Способ намотки неявнополюсных распределённых обмоток статора электрической машины Российский патент 2023 года по МПК H02K15/08 H02K3/12 

Изобретение относится к области электротехники в части электрических машин.

Известен синхронный электрический двигатель-генератор патент RU 181979 U1, описывающий статор с трехфазной обмоткой и ротор, выполненный в виде многополюсного магнита с равномерно расположенными по окружности чередующимися m магнитными полюсами, с шагом полюсного деления, равным , при этом статор выполнен с N<m зубами с симметричными и асимметричными шляпками, разделенными пазами, намотка обмотки статора выполнена пофазно для групп зубов, расположенных симметрично по окружности статора на угловом расстоянии друг от друга, при этом в одну группу для намотки одной фазы входят зубы с симметричными и асимметричными шляпками, а угловое расстояние между краями шляпок, обращенными в сторону группы зубов, предназначенной для намотки другой фазы, равно угловому расстоянию между полюсными делениями числа магнитных полюсов ротора, равного числу последовательно расположенных зубов одной группы, относящейся к одной фазе.

Модель имеет следующий недостаток – намотка, выполненная на группу зубов статора с чередованием направления намотки, за счёт наличия соединительных участков между зубами будет иметь неполное число витков на каждом зубе и переходы между катушечными группами, которые, как следствие, будут создавать осевое отклонение рабочего магнитного потока от плоскости вращения, что приводит к снижению магнитного напряжения на полюсах статора и появлению бокового магнитного градиента на активной поверхности зубов, который в свою очередь создаёт осевое усилие на вал двигателя, нагружая при этом подшипники и приводя к их повышенному износу, снижая эффективность электрической машины в целом. При этом, чем меньше витков содержит обмотка статора, тем выше будут описанные потери, ниже эффективность и ресурс работы электрической машины.

Техническая задача состоит в необходимости создания такого способа намотки, который позволит выдерживать целое число витков, поскольку межкатушечные переходы обмоточного провода электрической машины также являются токоведущими частями и создают собственные потоки магнитной индукции, вызывающие осевое отклонение рабочего потока магнитной индукции от плоскости вращения.

Технический результат заключается в понижении магнитного напряжения в воздушном зазоре между ротором и статором и вносит при этом электрические потери.

Заявленный способ поясняется чертежом Фиг. 1, где схематично изображена схема фазной намотки, на которой буквами Н и К указаны начало и конец обмотки, а цифрами в круге обозначены обмоточные пазы сердечника статора. Стрелки указывают направление укладки провода при намотке.

Способ намотки неявнополюсных распределённых обмоток статора электрической машины заключается в том, что изолированный провод обмотки, выполненный из токопроводящего материала, укладывают в обмоточные пазы между группами зубов сердечника статора электрической машины, поочередно огибая слева и справа группы зубов сначала в одном, затем в обратном направлении, таким образом формируя вокруг каждой группы зубов полный виток, состоящий из двух половин. Далее, в продолжение уложенного витка, укладывается следующая часть обмотки со смещением в один паз. Таким образом формируют распределённую обмотку, в которой все межполюсные соединения сформированы симметричными полувитковыми элементами намотки и создаваемый магнитный поток сердечника статора не имеет боковых отклонений, при этом магнитное напряжение является максимальным на активной поверхности зубов.

Предлагаемый способ исключает отклонения рабочего полюсного потока магнитной индукции от плоскости вращения и повышает эффективность и срок службы электрических машин, в которых обмотка статора имеет малое количество витков. Такая обмотка не имеет межкатушечных переходов, которые вносят электрические потери и создают осевые усилия на подшипники при работе электрической машины.

Рассмотрим заявленный способ на примере фазной обмотки электрической машины с числом пазов статора, равным 24, и числом полюсов обмотки, равным 4. Схема намотки схематично показана на Фиг. 1, где начало и конец фазной обмотки обозначены буквами Н и К. Цифрами в круге схематично обозначены обмоточные пазы сердечника статора, в которые укладывается обмотка. Стрелками указано направление последовательной укладки провода в обмоточные пазы сердечника статора. Таким образом получают обмотку, которая создаёт симметричный поток магнитной индукции, вращающийся в одной плоскости без осевых смещений.

Практическое применение способа. Описанным способом был перемотан статор транспортного электродвигателя мощностью 35 кВт производства SIEMENS. При равном числе витков и идентичном проводе сопротивление обмотки и вес статора после перемотки уменьшились. Испытания двигателя показали снижение шума при работе и повышение его мощности на 12% - до 39 кВт при номинальном значении тока. Уменьшение шума говорит о снижении нагрузки на подшипниковые узлы за счёт выравнивания потоков магнитной индукции в плоскости вращения ротора, мощность и энергоэффективность увеличились благодаря снижению электрических потерь в обмотке, что привело к улучшению взаимодействия магнитных полей в воздушном зазоре между ротором и статором двигателя.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в понижении магнитного напряжения в воздушном зазоре между ротором и статором. Заявленный способ намотки неявнополюсных распределённых обмоток статора электрической машины предусматривает укладку провода в обмоточные пазы сердечника статора, поочередно огибая слева и справа группы зубов сердечника статора последовательно сначала в одном, затем в обратном направлении, таким образом формируя вокруг каждой группы зубов полный виток, состоящий из двух половин, после чего таким же образом, со смещением в один паз, выполняется следующий, смещённый, виток распределённой обмотки. 1 ил.

Способ намотки неявнополюсных распределённых обмоток статора электрической машины, отличающийся тем, что провод укладывают в обмоточные пазы сердечника статора, поочередно огибая слева и справа группы зубов сердечника статора, последовательно сначала в одном, затем в обратном направлении, таким образом формируя вокруг каждой группы зубов полный виток, состоящий из двух половин, после чего таким же образом, со смещением в один паз, выполняется следующий, смещённый, виток распределённой обмотки.