Статор электрической машины Советский патент 1984 года по МПК H02K1/16 

Изобретение относится к статорам электрических машин, например к статорам гидрогенератора. Известны статоры гидрогенераторов, которые выполняют из отдельных частей - секторов, которые на месте монтажа машины собираются в единое кольцо, точнее - кольцеобразное ярмо. В процессе сборки сердечников статора в пределах каждого сектора слои сегментов активной стали набираются в определенной последовательности таким образом, чтобы стыки сегментов одного слоя не совпадали со стыками сегментов другого, например, на половину длины сегментов, для предотвращения электрических замыканий между листами отдельных слоев и обеспечения необходимой жесткости сердечника, вернее пакетов, из которых он состоит. Первый слой пакета в пределах одного сектора статора выкладывается из сегментов активной стали максимального размера с посадкой на два статорных клина. Второй слой с края сектора начинается с малого сегмента с креплением на один клин, затем выкладываются полные сегменты и заканчивается слой малым сегментом. Описанные слои чередуются С-IJ. В случае четного числа пазов в полном сегменте малый сегмент равен половине большого сегмента, в случае нечетного числа пазов малые сегменты в одном слое отличаются на один паз. Недостаток такого статора состоит в том, что в каждом стыковом сечении слои ослабляются через слой, поэтому пакеты сердечника относительно слабо противостоят сжимаюшим усилиям от магнитного тяжения и тепловых деформаций. Во время эксплуатации гидрогенераторов происходит потеря устойчивости пакетов, они выпучиваются, вызывая распрессовку сердечника. В результате искажается форма паза, что приводит к повреждению высоковольтной изоляции на пазовых участках обмотки статора. Известны сердечники статоров электрических машин, в которых слоевая шихтовка выполняется 3-слойной, т. е. в сегменте выполнено нечетное число пазов, кратное трем, и сегменты расположены относительно предыдущего слоя с нахлестом на 1/3 длины 2. Однако такие сердечники также характеризуются недостаточной жесткостью при применении в гидрогенераторах с большой мощностью. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является статор электрической машины, содержаший сердечник, набранный из сегментов слоями, в каждом из которых они расположены встык, а по слоям - внахлест по неразъемному кольцу, на спинках сегменты имеют пазы под равномерно распределенные по окружности ребра статора типа ласточкина хвоста, на которые сегменты насажены указанными пазами 3. Недостатком является то, что в них предусмотрена слоевая шихтовка в два слоя (при четном числе пазов) и в три слоя (при нечетном числе пазов, кратном трем). В условиях бесстыковой сборки статора в кольцо возникают проблемы температурной компенсации при эксплуатации гидрогенератора, в связи с чем недостаточная жесткость двух- и трехслойной шихтовки сердечника проявляется в большей степени, чем в разборных статорах. Недостаточная жесткость в зачительной мере обусловлена наличием стыков между самими сегментами в слоях шихты и чем чаще стыки повторяются в аксиальном направлении, т. е. реже разделяются между собой сплошными участками сегментов, тем в большей мере она проявляется. Цель изобретения - повышение аксиальной жесткости сердечника во избежание потери устойчивости от сил магнитного тяжения и деформаций нагрева. Указанная цель достигается тем, что в статоре электрической машины, содержащем сердечник, набранный из сегментов слоями, в каждом из которых они расположены встык, а по слоям - внахлест по неразъемному кольцу, образуя цельные слои между стыками в а1ссиальном направлении, на спинках сегментов выполнены равномерно расположенные пазы для размещения ребер статора типа ласточкина хвоста, на спинке каждого сегмента, выполнены дополнительные пазы, аналогичные пазам для размещения ребер статора, все пазы сегментов расположены симметрично относительно середины сердечника, сдвиг сегментов, расположенных внахлест, равен расстоянию между соседними пазами, при этом количество дополнительных пазов определяется по зависимостиN f-Z-bl, где N - число дополнительных пазов; t - количество цельных слоев, расположенных между стыками сегментов в аксиальном направлении; Z - количество приходящихся на один сегмент ребер. На фиг. 1 изображена схема расположения сегментов и ребер статора в плане; на фиг. 2 - чередование заполнения пазов ребрами, поясняющее появление «холостых пазов; на фиг. 3 - расположение стыков между сегментами. Статор электрической мащины содержит сегменты 1, из которых слоями набран сердечник, представляющий собой шихтованное неразъемное кольцо (не показано), в слоях которого сегменты расположены встык, а по слоям - внахлест. На спинке каждого сегмента 1 выполнены пазы 2 под ребра 3 статора типа ласточкина хвоста и дополйительные (холостые) пазы. В данном конкретном примере число зубцовых делений t принято равным 8, а пазов - 4.

Пазы 2 расположены равномерно и симметрично относительно оси сегмента, т. е. расстояния между пазами 2 равны между собой a3, а расстояния от крайних в сегменте пазов до края сегмента также равны между собой и составляют .половину расстояния между пазами Ь Ьг а/2.

Сегменты одного слоя относительно сегментов предыдущего слоя уложены внахлест со сдвигом на величину С, равную или кратному расстоянию а между соседними пазами.

Общее количество пазов 2 на спинке сердечника больше числа ребер 3, на которые насажены сегменты 1, таким образом имеют место «холостые пазы между реб,рами 3 статора. Стыки 4 сегментов 1 (фиг. 3) соседних слоев отстоят друг от друга в аксиальном направлении на Т слоев между ними, т. е. в собранном статоре между его ребрами имеют место «холостые пазы 2, которые не завполнены ребрами 3 статора. При этом ко;)ичество «холостых (дополнительных) пазов может быть равно одному, двум, трем, и т. д., зависит от количества приходящихся на длину одного сегмента ребер Z и от количества цельных слоев, расположенных между стыками сегментов в аксиальном направлении, и определяется по зависимости

N t-Z-bl.

Каждый из пазов на спинке сегмента предназначен для размещения в нем ребра типа ласточкина хвоста. Однако сегменты одного слоя сердечника располагаются со смещением относительно сегментов предыдущего слоя и это смещение С равно или кратно расстоянию а между пазами (фиг. 1), при этом количество ребер, приходящихся. на один сегмент, меньще количества пазов в сегменте, в связи с чем занятость пазов ребрами в одном и том же слое сохраняется одинаковой, а по слоям она чередуется.

На фиг. 2 ребра обозначены буквами А, В и D, а пазы - f, g, h, k. В первом слое ребро А занимает паз f, ребро В - паз h, при этом пазы g и k остаются «холостыми. Следующий сегмент (не изображен) в этом слое насажен на ребра теми же пазами.

Во втором слое в результате смещения С ребро В занимает паз g, ребро D - паз k, а пазы f и h остаются «холостыми, т. е. пазы поменялись ролями. Таким образом, все пазы на спинке сегмента выполнены под ребра, но часть пазов остаются незаполненными ребрами.

Все пазы периодически становятся «холостыми при укладке сегментов. Распределение пазов в сегменте должно быть равномерным и симметричным, иначе они не совместятся с ребрами.

Количество «холостых пазов, располагающихся между соседними ребрами (крепя щими сегмент), определяется разностью

между общим количеством пазов в одном сегменте и количеством приходящихся на один сегмент ребер. Последнее подбирается из конструктивных соображений, как правило, сегмент фиксируют в двух точках, в связи 5 с чем эту величину можно считать постоянной. Общее же количество пазов в одном сегменте определяет собою количество сдвигов С на длине одного сегмента (фиг. 2 и 3) и, следовательно, количество сплошных сло0 ев Т, разделяющих стыки в аксиальном направлении (вдоль оси статора), а значит, упрочняющих сердечник з данном направлении. Следовательно, число «холостых пазов зависит в основном от общего количества пазов на сегменте.

5 Таким образом, задавшись Т (количеством цельных слоев в аксиальном направлении между стыками), можно определить необходимую конструкцию сегмента по количеству пазов на его спинке.

Q Во время работы сердечника статора возникают нагрузки от магнитного тяжения и тепловых деформаций, требующие повышенной жесткости сердечника. Увеличение жесткости сердечника достигается соответствующим подбором оптимального количества

5 ЯГслоер между стыками 4 сегментов I в аксиальном направлении, при этом большая единичная мощность машины потребует и большееТ.

При сборке сердечника статора в неразъемное кольцо сегменты 1 в каждом слое укладываются встык и насаживаются на соответствующие ребра 3 статора. При этом между ребрами оказываются «холостые пазы, т. е. пазы, не заполненные ребрами 3 статора.

Действующие нагрузки создают условия, вызываюш,ие вспучивание шихты, которое может возникнуть при значительном ослаблении сечения стыками 4 между сегментами в аксиальном направлении, например при повторении стыков 4 через один слой, т. е.

ЯГ 1 (в данном примере ) ослабление не наступает).

Таким образом,предлагаемое расположение сегментов относительно друг друга и относительно ребер статора (имеют место «холостые пазы между ребрами) дает многослойную шихтовку (веерное рассредоточенное расположение стыков сегментов) и многослойное разделение стыков по аксиаль-. ному направлению, что значительно повышает жесткость сердечника по сравнению с из0 вестными конструкциями.

Повышенная вертикальная (аксиальная) жесткость шихтованных пакетов сердечника позволяет отказаться от трудоемкой технологии создания предварительно напряженного состояния сердечника статора путем его

5 нагрева и последующей приварки ребер статора к корпусу.

фие.г

СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержаший сердечник, набранный из сегментов слоями, в каждом из которых они расположены встык, а по слоям - внахлест по неразъемному кольцу, образуя цельные слои между стыками в аксиальном направлении, на спинках сегментов выполнены равномерно расположенные пазы для размещения ребер статора типа ласточкина хвоста отличающийся тем, что, с целью повышения аксиальной жесткости, на спинке каждого сегмента выполнены дополнительные пазы, аналогичные пазам для размещения ребер статора, все пазы сегментов расположены симметрично относительно середины сердечника, сдвиг сегментов, расположенных внахлест, равен расстоянию между соседними пазами, при этом количество дополнительных пазов определяется по зависимости + 1, где N -число дополнительных пазов; i Т -количество цельных слоев, распо(Л ложенных между стыками сегментов в аксиальном направлении; Z - количество приходящихся на один сегмент ребер.