Когтеобразный индуктор электрической машины Советский патент 1983 года по МПК H02K1/28 

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к индукторам. Известны когтеобразные индукторы электрических маи1ин, содержащий шихтованные полюса и состыкованные с ними витые ярма |1}. Недостатки таких индукторов - наличие дополнительных зазоров на стыках магнитопровода, обусловленное неровностью стыковой поверхности витого ярма, и большая трудоемкость изготовления. Наиболее близок к предлагаемому когтеобразный индуктор электрической машины, содержащий шихтованные пакеты полюсов с хвостовиками, листы которых расположены параллельно оси вращения, щихтованные пакеты фланцев, листы которых расположены перпендикулярно к оси вращения, и элементы крепления хвостовиков полюсов к пакетам фланцев 2. Недостатками такой конструкции индуктора являются малая поверхность стыка полюса с ярмом (а следовательно, повышенная индукция в стыковых зазорах) ввиду размещения на этой поверхности крепящих элементов, необходимость сверления пакетов полюсов под крепящие болты и связанная с этим большая трудоемкость изготовления, особенно для многополюсного индуктора, а также большой расход материала болтов, вызванный относительно большой длиной последних. Кроме того, в известных Индукторах затруднена фиксация болтов, предохраняющая их от самоотвинчивания в процессе эксплуатации. Цель изобретения - упрощение конструкции и технологии, снижение трудоемкости изготовления, улучшение эксплуатационных характеристик и повыщейие надежности. Указанная цель достигается тем, что в когтеобразном индукторе электрической машины, содержащем шихтованные пакеты полюсов с хвостовиками, листы которых расположены параллельно к оси вращения, шихтованные пакеты фланцев, листы которых расположены перпендикулярно оси вращения, и элементы крепления хвостовиков .полюсов к пакетам флайцев, фланцы выполнены с продольными отверстиями, в которых размещены хвостовики полюсов с радиальным промежутком, в радиальных промежутках установлены элементы крепления в виде клиньев. Отверстия в фланцах имеют прямоугольную форму. Верхняя кромка хвостовика полюса может быть выполнена со скосом поотношению к оси ийдуктора. На хвостовике полюса могут быть выполнены выступы к которым прилегают торцы фланцев. На фиг. 1изображен индуктор, вид сбоку разрезом по продольной оси (показана верхняя полуплоскость); на фиг. 2 - лист фланца индуктора; на фиг. 3-6 - отверстия в листе фланца, варианты исполнения: прямоугольная, бочкообразная, крестообразная, прямоугольная с закругленными тангенциальными кромками формы; на фиг. 7 и 8 - листы полюса индуктора с полным и укороченным выступом когтя; на фиг. 9 и 10 - полюсы индуктора с плоскими и закругленными активными поверхностями; на фиг. 11 - индуктор, вид с торца (показана одна четверть). Когтеобразный индуктор электрической машины содержит вал 1, ферромагнитную втулку 2, на которую в средней части надета катушка 3, имеющая бандаж 4, два фланца 5, шихтованных из отдельных листов 6 и скрепленных каким-либо известным способом, например, заклепками 7. Вместо катушки 3 между фланцами 5 может быть установлен кольцевой постоянный магнит, намагниченный в направлении оси 8 вращения электрической машины. Лист 6 фланца имеет центральное отверстие 9, в котором размещена втулка 2, и равномерно расположенные отверстия ГО вблизи ваешней кромки. Отверстия 10 могут иметь различную форму: прямоугольную, бочкообразную, крестообразную и т. д. (фиг. 3-6), при этом необходимым условием является перпендикулярность тангенциальных кромок И и 12 отверстия 10 осевым радиальным линиям .13. Наиболее предпочтительной с точки зрения эффективности конструкции является прямоугольная форма отверстия 10. Если отверстия 10 отличаются от прямоугольной формы, в их боковых промежутках размещены головки заклепок и другие конструктивные элементы. Внещняя кромка листа 6 фланца 5 может быть выполнена зубчатой, с зубцами 14, однако в вариантах исполнения эта кромка, может быть и гладкой. При этом ширина боковой стороны 15 должна быть такова, чтобы обеспечивалась механическая прочность конструкции при ее вращении и воздействии центробежных усилий. Фланцы 5 насажены на втулку 2 с обеих сторон катушки 3 таким образом, что продольные осевые линии 13 отверстий одного (левого) фланца 5 совпадают с продольными осевыми плоскостями 16 пространства между отверстиями другого (правого) фланца 5. При этом плоскости листов 6 фланцев перпендикулярны оси 8 вращения электрической машины. Когтеобразные полюсы 17 шихтованы из отдельных листов 18 и скреплены в пакете каким-либо известным способом, например заклепками 19. Листы полюса 18 состоят из хвостовиков 20 и когтеобразного выступа 21. Листы 18 могут быть выполнены или с полным выступом 22 или с укороченным выступом 23. При этом высота по,дюса от основания хвостовика 20 до активной кромки когти 24, выходящей в расточку машины, может быть разной: в листах с

укороченным выступом эта высота меньше по величине. В вариантах конструкции по;1юсные листы 18 могут быть выполнены также с выступами 22 и 23. имеющими равные высоты. В случае использования такой конструкции для получения равномерного воздушного зазора машины полюс 17 собирается в оправке, имеюш.ей закругленные опорные поверхности для основания хвостовика 20 и активной поверхности (кромок 24), причем радиус закругления этих поверхност(а. равен радиусу наружной кромки листа в; а кромки 11 и 12 отверстий 10 5 имеют этот же радиус кривизны (фиг. 3). Листы 18 таких полюсов 17 с криволинейными активными поверхностями (фиг.. 10) могут быть скреплены в пакете одним из известных способов - слегка скругленными заклепками, сварочными швами по торцам полюса, клеем и т. п. Шихтованные полюсы 17 своими хвостовиками 20 установлены в отверстиях 10 фланцев 5 таким образом, что плоскости листов 18 полюсов 15 и фланцев 5 взаимно перпендикулярны. Хвостовики 20 полюсов 17 в нижней части имеют радиально -Направленные выступы 25, охватываюшие при установке пакет фланца 5 и прилегающие к его торцам 26. В радиальные промежутки 27 между .хвостовиком 20 и стенкой 28 отверстия 10 забиты клинья 29, прижимающие хвостовик 20 к пакету фланца 5. Для предотвращения ослабления клинья 29 могут быть зафиксированы каким-либо известным способом, например сварочными швами 30 между клином 29 и хвостовиком 20 полюса 17 или сварочными швами 31 между клином 29 и пакетом фланца 5. В общемслучае хвостовик 20 полюса 17 может быть закреплен в отверстии 10 двумя встречными клиновыми элементами, однако с точки зрения уменьшения количества клиньев 29 и упрощения конструкции в улучшенных вариантах целесообразно хвостовик 20 полюса выполнить с верхней кромкой 32 со скосом относительно активной кромки полюса 24, параллельной направлению оси 8 вращения электрической машины на небольшой угол, величина которого находится в пределах до 10°. В этом случае закрепление полюса 17 в отверстии 10 фланца 5 осуществляется лишь одним клином 29, как это показано на фиг. 1.

Индуктор электрической машины работает следующим образом.

Собранный индуктор помещается в ра точку якоря электрической машины и приводится во вращение. Магнитный поток, создаваемый протекающими через катушку 3 постоянным током (или постоянным магнитом, расположенным в том же пространстве между двумя фланцами), проходя через втулку 2, фланцы 5, полюсы 17 и воздушный зазор машины, замыкается через магнитопровод якоря. Этот поток в обмотке якоря индуктирует переменную ЭДС, так как полюсы 17 индуктора разной магнитной полярности чередуются в расточке. Полная поверхность индуктора, по которой рабочий магнитный поток выходит в расточку электрической машины, состоит из активной поверхности полюса 24 и активной поверхности фланца 33. В общем случае контуры этой поверхности на одном полюсном делении

составляют ступенчатую фигуру, средняя ширина которой, отнесенная к полюсному шагу электрической машины, равна расчетному коэффициенту полюсного перекрытия, по которому ведется расчет полюса 17. В случае многополюсного индуктора

, (при ) целесообразно с точки зрения простоты и надежности конструкции применять полюсы 17 с плоскими активными поверхностями 33 (фиг. 9) и, соответственно, фланцы 5 с отверстиями (фиг. 3-:-5). При

Q меньшем количестве полюсов 17-целесообразно использовать полюса 17 с закругленными активными поверхностями (фиг. 10), и, соответственно, фланцы с отверстиями (фиг. 6), при которых достигается более равномерный воздушный зазор и обеспечи5 Баются лучшие характеристики электрической машины.

В предлагаемом индукторе на 10-15/о увеличивается активная поверхность полюса 17 путем исключения крепящих элементов

0 с его поверхности; на 40% уменьшается магнитное напряжение стыковых зазоров вследствие увеличения поверхностей стыка и уменьшения в них индукции, что приводит к увеличению КПД электрической машины примерно на 0,5%. Изготовление предлагае5 мого индуктора производится с меньшими трудозатратами (примерно на 20-25% по сравненйо с прототипом), что обусловлено исключением трудоемких операций сверления полюсов, нарезания резьбы в кре0 пяших элементах (стержнях), изготовления болтов, крепления болтами полюсов и т. д. Последнее преимущество особенно проявляется в случае многополюсного индуктора, в котором вследствие существенного уменьшения трудоемкости по изготовлению и за5 креплению одного полюса предлагае.мого индуктора резко уменьшается трудоемкость изготовления индуктора в целом. С другой стороны, в предлагаемом индукторе имеет место заметная экономия (примерно на 50-70%) материала крепящих элементов (сталь ной прокат), так как вместо больщого количества (минимум 4р, где р - количество пар полюсов индуктора) полюсных болтов и стальных стержней, вложенных в пазы фланцев 5 и стягивающих эти болты, примес няются относительно короткие клинья 29 в количестве, равном чуслу полюсов. Применение полюсов 17 с радиальными выступами 25, охватывающи.ми накет фланца 5

с обеих сторон, позволяет йадежно- производить крепление полюса 17 клином 29 и предотвращает его смещение с поверхности стыковки при воздействии усилий затяжки при забивании клиньев и центробежных

10

«:

16

усилий при вращении индуктора. Применение неразъемных сварных соединений (после посадки полюсов) исключает ослабление посадки и обеспечивает высокую надежность конструкции в эксплуатации.

1. КОГТЕОБРАЗНЫЙ ИНДУКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащий шихтованные пакеты полюсов с хвостовиками, .листы которых расположены пареллельно оси вращения, шихтованные пакеты фланцев, листы которых расположены перпендикулярно к оси вращения, и элементы крепления хвостовиков полюсов к пакет 2833 зг го там фланцев, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости и упрощения технологии изготовления, упрощения конструкции, улучшения эксплуатационных характеристик и повышения надежности, фланцы выполнены с продольными отверстиями, в ко орых размещены хвостовики полюсов с радиальным промежутком, в радиальных промежутках установлены элементы крепления в виде клиньев. 2.Индуктор по п. , отличающийся тем, что отверстия в фланцах имеют прямоугольную форму. 3.Индуктор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что верхняя кромка хвостовика полюса выполнена со скос.ом по отнощению к оси индуктора. 4.Индуктор по пп. 1-3, отличающийся тем, что на хвостовике полюса выполнены выступы, к которым прилегают торцЫ фланцев. .. 77 17 I I

//J

Q}Ut,S

13

W 12 13 У.12