Индуктор линейного цилиндрического многофазного электродвигателя Советский патент 1984 года по МПК H02K41/25 

Изобретение относится к линейным электродвигателям, в частности к конструкциям индукторов линейных асинхронных цилиндрических электродвигателей. Известен индуктор линейного, цилиндрического электродвигателя, содержащий активный слой, представл ющий собой набор модулей, каждый из которых состоит из катушки, намотан ной на изоляционный каркас, выполненный в виде кольцевого элемента, имеющего С-образное поперечное сече ние и снабженного с внутренней стороны кольцевым выступом,.и ферромаг нитного элемента в виде шайбы с рад альной прорезью, поперечным пазом и внутренним кольце-вым выступом с торцовой стороны i . Данное устройство не обеспечивае фиксацию изоляционных каркасов с катушками относительно ферромагнитный шайб, что может привести к возн новению контакта: межкатушечные соединения - корпус индуктора, и не предотвращает смещение частей ферро магнитных шайб, разделенных радиаль ной прорезью, при радиальной фиксации их посредством стяжных элементо в .корпусе. . . Наличие непосредственно в изоляционном каркасе катушки проводника (выводного-конца катушки), выводимо го с нижнего слоя .ее .витков, значительно снижает коэффициент заполнения акти-вными проводниками катушки модуля, 5 соответственно и энергети ческие показатели индуктора, пЬскол -ку проводник не только занимает полезный объем каркаса, но и. препятст равномерной .укладке с ним соприкасающихся витков всех без исклю чения последующих слоев витков катуш ки. Сказанное касается и первого витка катушки, предназначенного для фиксации ее выводного конца в карка се и препятствия его смещению в последнем при намотке катушки, производимого на дне каркаса и содержащего узел перекрещивания. Отсутствие каких-либо углеблений или выступов для фиксации от осейых и круговых перемещений первого витка катушки, трение витков катушки о выводной конец во время намотки вызывают трудности его фиксирования в каркасе и соответственно также препятствуют равноме рной укладке витков катушки. Кроме того, узел перекрещивания первого витка, поверхности контакта выводного конца катушки с витками катушки, в месте которых происходило трение последних о выводной конец во время ее намотки, являются наиболее вероятными местами появления вйтковых замыканий., значительно снижающих надежность индуктора. Немаловажным фактором, влияющим на надежность двигателя, является необходимость вывода одного из его концов с нижнего слоя витков катушки. При этом вывод располагается Непосредственно в каркасе в соприкосновении с крайними витками катушки, что препятствует его выводу непосредственно с изоляционного каркаса в виде гибкого (многожильного) провода, например марки МГШВ. Подпайка же гибкого провода непосредственно перед намоткой катушки к проводникам, из которых она в дальнейшем формируется, в значительной степени усложнит технологию их изготовления, поскольку намотка производится целой фазной обмоткой. Необходимо заранее с большой точностью знать длину проводников, идущих на фазную обмотку, и непосредственно при намотке подпаивать гибкие провода или отматывать провод, из которых формируется катушка, на отдельные бухты, затем подпаивать к концам ее проводников гибкие провода, а затем производить далее намотку катушки, выполнение таких работ возможно только при наличии специальных станков, которые в настоящее время в сфере производства линейных цилиндрических электродвигателей отсутствуют . Кроме того, выполнение концов катушки, выведенных непосредственно с ее нижнего слоя витков, намоточным проводом типа ПЭВ, ПЭС и т.п., приводит к тому, что обмотка индукторов подвергается вибрационным отказам (обрыв проводов,, разрыв спаек проводников катушки и гибких проводов), наступающим в результате усталостного излома проводов и спаек. Характерным при этом является то, что изломы происходят вне витков катушек. В двигателях, которые работают в условиях ударных и вибрационных нагрузок, упомяНуты отказы составляют подавляющую часть от всех отказов Обмотки индуктора. Сказанное в значительной, степени относится и к индукторам, обмотки которых сформированы из отдельно намотанных катушек. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является индуктор линейного цилиндрического многофазного электродвигателя, содержащий активный слой, представляющий собой набор модулей, каждый из которых состоит из катушки, имеющей верхний и нижний выводные концы, намотанной на изоляционный каркас, выполненный в виде кольцевого элемента, имеющего С-образное поперечное сечение, и ферромагнитного элемента в виде шайбы с радиальной прорезью.

поперечным пазом и, по крайней мере одним кольцевым выступом с торцовой стороны СЗ .

Такое устройство хотя и позволяет за счет наличия на каркасе выступа, входящего в радиальные прорези ферромагнитных шайб, обеспечить фиксацию изоляционных каркасов с катушками относительноферромагнитных шайб - и предотвратить смещение частей ферромагнитных шайб, разделенных радиальной прорезью, при радиальной фиксации их посредством стяжных элементов в корпусе, однакто также отличается более низкими энергетическими показателями и уровнем надежности. Обусловлено это тем, что известная конструкция индуктора в силу ряда описанных ранее причин имеет более низкий коэффициент заполнения активными проводниками катушки модуля и содержит ряд мест, появляющихся как в процессе намотки катушки, так и в период эксплуатации, в которых наиболее вероятно возникновение витковых замыканий, а также подвержена вибрационным отказам,поскольку концы катушек, выведенные с нижнего слоя ее витков, выполнены не из гибкого провода.

Цель изобретения - повьпиение энергетических показателей и надежности индуктора.

Поставленная цель достигается тем, что в индукторе линейного цилиндрического многофазного электро двигателя, содержащем активный слой, представляющий собой набор модулей, каждый из которых состоит из катушки имеющей верхний и нижний выводные концы, намотанной на изоляционный каркас, выполненный и виде кольцевого элемента, имеющего С-образное поперечное сечение и снабженного с внутренней стороны кольцевым выступом и выступом, проходящим в радиальном направлении на по крайней мере одной торцовой стенке каркаса, и ферромагнитного элемента в виде шайбы с радиальной прорезью, поперечным пазом и по крайней мере одни кольцевым выступом с торцовой стороны, в выступе, проходящем в радиальном направлении на торцовой стенке каркаса, обращенном к спинке ферромагнитной шайбы соседнего модуля и входящем в ее радиальную прорезь, выполнена сквозная радиальная прорезь, в которой помещен выводной конец нижнего слоя катушки, с внутренней стороны каркаса в кольцевом выступе выполнена кольцевая канавка, в которой уложен первый виток катушки, направление навивки проводников каждой последующей катушки одной фазы противоположно направлению навивки витков в предыдущей, причем

часть концов катушек, выведенных с внешнего слоя ее витков, смещена относительно оси симметрии поперечного паза ферромагнитных шайб по крайней мере в одну сторону на расстояние, выбираемое из условия

Lt D-B,

где L - расстояние от оси вывода катушки до оси сиглметрии поперечного паза шайбы; D - расстояние от оси симметри поперечного паза шайбы до одной из его боковых стено В - минимально допустимое расстояние от боковой стенки поперечного паза шайбы до оси вывода катушки. На фиг. 1 и 2 представлены совойупности нескольких модулей, разрез на фиг. 3 и 4 - то же, вид сверху; на фиг. 5 - 10 - варианты выполнени изоляционных каркасов; на фиг, 11 и 12 - ферромагнитная шайба; на фиг.1 14 и 15 - процесс намотки катушки модуля; на фиг. 16 - модуль активного слоя; на фиг. 17, 18 и 19 - схем соединения обмоток индукторов.

Индуктор линейного цилиндрического электродвигателя содержит активный слой, набранный из модулей 1, каждый из которых состоит из катушки 2, намотанной на изоляционный каркас 3, имеющий С-образное поперечное сечение, и ферромагнитно элемента в виде шайбы 4.

Изоляционный каркас 3 снабжен с внутренней стороны кольцевым выступом 5 и выступами б (фиг. 5) или б и 7 (фиг.6), проходящими в радиальном направлении на прототивополоных торцовых стенках каркаса 8, или в сочетании с упомянутыми выступом 6 или выступом 9 (фиг. 6), проходящим с внутренней стороны кольца 10 каркаса 3 в продольном, направлении.

Каждая ферромагнитная шайба 4 снабжена -с торцовой сторсны по крайней мере одним кольцевым выступом внутренним 11 или внутренним 11 и внешним 12 (фиг. 11), внутри которы заключена катущка 2.

Для разрыва пути замыкания вихревых токов ферромагнитная шайба 4 содержит радиальную прорезь 13. При наличии в изоляционных каркасах 3 выступов 6,7 и 9 они размещаются в радиальных прорезях 13 ферромагнитных шайб 4 (фиг. 1-4). Шайбы 4 имеют поперечные пазы 14, в которых размещаются соединения 15 обмотки индуктора (фиг. 1 и 2).

Кроме того, выступ 6, проходящий в радиальном направлении на торцово стенке изоляционного каркаса 3, обращенной к спинке 16 ферромагнитной шайбы 4 соседнего модуля 1 и входящий в ее радиальную прорезь 13 (фиг. 1 - 4), состыкуется с торцово стенкой 8 каркаса 3 упомянутого модуля и содержит сквозную прорезь 17, а кольцевой выступ 5, расположенный с внутренней стороны изоляционного каркаса 3,-кольцевую канав ку 18. Сквозная прорезь 17 и кольце вая канавка 18 сочленяются, образуя единую:, систему для укладки проводни ка, выводимого с нижнего слоя витко катушки 2 (фиг. 13). Для предотвращения смещения част ферромагнитных шайб 4, разделенных радиальной прорезью 17, и воздейстВИЯ их через части выступа 6 на выведенный с нижнего слоя конец 19 катушки 2 изоляционный каркас 3 целесообразно снабдить выступом 7 (фиг. 2, 4, б, 8 и 9), проходящим в радиальном направлении на торцово стенке 8 каркаса 3 и входящим в рад альную прорезь 13 ферромагнитной шайбы 4 собственного модуля 1, поме тив его в сквозную прорезь 17 высту па 6, проходящего в радиальном направлении на торцовой стенке 8 карка са 3 соседнего модуля 1, обращенной к спинке 16 шайбы 4, и также установленного в ее радиальной прорези 13 (фиг. 2 и 4). При этом-выступ 7 по ширине возможно выполнить равным ширине сквозной прорези 17 выступа 6 соседнего модуля, за вычетом величины допуска. Это обеспечит надежное сочленение выстуьов 6 и 7 и фиксирование частей ферромагнитных шайб 4, разделенных радиальной прорезью 13. При этом понерхность выступа 7, проходящего в радиальном направлении на торцовой стенке 8 каркаса 3 и входящего в радиальную прорезь 13 ферромагнитной шайбы 4 собственного модуля 1, направленную в сторону торцовой стенки В каркаса 3 соседнего модуля 1, можно выполнить очерченной по радиусу, причем направив выпусклость в сторону торцовой стенки 8 своего каркаса 3 (фиг. 9), можно увеличить объем полости Сквозной прорези 17 и сформировать Поверхность 20 контакта выступа 7 с проводником по конфигурации, повторяющей поверхность последнего. На фиг. 13,14 и 15 показан процесс намотки отдельных катушек 2. Процесс аналогичен и при намотке целой фазной обмотки. При намотке катушки 3 проводник заводят в сквозную прорезь 17 выступа б (фиг. 13), где его фиксирую (стрелка, обозначения позицией 21), затем делают первый виток 22 (фиг. 14) и, утапливая в прорези 17 заводят проводник в кольцевую канав ку 18, так%м образом вывод 19 и первый виток 22 катушки 2 зафиксированы на каркасе 3. После намотки катушки 2 с добавлением эпоксидного компаунда холодного отвердения и сфор1 ирования ее второго выводного конца (фиг, 15) выводной конец 19 заводят в сквозную прорезь 17 выступа б каркаса 3, заполнив оставшуюся полость компаундом (при отсутствии на каркасе выступа 7) или в противном случае смазав только его поверхность. В заключительной фазе намотки катушки 3 возможна замена одножильного провода выводов с эмалевой изоляцией (провод типа ПЭВ,ПЭС и т.д) на гибкий многожильный провод типа МГШВ. Это производится путем удаления части основного проводника катушки 2 из вывода 19 и подпайки в месте отсечения гибкой проводника, который впоследствии,с оставшейся частью основного проводника заводится в сквозную прорезь 1-7-выступа 7 каркаса 3, где и укрепляется при помощи компаунда. Таким образом, место спайки надежно укреплено непосредственно в катушке 2, а на поверхности внешенго слоя витков сформирования вывод 19 из гибкого провода. Аналогично можно, сформировать и второй вывод, толдзко в данном случае обернув часть его в виде гибкого провода вокруг витков внешнего слоя катуш ки и укрепив компаундом. Намотанную на каркасе 3 катушку 2устанавливают в расточку собственной ферромагнитной шайбы 4, расположив ее таким образом, чтобы выступ 6 находился от противоположной стороны ее спинки 16, а при наличии на каркасе 3 и выступа 7 последний вводят в радиальную прорезь 13 собственной шайбы 4. При формировании из мэдупей 1 ак ивного слоя выступы 6 кйркасов 3 каждого модуля 1 помещают в радиальных прорезях 13 соседних модулей 1. При наличии на каркасах 3 и выступов 7 последние утапливают в сквозных прорезях 17 каркасов 3соседних модулей 1. Таким образом,образуется монолитная конструкция активного слоя индуктора , в которой конец катушки 2, выводимый с нижнего слоя ее витков, и первый виток - непосредственно, в полезном объе каркаса не размещаются, при этом концы катушек выведены гибким проводом непосредственно из ее изоляционного каркаса. Для изображения перекрещивания перемычек кат5Л11ек (фиг. 17, 18 и 19), поскольку конец 19 катушки 2, выводимый из ее нижнего слоя витков, будет образовываться непосредственно по оси симметрии поперечного паза 14 ферромагнитной шайбы 4 (.фиг. 3, 4 16 ) целесообразно по крайней мере часть концов катушек 2, выведенных с внешнего слоя ее витков, сместит относительно оси симметрии попереч го паза 14 ферромагнитной шайбы 4 по крайней мере в одну сторону на расстояние, выбираемое из условия LfeO-B., где L - расстояние от оси второго вывода катушки 2 до оси симметрии поперечного паза 14 ферромагнитный шайбы 4 расстояние от оси симметри поперечного паза 14 шайбы до одной из его боковых стенок; минимально допустимое расстояние от боковой стенки поперечного паза 14 шайбы 4 до оси второго вывода катушки 2. При этом направление навивики проводников в каждой последующей катушке 2 одной фазы, расположенной в зоне образования следующего полюс двигателя, обратнопротивоположное направлению навивки витков в предыдущей, расположенной в зоне образования предыдущего полюса. Схемы соединения обмоток индукто ров при таком расположении вторых выводов катушек 2 представлены на. фиг.17 и 18 и 19, соотЕетственно, при смещении всех концов в одну сторону (при смещении одной трети в одну сторону и двух третей в другую при смещении одной трети в одну и другой трети-в другую сторону и неизменном положении одной трети (по оси симметрии поперечного паза ферромагнитной шайбы 4). Для упрощения чертежа схемы соединения на фиг. 17,18 и 19 представлены в виде звезды, для других схем порядок образования соединений аналогичен. Для схемы соединения, изображенной на фиг. 19, недостаточно только сместить концы катушки 2, выводимые из внешнего слоя ее витков. Необходимо также сместить и концы 19 катушек 2, выводимых из ее внутреннего слоя витков. Для этого целесообразно в одной трети ферромагнитных шайб 4 радиальные прорези сместить относительно оси симметрии поперечного паза 14 шайбы 4 на угол ot, а в другой трети -.на угол 360 - сС (фиг. 11). При этом необходимо соответственно сместить и входящие в радиальные прорези 13 шайб 4 выступы 6, а при наличии - и выступы 7, проходящие в радиальном направлении на торцовых стенках 8 изоляционных каркасов 3 (фиг. 10). Смещенные радиальные прорези 13 шайб и выступы 6 каркасов 3 на фиг. 11 и 10 показаны пунктиром. Угол ot определяется по формуле: oL , , угол смещения оси радиальной симметрии поперечного паза шайбы 4; высота радиальной прорези 13 в симметричной шайбе 4; расстояние от оси вывода 19, помещенного в смешанной ргщиальной прорези 13 шайбы 4, до оси симметрии поперечного лаза шайбы 4, выбирае1ИОГО из условия , где D - расстояние от оси симметрии поперечного паза 14 шайбы 4 до одной из его боковых стенок; S - минимально допустимое расстояние от боковой стенки поперечного паза 14 шайбы 4 до оси вывода 19 катушки 2. Возможно совмещение вариантов схем соединения по фиг. 17, 18 и 19. Таким образом, предложенное устройство имеет более высокие энергетические показатели и уровень надежности, чем известные ко1у::трукции индукторов линейных цилиндрических электродвигателей.

I S f 2

/

6

-

///

Фиг.

ИНДУКТОР ЛИНЕЙНОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО МНОГОФАЗНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащий активный слой,представляющий собой набор модулей, каждый из которых состоит из катушки, имеющей верхний и нижний выводные концы, намотанной на изоляционный каркас, выполненный.в виде кольцевого элемента, имеющего.С-образное поперечное сечение и снабженного с внутренней стороны кольцевым выступом и выступом, проходящим в радиальном направлении на по крайней мере одной торцовой стенке каркаса, и ферромагнитного элемента в виде шайбы с радиальной прорезью, поперечным пазом и, по крайней мере одним кольцевым выступом с торцовой стороны, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей и повышения надежности, в выcтyпeJ проходящем в радиальном направлении на торцовой стенке каркаса, обращенном к спинке ферромагнитной шайбы соседнего модуля и входящем в ее радиальную прорезь, выполнена сквозная радиальная прорезь, в которой помещен выводной конец нижнего слоя катушки, с внутренней стороны каркаса в кольцевом выступе выполнена кольцевая канавка, в которой уложен первый виток катушки, направление навивки проводников каждой последующей катушки одной фазы противоположно направлению навивки витков в предыдущей, причем часть концов, катушек, выведенных с внешнего слоя ее витков, смещена относительно оси симметрии поперечного паза ферромаг(Я нитных шайб по крайней мере в одну сторону на расстояние, выбираемое с: из условия , где L расстояние от оси вывода катушки до оси симметрии поперечного паза шайбы; D расстояние от оси симметрии поперечного паза шайбы до одной из его боковых со 00 стенок; В минимально допустимое о: расстояние от боковой стенки поперечного паза 00 шайбы до оси вывода катуш | ки.

8

16

у

16

У

л w

13

Фиг.З

W

Фиг л

8

J8

/

18

а

8

X

W

18

8

8

IX

.fO

7

17

17

W

17

Фиг.7

Фиг.8

ФигВ

12 «t

u

A 13 / 22. фит.. 0

Ш16игЛ