Электрическая машина Российский патент 2023 года по МПК H02K3/493 

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано при изготовлении электрических машин, в которых для крепления обмотки в открытых пазах магнитопровода используются клинья.

Известен пазовый клин статора крупногабаритного паротурбинного электрогенератора [патент РФ №2720589 С2, МПК Н02К 3/493, опубликовано 12.05.2020 г.], представляющий собой парную конструкцию, содержащую верхний и нижний клинья, при чем верхний клин является вспомогательным, а нижний клин является основным. Верхняя поверхность верхнего клина расположена заподлицо в выемке или верхняя поверхность верхнего клина утоплена в выемке. На верхней поверхности нижнего клина выполнен соединительный паз типа «ласточкин хвост», а на нижней поверхности верхнего клина выполнен соответствующий указанному пазу выпуклый участок, закрепленный в соединительном пазе. Другим вариантом является выполнение между верхним клином и нижним клином щели, в которой вставлен магнитный пазовый клин.

Недостатком аналога является сложность технической реализации, сложность технологии изготовления.

Известен трансформаторный датчик угла [Авторское свидетельство SU №1610246 A1, МПК G01B 7/30, опубликовано 30.11.1990 г.], содержащий неявнополюсный статор с равномерно распределенными по его внутренней поверхности пазами, в которые определенным образом уложены обмотка возбуждения и измерительная обмотка, безобмоточный зубчатый ротор, при этом промежутки между зубцами ротора заполнены компаундом с наполнителем в виде магнитного порошка.

Недостатком аналога является сложность технологии изготовления.

Известен статор высокочастотной электрической машины [патент РФ №180124 U1, МПК Н02К 3/493, опубликовано 05.06.2018 г.], содержащий магнитопровод статора с пазами статора, обмотку статора, установленную в пазах посредством клиньев, состоящих из двух частей: полосы немагнитного материала с выступом вдоль осевой линии клина и обращенным от обмотки и полосы магнитного диэлектрика с несквозным пазом, обращенным к обмотке вдоль оси линии клина по форме и размеру, совпадающим с выступом на полосе из немагнитного материала.

Недостатком аналога является сложность технической реализации, сложность технологии изготовления.

Известен магнитный клин [Авторское свидетельство SU №486425, МПК Н02К 3/48, опубликовано 30.09.1975 г.] для установки в открытых пазах электрических машин для крепления обмотки статора, выполненный из ферромагнитного материала, представляющий собой фигуру с геометрией, соответствующей профилю паза статора, боковые стенки и основания которой охвачены пластмассовой оболочкой, в боковых стенках клина выполнены пазы, а стенка, обращенная к воздушному зазору, снабжена ребрами жесткости и размещенными вне рабочей зоны лунками.

Недостатки указанного решения заключаются в выполнении магнитного клина в виде сплошного ферромагнитного тела, что приводит к повышению добавочных потерь, а также к местным нагревам зубцов магнитопровода в области между пазовыми клиньями ввиду наличия полей рассеяния.

Известен статор электрической машины [патент РФ №180124 U1, МПК Н02К 3/493, опубликовано 05.06.2018 г.], содержащий магнитопровод статора с открытыми пазами статора, обмотку статора, установленную в пазах посредством клиньев, состоящих из двух частей: полосы немагнитного материала с выступом вдоль осевой линии клина и обращенным от обмотки и полосы магнитного диэлектрика с несквозным пазом, обращенным к обмотке вдоль оси линии клина по форме и размеру, совпадающим с выступом на полосе из немагнитного материала.

Недостатком аналога является невысокая энергетическая эффективность.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является электрическая машина [патент РФ №217081 U1, МПК Н02К 3/46, опубликовано 16.03.2023 г.], содержащая статорную или роторную обмотки, размещенные в пазах открытого типа с клиновым креплением, при этом пазовые клинья и внутрипазовые прокладки выполнены из цельных металлических немагнитных материалов.

Недостатком технического решения является невысокая энергетическая эффективность, а также местный нагрев магнитопровода в области между пазовыми клиньями ввиду наличия полей рассеяния.

Техническим результатом является повышение энергетической эффективности и надежности.

Технический результат достигается тем, что в электрической машине, содержащей статорную или роторную обмотки, размещенные в пазах открытого типа с креплением посредством клиньев, согласно изобретению, пазовые клинья выполнены шихтованными из двухфазного магнитного материала таким образом, что немагнитные зоны расположены в центре клиньев по всей высоте клиньев, а толщина немагнитной зоны составляет 30-40% от ширины паза статора.

Существо изобретения поясняется чертежом, на котором изображена часть магнитопровода электрической машины с пазом и пазовым клином из двухфазного магнитного материала.

Предложенная электрическая машина (на фигуре не показана) содержит магнитопровод 1, обмотку 2, размещенную в пазах 3 открытого типа, с клиновым креплением, причем пазовые клинья 4 выполнены шихтованными из двухфазного магнитного материала таким образом, что немагнитные зоны 5 расположены в центре клиньев 4 по всей высоте клиньев 4, а толщина немагнитной зоны 5 составляет 30-40% от ширины паза 3 открытого типа, а магнитные зоны 6 соприкасаются с зубцами 7 магнитопровода 1.

Повышение энергетической эффективности достигается за счет выполнения клиньев шихтованными, что снижает потери на вихревые токи, добавочные потери холостого хода и при нагрузке, а также снижают рассеяние магнитного поля в паз, тем самым снижая потери от вихревых токов в обмотке. Повышение надежности достигается снижением нагрева обмотки за счет ориентации магнитного потока таким образом, чтобы он замыкался через магнитные зоны клина и зубца и не замыкался по обмотке в пазу.

Устройство работает следующим образом. При работе электрической машины (на фигуре не показана) магнитопровод 1 с обмоткой 2 пронизывается осевыми и радиальными потоками. Проходя через воздушный рабочий зазор (на фигуре не показан) и обмотки 2, магнитный поток попадает в магнитопровод 1 и ориентируется таким образом, чтобы замыкаться через зубцы 7, ограничивающие паз 3 и через магнитные зоны 6 пазовых клиньев 4, ограничивающие немагнитные зоны 5 пазовых клиньев 4. Таким образом уменьшается доля магнитного потока, попадающая в паз 3 с обмоткой 2. Толщина немагнитных зон 5 определяется аналитически при проектировании электрической машины и подтверждается конечно-элементным моделированием из условия обеспечения необходимых энергетических и магнитных характеристик электрической машины, которые достигаются в среднем при толщине немагнитных зон 5, составляющих 30-40% от ширины паза 3.

Пример выполнения изобретения. В электрической машине с постоянными магнитами с внутренним ротором, выходной мощностью 110 кВт, частотой вращения ротора 12000 об/мин, применен открытый паз с шириной 8 мм. При такой конструкции коэффициент полезного действия электрической машины составил 90%. После установки в паз клина из двухфазного материала с шириной немагнитной зоны 3,2 мм коэффициент полезного действия электрической машины составил 92%. После установки пазовых клиньев потери в обмотке уменьшились на 9%, и, соответственно, снизился ее нагрев.

Таким образом, предлагаемая конструкция электрической машины позволяет повысить ее энергетическую эффективность и надежность.

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано при изготовлении электрических машин, в которых для крепления обмотки в открытых пазах магнитопровода используются клинья. Технический результат: повышение энергетической эффективности и надежности. Сущность изобретения: электрическая машина содержит статорную или роторную обмотки, размещенные в пазах открытого типа с креплением посредством клиньев, причем пазовые клинья выполнены шихтованными из двухфазного магнитного материала таким образом, что немагнитные зоны расположены в центре клиньев по всей высоте клиньев, а толщина немагнитной зоны составляет 30-40% от ширины паза статора. 1 ил.

Электрическая машина, содержащая статорную или роторную обмотки, размещенные в пазах открытого типа с креплением посредством клиньев, отличающаяся тем, что пазовые клинья выполнены шихтованными из двухфазного магнитного материала таким образом, что немагнитные зоны расположены в центре клиньев по всей высоте клиньев, а толщина немагнитной зоны составляет 30-40% от ширины паза статора.