в кольцевую компоновку.

Необязательно, конструкции для направления провода имеют расстояние друг до друга в круговом направлении. Такое расстояние может быть полезным для соединительного провода, чтобы «переключаться» на более радиально внешний путь провода между соседними конструкциями для направления проводов.

Необязательно, элемент для направления провода может быть прикреплен к осевой передней стороне сегментов статора посредством посадки принудительного действия. Например, он может быть защелкнут в защелкивающийся механизм, предусмотренный на осевой передней стороне каждого сегмента статора.

Необязательно, элемент для направления провода может быть размещен радиально между первым концом провода катушки и вторым концом провода катушки для катушки соответствующего сегмента статора.

Необязательно, первый конец провода катушки для катушки каждого сегмента статора может быть размещен на первой боковой стороне соответствующего элемента статора, а второй конец провода катушки для катушки каждого сегмента статора может быть размещен на второй боковой стороне соответствующего сегмента статора. Соединительные провода могут соединять первый конец провода катушки для катушки сегмента статора из набора сегментов статора со вторым концом провода катушки для катушки следующего в последовательности сегмента статора из упомянутого набора сегментов статора. Таким образом, размещение концов провода катушки на различных боковых сторонах сегмента статора является полезным для уменьшения длины соединительных проводов.

Необязательно, каждый сегмент статора может дополнительно содержать первую клемму для монтажа с прорезанием изоляции для соединения соединительных проводов с первым концом провода катушки и вторую клемму для монтажа с прорезанием изоляции для соединения соединительных проводов со вторым концом провода катушки. Такие клеммы для монтажа с прорезанием изоляции также являются полезными, чтобы облегчать процесс автоматизации. Клеммы для монтажа с прорезанием изоляции поперечно прорезают насквозь изоляционное покрытие соответствующего провода для того, чтобы устанавливать электрическое соединение с проводом и механически закреплять провод.

Необязательно, первая клемма для монтажа с прорезанием изоляции вставляется в осевом направлении в первую прорезь, определенную на осевой передней стороне сегмента статора, а вторая клемма для монтажа с прорезанием изоляции вставляется в осевом направлении во вторую прорезь, определенную на осевой передней стороне сегмента статора.

Необязательно, первая прорезь и/или вторая прорезь проходят практически по касательной относительно кольцевой компоновки сегментов статора. Таким образом, соединение между клеммой для монтажа с прорезанием изоляции и соединительным проводом является более безопасным против тянущих усилий вдоль соединительных проводов, поскольку соединительный провод изгибается вокруг приблизительно на 90 градусов рядом с клеммой для монтажа с прорезанием изоляции. Ориентация соответствующего конца соединительного провода в клемме для монтажа с прорезанием изоляции может быть радиальной, тогда как остальная часть соединительного провода проходит между двумя вставленными сегментами статора других двух наборов сегментов статора.

Необязательно, первый конец провода катушки и первый конец соединительного провода, оба проходят радиально через первую прорезь, при этом первый конец провода катушки принимается в первое углубление первой клеммы для монтажа с прорезанием изоляции, а первый конец соединительного провода принимается во второе углубление первой клеммы для монтажа с прорезанием изоляции, и/или второй конец провода катушки и второй конец соединительного провода проходят радиально через вторую прорезь, при этом второй конец провода катушки принимается в первое углубление второй клеммы для монтажа с прорезанием изоляции, и второй конец соединительного провода принимается во второе углубление второй клеммы для монтажа с прорезанием изоляции. Предпочтительно, первая клемма для монтажа с прорезанием изоляции и вторая клемма для монтажа с прорезанием изоляции являются идентичными по форме и размеру. Необязательно, первое углубление и второе углубление клемм для монтажа с прорезанием изоляции могут быть размещены на противоположных осевых сторонах соответствующей клеммы для монтажа с прорезанием изоляции. Таким образом, клемма для монтажа с прорезанием изоляции может быть вставлена в осевом направлении в соответствующую прорезь для установления электрического контакта с соответствующим концом провода катушки. Соответствующий конец соединительного провода затем прижимается в осевом направлении внутрь другого углубления клеммы для монтажа с прорезанием изоляции.

Необязательно, соединительные провода не пересекают друг друга. Другими словами, узел статора предпочтительно лишен каких-либо перекрещивающихся соединительных проводов. Это облегчает автоматизацию намного.

Необязательно, для каждого сегмента статора первый конец провода катушки может быть размещен на радиально внутренней стороне сегмента статора, а второй провод катушки может быть размещен на радиально внешней стороне сегмента статора. Каждый соединительный провод предпочтительно размещается между радиальной внутренней стороной сегментов статора и радиальной внешней стороной сегментов статора. Предпочтительно, соединительный провод не проходит внутрь радиальной внутренней стороны сегментов статора или наружу от радиальной внешней стороны сегментов статора. Таким образом, соединительные провода аккуратно размещаются в кольцевой области между радиальной внутренней стороной сегментов статора и радиальной внешней стороной сегментов статора.

Необязательно, все сегменты статора могут быть практически идентичными и различаться только своим соединением с соединительными проводами, проводом нейтральной точки звезды и/или фазами входной линии.

Необязательно, каждые соединительные провода могут протягиваться максимально на азимутальное угловое расстояние в диапазоне от до .

Необязательно, первый конец провода катушки для катушки из набора сегментов статора и второй конец провода катушки для следующей в последовательности присоединенной катушки из упомянутого набора сегментов статора имеют азимутальное угловое расстояние друг до друга в диапазоне от до .

В последующем, настоящее изобретение описывается более подробно со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг. 1 - вид в перспективе примера варианта осуществления полностью собранного узла трехфазного статора согласно настоящему изобретению;

Фиг. 2 - график радиального расстояния соединительного провода до оси статора как функции азимутального угла для узла статора, который показан на фиг. 1;

Фиг. 3 - покомпонентный вид в перспективе формирующих катушку частей сегмента статора согласно фиг. 1;

Фиг. 4 - вид в перспективе формирующих катушку частей сегмента статора согласно фиг. 3;

Фиг. 5 - вид в перспективе формирующих катушку частей сегмента статора согласно фиг. 4, после того как катушка намотана, и перед тем как первая и вторая клеммы для монтажа с прорезанием изоляции вставлены;

Фиг. 6 - вид в перспективе сегмента статора согласно фиг. 5, после того как первая и вторая клеммы для монтажа с прорезанием изоляции были вставлены;

Фиг. 7 - вид в перспективе сегмента статора согласно фиг. 6 после установки конструкции для направления провода на осевую переднюю сторону сегмента статора;

Фиг. 8 - вид в перспективе кольцевой компоновки девяти сегментов статора согласно фиг. 7;

Фиг. 9 - вид в перспективе кольцевой компоновки согласно фиг. 8 после установки соединительных проводов;

Фиг. 10 - вид в перспективе кольцевой компоновки согласно фиг. 9 после изоляции провода нейтральной точки звезды; и

Фиг. 11 - вид в перспективе альтернативного варианта осуществления цельного кольцеобразного элемента для направления провода, содержащего девять отдельных и идентичных конструкций для направления провода.

Фиг. 1 показывает узел 1 трехфазного статора, содержащий девять идентичных сегментов S_{i, j} статора, при этом i должен быть индексом множества из суммарно трех множеств, т.е., i={1, 2, 3}. Каждый набор сегментов статора содержит n ≥ 2 сегментов S_{i, j} статора, размещаемых в n-кратной вращательной симметрии вокруг оси R статора. В примере, показанном на фиг. 1, каждый набор сегментов статора содержит три сегмента статора, т.е., n=3, при этом j должно быть индексом сегмента статора во множестве сегментов статора, т.е., j={1, …, n}.

Чтобы чертежи были более понятными, полезно определить цилиндрическую систему координат, как показано на фиг. 1, при этом осевая позиция обозначается как z, проходящая по оси R ротора, позиция в круговом направлении обозначается как азимутальный угол j, и радиальное расстояние до оси R ротора обозначается как r. По независимому соглашению, положительное z-направление может быть «передним» или «в переднюю сторону», а отрицательное z-направление может быть «задним» или «в заднюю сторону».

Каждый сегмент S_{i, j} статора содержит катушку 3, имеющую первый конец 5 провода катушки и второй конец 7 провода катушки. Оба, первый конец 5 провода катушки и второй конец 7 провода катушки размещаются на осевой передней стороне 9 сегментов S_{i, j} статора. Осевая задняя сторона 11 узла 1 статора обращена в противоположную сторону на фиг. 1.

Узел 1 трехфазного статора, как показано на фиг. 1, дополнительно содержит множество из 3n-3=6 соединительных проводов W_{i, k}, при этом i={1, 2, 3} должно обозначать индекс для ассоциированного набора сегментов S_{i, j} статора, а k={1, …, n-1} должно быть индексом соединительного провода в упомянутом множестве. Каждый соединительный провод W_{i, k} соединяет две катушки соответствующего набора сегментов S_{i, j} статора последовательно. Следовательно, каждый набор сегментов S_{i, j} статора содержит n - 1=2 соединительных проводов W_{i, 1} и W_{i, 2}. Следовательно, соединительный провод W_{1, 1} соединяет катушки 3 сегментов S_1,1 и S_1,2 статора; соединительный провод W_1,2 соединяет катушки 3 сегментов S_1,2 и S_1,3 статора; соединительный провод W_2,1 соединяет катушки 3 сегментов S_2,1 и S_2,2 статора; соединительный провод W_2,2 соединяет катушки 3 сегментов S_2,2 и S_2,3 статора; соединительный провод W_3,1 соединяет катушки 3 сегментов S_3,1 и S_3,2 статора; и соединительный провод W_3,2 соединяет катушки 3 сегментов S_3,2 и S_3,3 статора. Между двумя последовательно соединенными сегментами статора множества существует первый промежуточный сегмент статора и вторые промежуточные сегменты статора других двух наборов сегментов статора, размещенные в круговом направлении между упомянутыми двумя последовательно соединенными сегментами статора. Это означает, что соединительные провода W_{i, k} должны протягиваться, по меньшей мере, через два промежуточных сегмента статора, чтобы соединять две катушки множества последовательно.

Например, первый промежуточный сегмент S_2,1 статора и второй промежуточный сегмент S_3,1 статора размещаются в круговом направлении между двумя соединенными катушками сегментов S_1,1 и S_1,2 статора из первого (i=1) набора сегментов статора. Аналогично, промежуточные первый и второй сегменты S_3,1 и S_1,2 статора размещаются между сегментами S_2,1 и S_2,2 статора из второго (i=2) набора сегментов статора, и т.д. Шесть соединительных проводов W_{i, k} имеют одинаковую форму и длину. Однако, в альтернативном варианте осуществления, первый соединительный провод W_1,1 и последний соединительный провод W_3,2 могут иметь больше вариантов для отчасти различной формы и/или длины. Здесь, все соединительные провода W_{i, k} проходят между первым промежуточным сегментом статора (первым сегментом статора из других двух наборов сегментов статора, размещаемых между двумя соединенными катушками сегментов статора соответствующего набора сегментов статора) на первом радиальном расстоянии r₁ до статора R. Кроме того, каждый соединительный провод W_{i, k} проходит между вторым промежуточным сегментом статора (вторым сегментом статора из других двух наборов сегментов статора, размещаемых между двумя соединенными катушками сегментов статора упомянутого соответствующего набора сегментов статора) на втором радиальном расстоянии r₂ до оси R статора. Второе радиальное расстояние r₂ больше первого радиального расстояния r₁, т.е., r₂ > r₁. Это означает, что соединительные провода W_{i, k} не следуют строгому круговому пути, соосному с осью R статора, а эффективно проходят радиально наружу по своему пути между двумя соединенными катушками сегментов статора из соответствующего набора сегментов статора. Например, первый соединительный провод W_1,1 соединяет катушки сегментов S_1,1 и S_1,2 статора. Соединительный провод W_1,1 пересекает первый сегмент S_2,1 статора на первом радиальном расстоянии r₁ и второй сегмент S_3,1 статора на втором радиальном расстоянии r₂, при этом второе радиальное расстояние r₂ больше первого радиального расстояния r₁. Таким образом, соединительный провод W_{i, k} следует «спиралевидному» пути для формы, которая похожа на круговые нити паутины с линейным участком. Другими словами, соединительные провода W_{i, k} идут по спирали радиально наружу по своему пути для соединения катушек 3 двух сегментов S_{i, j} и S_{i, j+1} статора.

Фиг. 2 показывает график радиального расстояния r (на произвольной относительной шкале) соединительного провода W_{i, k} до оси R статора как функции r(j) азимутального угла j для узла 1 статора, который показан на фиг. 1. Азимутальная позиция j₁ между соседними сегментами S_1,1 и S_2,1 статора здесь определяется как 0°, где r(j) произвольно устанавливается в 1. Поскольку каждый сегмент статора охватывает азимутальный угловой диапазон , азимутальная позиция j₂ между соседними сегментами S_2,1 и S_3,1 статора здесь определяется как 40°, и азимутальная позиция j₃ между соседними сегментами S_3,1 и S_1,2 статора здесь определяется как 80°. Таким образом, соединительные провода W_{i, k} проходят по азимутальному угловому диапазону более чем на 80°. В этом диапазоне между j₁ и j₃ радиальное расстояние r(j) соединительного провода W_{i, k} до оси R статора изменяется на протяжении соединительного провода W_{i, k}. Как может быть видно на фиг. 2, второе радиальное расстояние r₂ в диапазоне между j₂ и j₃ всегда больше первого радиального расстояния r₁ в диапазоне между j₁ и j₂. Существует несколько вариантов для определения первого радиального расстояния r₁ и второго радиального расстояния r₂, для всех из которых r₂ > r₁ удовлетворяется. Например, и , т.е., средние радиальные расстояния в соответствующем азимутальном диапазоне могут быть сравнены. Альтернативно, медианное значение радиального расстояния в соответствующем азимутальном диапазоне может сравниваться. Альтернативно, значения радиального расстояния в центральных азимутальных позициях 20° и 60° могут быть сравнены. Следует отметить, что радиальное расстояние может непрерывно увеличиваться на протяжении соединительного провода W_{i, k}, но не обязано. Как может быть видно на фиг. 2, радиальное расстояние может даже кратковременно уменьшаться, например, в диапазонах 10°-20° и 50°-60°. Причина в том факте, что соединительные провода W_{i, k} здесь имеют три линейных участка в диапазоне между j₁ и j₃, между этими участками существуют два изгиба или перекручивания в азимутальных позициях 10° и 50°. Эти изгибы или перекручивания являются видимыми на фиг. 2 как пики в функции r(j).

Возвращаясь к фиг. 1, каждый сегмент S_{i, j} статора оснащается конструкцией 13 для направления провода, размещенной на осевой передней стороне 9 соответствующего сегмента S_{i, j} статора. Все девять конструкций 13 для направления провода размещаются в одной и той же плоскости, перпендикулярной оси R ротора. Все девять конструкций 13 для направления провода могут рассматриваться вместе как элемент 15 для направления провода. Элемент 15 для направления провода может быть кольцеобразной цельной конструкцией, при этом конструкции 13 для направления провода соединяются друг с другом, как показано на фиг. 11. В варианте осуществления, как показано на фиг. 1-10, однако, конструкции 13 для направления провода являются отдельными друг от друга и имеют расстояние друг до друга в круговом направлении. Все конструкции 13 для направления провода являются идентичными друг другу. Каждая конструкция 13 для направления провода прикрепляется к осевой передней стороне 9 соответствующего сегмента S_{i, j} статора посредством посадки принудительного действия, например, зажимного соединения или защелкивающегося соединения.

Каждая конструкция 13 для направления провода определяет первый практический касательный путь 13a для направления соединительного провода W_{i, k} через первый промежуточный сегмент статора и практически касательный второй путь 13b для направления другого соединительного провода W_{i, k} через второй промежуточный сегмент S_{i, j} статора. Первый путь 13a позиционируется радиально далее внутрь по сравнению со вторым путем 13b. Конструкция 13 для направления провода дополнительно определяет практически касательный третий путь 13c для направления провода 16 нейтральной точки звезды. Третий путь 13c размещается радиально далее внутрь по сравнению с первым путем 13a. Провод 16 нейтральной точки звезды соединяет первые концы 5 провода катушки для катушек 3 последних (j=n) сегментов S_1,3, S_2,3 и S_3,3 статора друг с другом. Провод 16 нейтральной точки звезды может иметь больший диаметр по сравнению с соединительными проводами W_{i, k}. Пути 13a-c здесь все являются линейными, но могут быть, по меньшей мере, частично нелинейными в других непоказанных вариантах осуществления.

Вторые концы 7 провода катушки первых (j=1) сегментов S_1,1, S_2,1 и S_3,1 статора каждого множества, каждый, соединяются с одной фазой 17a, b, c линии ввода трехфазной мощности, содержащей три фазы 17a, b, с.

Фиг. 3-7 показывают пошаговую сборку сегмента S_{i, j} статора. Фиг. 3 показывает покомпонентный вид формирующих катушку элементов сегмента S_{i, j} статора. Формирующие катушку элементы содержат центральный в осевом направлении сердечник 19 высокой магнитной проницаемости, т.е., железный, имеющий H-образное поперечное сечение. Формирующие катушку элементы дополнительно содержат осевую переднюю часть 21a и осевую заднюю часть 21b, присоединенные к противоположным осевым сторонам сердечника 19. Передняя часть 21a и задняя часть 21b могут состоять из электроизолирующего материала, т.е., пластика, композита или керамического материала. Передняя часть 21a и задняя часть 21b могут быть сформированы зеркально-симметрично друг другу относительно центральной в осевом направлении плоскости A симметрии, проходящей перпендикулярно оси R ротора. Передняя часть 21a содержит первую прорезь 23a и вторую прорезь 23b, которые обе раскрываются в осевом направлении вперед. Первая прорезь 23a и вторая прорезь 23b проходят по касательной относительно кольцевой компоновки сегментов S_{i, j} статора. Первая прорезь 23a и вторая прорезь 23b смещены под углом друг к другу в единицах измерения азимутального угла j, так что первая прорезь 23a позиционируется на первой боковой стороне 25a сегмента S_{i, j} статора, а вторая прорезь 23b располагается на второй боковой стороне 25b сегмента S_{i, j} статора.

Первая прорезь 23a и вторая прорезь 23b содержат V-образные вырезы, в которые первый конец 5 провода катушки и второй конец 7 провода катушки, соответственно, могут быть помещены. V-образные вырезы в первой прорези 23a и второй прорези 23b формируют радиально проходящие канавки 26a, b, в которые первый конец 5 провода катушки и второй конец 7 провода катушки, соответственно, могут быть вставлены.

Фиг. 4 показывает пути на фиг. 2, собранные вместе. Формирующие катушку пути, как показано на фиг. 3, готовы принимать провод катушки. На фиг. 5 провод катушки намотан вокруг формирующих катушку элементов, чтобы формировать катушку 3. Первый конец 5 провода катушки вставляется в канавку 26a первой прорези 23a, так что он проходит радиально внутрь, чтобы пересекать первую прорезь 23a. Аналогично, второй конец 7 провода катушки вставляется в канавку 26b второй прорези 23b, в которой второй конец 7 провода катушки проходит радиально наружу через вторую прорезь 23b. Фиг. 5 дополнительно показывает первую клемму 27a для монтажа с прорезанием изоляции и вторую клемму 27b для монтажа с прорезанием изоляции перед вставкой в осевом направлении в первую прорезь 23a и вторую прорезь 23b, соответственно. Клеммы 27a, b для монтажа с прорезанием изоляции являются идентичными друг другу и содержат V-образное первое углубление 29, обращенное (назад) по направлению к прорезям 23a, b. Клеммы 27a, b для монтажа с прорезанием изоляции имеют форму, которая является зеркально-симметричной относительно центральной плоскости симметрии, проходящей перпендикулярно оси R ротора. Таким образом, клеммы 27a, b для монтажа с прорезанием изоляции содержат, каждая, V-образное второе углубление 31, обращенное в осевом направлении от прорезей 23a, b. Как показано на фиг. 6, клеммы 27a, b для монтажа с прорезанием изоляции прижимаются в осевом направлении вниз в прорези 23a, b, так что первое углубление 29 принимает соответствующий конец 5, 7 провода катушки. Таким образом, концы 5, 7 провода катушки закрепляются на месте посредством клемм 27a, b для монтажа с прорезанием изоляции. Кроме того, клеммы 27a, b для монтажа с прорезанием изоляции врезаются в изоляционное покрытие концов 5, 7 провода катушки, так что существует электрический контакт между клеммой 27a, b для монтажа с прорезанием изоляции и соответствующим концом 5, 7 провода катушки. Клеммы 27a, b для монтажа с прорезанием изоляции предпочтительно являются металлическими. Фиг. 6 показывает ситуацию, после того как клеммы 27a, b для монтажа с прорезанием изоляции были вставлены в прорези 25a, b.

Фиг. 7 показывает полностью собранный сегмент S_{i, j} статора с конструкцией 13 для направления провода, размещаемой на осевой передней стороне 9 сегмента S_{i, j} статора. Конструкция 13 для направления провода практически проходит в плоскости, перпендикулярной оси R статора, и защелкивается в посадке принудительного действия с передней частью 21a сегмента S_{i, j} статора.

Фиг. 8 показывает ситуацию, после того как девять идентичных сегментов S_{i, j} статора, как показано на фиг. 7, размещены в кольцевой компоновке, чтобы формировать узел 1 статора. Сегменты S_{i, j} статора прикрепляются друг к другу на своих боковых сторонах 25a, b, при этом первая боковая сторона 25a сегмента S_{i, j} статора соединяется посредством посадки принудительного действия со второй боковой стороной 25b соседнего сегмента S_{i, j} статора. Как может быть видно на фиг. 8, конструкции 13 для направления провода имеют расстояние друг до друга в круговом направлении, т.е., существует азимутальное угловое расстояние примерно 20° между ними. Т.е., причина состоит в том, что они являются более узкими по сравнению с сегментами S_{i, j} статора. Другими словами, сегменты S_{i, j} статора проходят на азимутальное угловое расстояние с , тогда как конструкции 13 для направления провода проходят на менее чем , например, на относительно азимутального центра соответствующего сегмента S_{i, j} статора.

Фиг. 9 показывает ситуацию после сборки соединительных проводов W_{i, k}. Шесть соединительных проводов W_{i, k} являются идентичными по форме и длине и могут быть размещены посредством машины одновременно или друг за другом на место посредством чисто осевого перемещения. Например, машина может просто толкать соединительный провод W_{i, k} в осевом направлении «вниз» на фиг. 9, т.е., назад в отрицательном z-направлении вдоль оси R статора. Машина даже не должна изменять свое угловое положение, поскольку кольцевая компоновка сегментов S_{i, j} статора может поворачиваться на , чтобы принимать следующий соединительный провод из машины точно в той же самой позиции. Первый конец 33a соединительного провода, таким образом, вставляется во второе углубление 31 первой клеммы 27a для монтажа с прорезанием изоляции в первой прорези 23a параллельно первому концу 5 провода катушки. Аналогично, второй конец 33b соединительного провода прижимается во второе углубление 31 второй клеммы 27b для монтажа с прорезанием изоляции во второй прорези 23b параллельно второму концу 7 провода катушки. Таким образом, клеммы 27a, b для монтажа с прорезанием изоляции врезаются в изоляционное покрытие соединительного провода W_{i, k} на первом конце 33a соединительного провода и втором конце 33b соединительного провода, соответственно, для того, чтобы устанавливать электрический контакт с соответствующим концом 5, 7 провода катушки.

Фиг. 10 показывает ситуацию после сборки провода 16 нейтральной точки звезды, проходящего по третьему радиально самому внутреннему пути 13c конструкции 13 для направления провода сегмента S_2,n статора. Провод 16 нейтральной точки звезды является более коротким по сравнению с соединительными проводами W_{i, k}, но имеет больший диаметр. Он соединяет катушки 3 последних (j=n) сегментов S_{i, n} статора из трех множеств друг с другом на их первых концах 5 провода катушки. Следовательно, провод 16 нейтральной точки звезды содержит три конца нейтральной точки звезды, прижимаемых в осевом направлении во второе углубление 31 первой клеммы 27a для монтажа с прорезанием изоляции в первых прорезях 23a сегментов S_{i, n} статора из трех наборов сегментов статора. Наконец, чтобы добиваться полностью собранного узла 1 статора, как показано на фиг. 1, три фазы 17a, b, c линии 17 ввода трехфазной мощности прижимаются в осевом направлении во второе углубление 31 второй клеммы 27b для монтажа с прорезанием изоляции во второй прорези 23b соответствующего первого (j=1) сегмента S_i,1 статора из трех наборов сегментов статора.

Альтернативный вариант осуществления по отношению к девяти отдельным и идентичным конструкциям 13 для направления проводов показан на фиг. 11. Фиг. 11 показывает элемент 15 для направления провода, определяющий множество путей 13a, b, c проводов, размещаемых в 3n-кратной вращательной симметрии вокруг оси R статора. Элемент 15 для направления провода является практически кольцеобразной цельной конструкцией, соединяющей конструкции 13 для направления проводов в единую конструкцию. Вместо монтажа отдельных конструкций 13 для направления проводов на сегменты S_{i, j} статора, как показано на фиг. 7, элемент 15 для направления провода согласно фиг. 11 устанавливается на полную кольцевую компоновку сегментов S_{i, j} статора.

Перечень ссылочных позиций

1 - узел статора

3 - катушка

5 - первый конец провода катушки

7 - второй конец провода катушки

9 - осевая передняя сторона

11 - осевая задняя сторона

13 - конструкция для направления провода

15 - элемент для направления провода

15a, b, c - пути проводов

16 - провод нейтральной точки звезды

17a, b, c - фазы линии ввода трехфазной мощности

19 - сердечник

21a - передняя часть

21b - задняя часть

23a - первая прорезь

23b - вторая прорезь

25a - первая боковая сторона

25b - вторая боковая сторона

27a - первая клемма для монтажа с прорезанием изоляции

27b - вторая клемма для монтажа с прорезанием изоляции

29 - первое углубление

31 - второе углубление

33a - первый конец соединительного провода

33b - второй конец соединительного провода

i - индекс для набора сегментов статора

j - индекс для сегмента статора в наборе сегментов статора

k - индекс для соединительного провода для набора сегментов статора

S_{i, j} - сегмент статора

W_{i, k} - соединительный провод

R - ось статора

φ - азимутальный угол

A - плоскость симметрии

r₁ - первое радиальное расстояние

r₂ - второе радиальное расстояние

Изобретение относится к области электротехники, в частности к узлу (1) трехфазного статора приводного мотора электрического насоса. Технический результат – повышение технологичности изготовления статора. Узел (1) статора содержит три набора сегментов (S_{i, j}), размещенных в кольцевой компоновке вокруг проходящей в осевом направлении оси (R) статора. Каждый набор сегментов (S_{i, j}) содержит n ≥ 2 сегментов (S_{i, j}), причем каждый указанный сегмент (S_{i, j}) содержит катушку (3), имеющую первый конец (5) и второй конец (7) провода катушки, и множество из 3n-3 соединительных проводов (W_{i, k}), размещенных на осевой передней стороне (9) сегментов (S_{i, j}). Каждый соединительный провод (W_{i, k}) соединяет две катушки (3) соответствующего набора сегментов (S_{i, j}) последовательно, и при этом первый промежуточный сегмент (S_{i, j}) и второй промежуточный сегмент (S_{i, j}) других двух наборов сегментов (S_{i, j}) размещены в круговом направлении между двумя соединенными катушками (3) указанного набора сегментов (S_{i, j}). По меньшей мере 3n-5 соединительных проводов (W_{i, k}) проходят через первый промежуточный сегмент (S_{i, j}) на первом радиальном расстоянии (r₁) до оси (R) статора и через второй промежуточный сегмент (S_{i, j}) на втором радиальном расстоянии (r₂) до оси (R) статора. Второе радиальное расстояние (r₂) больше первого радиального расстояния (r₁). 20 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Узел (1) трехфазного статора приводного мотора электрического насоса, содержащий:

- три набора сегментов (S_{i, j}) статора, при этом сегменты (S_{i, j}) статора размещены в кольцевой компоновке вокруг проходящей в осевом направлении оси (R) статора, причем каждый набор сегментов (S_{i, j}) статора содержит n≥2 сегментов (S_{i, j}) статора, размещенных в n-кратной вращательной симметрии вокруг оси (R) статора, при этом каждый сегмент (S_{i, j}) статора содержит катушку (3), имеющую первый конец (5) провода катушки и второй конец (7) провода катушки, и

- множество из 3n-3 соединительных проводов (W_{i, k}), размещенных на осевой передней стороне (9) сегментов (S_{i, j}) статора, причем каждый соединительный провод (W_{i, k}) соединяет две катушки (3) соответствующего набора сегментов (S_{i, j}) статора последовательно, при этом первый промежуточный сегмент (S_{i, j}) статора и второй промежуточный сегмент (S_{i, j}) статора других двух наборов сегментов (S_{i, j}) статора размещены в круговом направлении между двумя соединенными катушками (3) упомянутого соответствующего набора сегментов (S_{i, j}) статора,

причем по меньшей мере 3n-5 соединительных проводов (W_{i, k}) проходят через первый промежуточный сегмент (S_{i, j}) статора на первом радиальном расстоянии (r₁) до оси (R) статора и через второй промежуточный сегмент (S_{i, j}) статора на втором радиальном расстоянии (r₂) до оси (R) статора, при этом второе радиальное расстояние (r₂) превышает первое радиальное расстояние (r₁).

2. Узел (1) трехфазного статора по п. 1, в котором по меньшей мере 3n-5 соединительных проводов (W_{i, k}) имеют одинаковую форму и длину.

3. Узел (1) трехфазного статора по п. 1 или 2, в котором все соединительные провода (W_{i, k}) проходят по всей своей длине практически в общей плоскости, перпендикулярной оси (R) статора.

4. Узел (1) трехфазного статора по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий провод (16) нейтральной точки звезды, при этом провод (16) нейтральной точки звезды соединяет первые концы (5) провода катушки для катушек (3) (j=n)-х сегментов (S_{i, j}) статора из трех наборов сегментов (S_{i, j}) статора друг с другом.

5. Узел (1) трехфазного статора по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий линию ввода трехфазной мощности с тремя фазами (17a, b, c), при этом каждая фаза (17a, b, c) соединена со вторым концом (7) провода катушки для катушки (3) (j=1)-го сегмента (S_{i, j}) статора из соответствующего набора сегментов (S_{i, j}) статора.

6. Узел (1) трехфазного статора по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий элемент (15) для направления провода, размещенный на осевой передней стороне (9) сегментов (S_{i, j}) статора, при этом элемент (15) для направления провода определяет множество путей (13a, b, c) провода, причем пути (13a, b, c) провода размещены в 3n-кратной вращательной симметрии вокруг оси (R) статора.

7. Узел (1) трехфазного статора по п. 6, в котором элемент (15) для направления провода состоит из множества из 3n отдельных и идентичных конструкций (13) для направления провода, при этом каждая конструкция (13) для направления провода размещена на осевой передней стороне (9) соответствующего сегмента (S_{i, j}) статора.

8. Узел (1) трехфазного статора по п. 7, в котором конструкции (13) для направления провода имеют расстояние друг от друга в круговом направлении.

9. Узел (1) трехфазного статора по любому из пп. 6-8, в котором элемент (15) для направления провода прикреплен к осевой передней стороне (9) сегментов (S_{i, j}) статора посредством посадки принудительного действия.

10. Узел (1) трехфазного статора по любому из пп. 6-9, в котором элемент (15) для направления провода размещен радиально между первыми концами (5) провода катушки и вторыми концами (7) провода катушки для катушки (3) соответствующего сегмента (S_{i, j}) статора.

11. Узел (1) трехфазного статора по любому из предшествующих пунктов, в котором первый конец (5) провода катушки для катушки (3) каждого сегмента (S_{i, j}) статора размещен на первой боковой стороне (25a) соответствующего сегмента (S_{i, j}) статора, а второй конец (7) провода катушки для катушки (3) каждого сегмента (S_{i, j}) статора размещен на второй боковой стороне (25b) соответствующего сегмента (S_{i, j}) статора.

12. Узел (1) трехфазного статора по любому из предшествующих пунктов, в котором каждый сегмент (S_{i, j}) статора дополнительно содержит первую клемму (27a) для монтажа с прорезанием изоляции для соединения соответствующего соединительного провода (W_{i, k}) с первым концом (5) провода катушки и вторую клемму (27b) для монтажа с прорезанием изоляции для соединения соответствующего соединительного провода (W_{i, k}) со вторым концом (7) провода катушки.

13. Узел (1) трехфазного статора по п. 12, в котором первая клемма (27a) для монтажа с прорезанием изоляции вставляется в осевом направлении в первую прорезь (23a), образованную на осевой передней стороне (9) сегмента (S_{i, j}) статора, а вторая клемма (27b) для монтажа с прорезанием изоляции вставляется в осевом направлении во вторую прорезь (23b), образованную на осевой передней стороне (9) сегмента (S_{i, j}) статора.

14. Узел (1) трехфазного статора по п. 13, в котором первая прорезь (23a) и/или вторая прорезь (23b) проходят практически по касательной относительно кольцевой компоновки сегментов (S_{i, j}) статора.

15. Узел (1) трехфазного статора по п. 13 или 14, в котором

- первый конец (5) провода катушки и первый конец (33a) соединительного провода проходят радиально через первую прорезь (23a), при этом первый конец (5) провода катушки принимается в первое углубление (29) первой клеммы (27a) для монтажа с прорезанием изоляции, а первый конец (33a) соединительного провода принимается во второе углубление (31) первой клеммы (27a) для монтажа с прорезанием изоляции, и/или

- второй конец (7) провода катушки и второй конец (33b) соединительного провода проходят радиально через вторую прорезь (23b), причем второй конец (7) провода катушки принимается в первое углубление (29) второй клеммы (27b) для монтажа с прорезанием изоляции, а второй конец (33b) соединительного провода принимается во второе углубление (31) второй клеммы (27b) для монтажа с прорезанием изоляции.

16. Узел (1) трехфазного статора по п. 15, в котором первое углубление (29) и второе углубление (31) первой клеммы (27a) для монтажа с прорезанием изоляции и/или второй клеммы (27b) для монтажа с прорезанием изоляции размещаются на противоположных осевых сторонах соответствующей клеммы (27a, b) для монтажа с прорезанием изоляции.

17. Узел (1) трехфазного статора по любому из предшествующих пунктов, в котором соединительные провода (W_{i, k}) не пересекают друг друга.

18. Узел (1) трехфазного статора по любому из предшествующих пунктов, в котором для каждого сегмента (S_{i, j}) статора первый конец (5) провода катушки размещен на радиально внутренней стороне сегмента (S_{i, j}) статора, а второй конец (7) провода катушки размещен на радиально внешней стороне сегмента (S_{i, j}) статора.

19. Узел (1) трехфазного статора по любому из предшествующих пунктов, в котором все сегменты (S_{i, j}) статора являются практически идентичными и отличаются только своим соединением с соединительными проводами (W_{i, k}), входными фазами (17a, b, c) и/или проводом (16) нейтральной точки звезды.

20. Узел (1) трехфазного статора по любому из предшествующих пунктов, в котором каждый соединительный провод (W_{i, k}) проходит максимально на азимутальное угловое расстояние в диапазоне от до .

21. Узел (1) трехфазного статора по любому из предшествующих пунктов, в котором первый конец (5) провода катушки для катушки (3) набора сегментов (S_{i, j}) статора и второй конец (7) провода катушки следующей в последовательности соединенной катушки (3) упомянутого набора сегментов (S_{i, j}) статора имеют азимутальное угловое расстояние друг до друга в диапазоне от до .