СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 2024 года по МПК H02K1/20 

Изобретение относится к области электромашиностроения, в частности, к электрическим машинам широкого применения. Задача, решаемая настоящим изобретением, - повышение эффективности охлаждения статора электрической машины.

Известны системы охлаждения электрических машин, в которых хладагент подводится к меди обмоток статоров и роторов. Эта система эффективна, но сложна в конструкционном отношении и может быть использована в самых крупных электрических машинах (А.И. Москвитин. Непосредственное охлаждение электрических машин. - М. Издательство АН СССР, 1962, с. 10-34).

Известна также конструкция асинхронного двигателя АО-82 (Проектирование электрических машин. Под ред. П.С. Сергеева - М.: Энергия, 1969, с. 182-184, рис. 9.9 и 9.9а). Эта конструкция принята за прототип.

Основные недостатки прототипа: тепло, выделяемое в обмотке статора, передается в сердечник статора, набранный из листовой стали, соединяясь с теплом, выделенным в сердечнике, а затем это суммарное тепло преодолевает еще 2 препятствия: стыковку сердечника с корпусом и тепловое сопротивление корпуса, прежде чем достигнуть хладагента (воздуха, обдувающего корпус).

Цель изобретения - повысить энергоэффективность охлаждения, упростить конструкцию, снизить массу и габариты, увеличить коэффициент полезного действия и повысить надежность электрической машины за счет изменения конструкции статора.

Указанная цель достигается тем, что, в отличие от прототипа, убираются 2 последних препятствия: стыковка сердечника с корпусом и корпус, а выступы сердечника образуют ребра, непосредственно соприкасающиеся с хладагентом.

На фиг.1 показан лист 1 электротехнической стали с пазами 2 для размещения обмотки и выступами 3.

На фиг.2 показан поперечный разрез сердечника 4 (условно заштрихован), на фиг.3 - его продольный разрез (по А-А фиг.2), на фиг.4 - вид Б фиг.3. Разрез В-В на фиг.3 соответствует виду фиг.2.

Сердечник состоит из листов 1, нажимных колец 5 и стяжных шпилек 6.

На фиг.5 показан лист 7 электротехнической стали с отверстиями 8 для стяжных шпилек 6 и прорезями 9, исключающими замыкание магнитного потока вокруг шпилек и тем самым препятствующими возникновению токов в стяжных шпильках. Аналогичные отверстия выполняются в нажимных кольцах. Это решение позволяет выполнить нажимные кольца по профилю листа 7 и тем самым максимально увеличить окна в сердечнике для прохождения охлаждающего воздуха в аксиальном направлении, а также уменьшить массу колец.

Аналогично с такими же отверстиями 8 и прорезями 9 могут быть выполнены листы 10 для стяжных шпилек 6 между выступов, как это показано на фиг.6.

Эта разновидность размещения шпилек в аксонометрических проекциях показана на фиг.7 (соответствует листу фиг.5) и фиг.7а (соответствует листу фиг.6). Стрелками на этих фигурах условно показано направление движения воздуха, охлаждающего сердечник.

На фигурах 1-7а представлен простейший вариант охлаждения статора. Он может быть эффективен для электрических машин, расположенных на движущихся изделиях: на вагонах метро, электричек, поездов, самолетах и других летательных аппаратах, на водных видах транспорта.

Возможно также увеличение эффективности охлаждения, например, за счет установки вентилятора обдува на валу электрической машины (как показано в прототипе - с.182, рис 9-9) либо отдельно стоящего вентилятора или компрессора.

На фиг.8 представлен вариант, когда на поверхность выступов 3 устанавливается цилиндр 11, образующий с выступами аксиальные каналы для хладагента. Этот цилиндр может быть алюминиевым, титановым, стальным или из других металлов и их сплавов, а также из композитных и других конструкционных материалов.

На фиг.9 представлена аксонометрическая проекция сердечника, а стрелками условно показано направление движения хладагента в аксиальных каналах.

На фиг.10 представлен вариант, когда вершины выступов 3 соединены между собой композитным материалом 12, например, бандажной лентой, углеродными или другими высокопрочными нитями. В этом случае возможна пропитка и запекание всего статора с обмоткой, сердечником, композитным бандажом изоляционным компаундом для создания легкой монолитной конструкции высокой прочности.

Такая конструкция со склеенными предварительно сердечником и нажимными кольцами из изоляционного материала, например, стеклотекстолита, может быть выполнена без стяжных шпилек.

Охлаждение осуществляется аналогично варианту по фиг.9.

На фиг.11 представлен вариант, когда лист статора выполнен с перемычками 13 между вершинами выступов, в которых размещены стяжные шпильки 6.

В этом случае ячеевидная конструкция сердечника приобретает высокую жесткость.

В настоящее время все большее распространение получают электрические машины обращенного исполнения - с внешним ротором по отношению к статору (например, патент RU 2458446 С1).

Для такого исполнения электрической машины на фиг.12, 13, 14 представлен сектор статорного листа 1, у которого пазы 2 для обмотки расположены снаружи статора, а выступы 3, обдуваемые хладагентом, - внутри.

Для повышения скорости обдува (и, следовательно, увеличения интенсивности охлаждения) может быть использован цилиндр 11, образующий с выступами 3 и листами 1 аксиальные каналы 14 (фиг.13), обдуваемые хладагентом с помощью вентилятора или компрессора.

Если полости каналов 14 будут герметизированы (например, компаундом, пропитывающим обмотку статора и сердечник), то по этим каналам может быть подана охлаждающая жидкость (вода, антифриз, масло), что резко повысит эффективность охлаждения статора и всей электрической машины.

Эта же система жидкостного охлаждения может быть использована и для необращенной электрической машины, описанной ранее (фиг.1-11).

На фиг.14 показан вариант с перемычками 13 между вершинами выступов 3 -аналогично фиг.11 для необращенной электрической машины.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – повышение эффективности охлаждения статора электрической машины. Статор электрической машины включает сердечник из листовой электротехнической стали и пазы для размещения обмоток. Особенностью изобретения является наличие у листов электротехнической стали со стороны, противоположной пазам, выступов, непосредственно соприкасающихся с хладагентом. При этом вершины выступов соединены между собой бандажной лентой, нитями или другим композитным материалом. 4 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Статор электрической машины, имеющий сердечник из листовой электротехнической стали и пазы для размещения обмоток, отличающийся тем, что листы стали со стороны, противоположной пазам, имеют выступы, непосредственно соприкасающиеся с хладагентом, причем вершины выступов соединены между собой бандажной лентой, нитями или другим композитным материалом.

2. Статор по п. 1, отличающийся тем, что во впадинах между выступами размещены шпильки, стягивающие листы и образующие вместе с листами и нажимными кольцами сердечник.

3. Статор по п. 1, отличающийся тем, что стяжные шпильки размещены в выступах с отверстиями.

4. Статор по п. 1, отличающийся тем, что пазы для обмотки расположены внутри статора, а выступы, соприкасающиеся с хладагентом, - снаружи.

5. Статор по п. 1, отличающийся тем, что пазы для обмотки расположены снаружи статора, а выступы, соприкасающиеся с хладагентом, - внутри.