Статор электрической машины Советский патент 1982 года по МПК H02K1/18 

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности, к электрическим машинам специального назначения, работающим в широком диапазоне температур.

Известны статоры электрических машин, содержащие коаксиально расположенные сердечник с обмоткой переменного тока и корпус из легкого сплава, например из алюминия, фиксация взаимного положения которых осуществлена посредством радиальных вывешивающих штифтов. Штифты установлены через равные угловые промежутки в отверстиях, выполненных в предварительно центрированных корпусе и ярме сердечника путем совместного сверления и развертывания. При эксплуатационных нагревах между корпусом и сердечником образуется зазор, обусловленный неодинаковыми коэффициентами линейного расширения стали и алюминия, однако это не приводит к каким-либо аварийным ситуациям в связи с температуронёзависимым центрированием вывешивающими штифтами, обеспечивающими сохранение коаксиального расположения корпуса и сердечника 1.

Недостатком такого устройства является наличие сквозных отверстий , в корпусе, что затрудняет возмож5- ность его применения для , к которым предъявлено требование внешней герметичности.

Известен также статор электрической мсциины, содержащий корпус и коак Q сиаипьно сопряженный с ним сердечник равномерно расположенные по окружности диаметра сопряжения фиксаторы, размещенные в радиальных углублениях сердечника, причем для фиксаторов использован мате 5 риал , а их длина определена из соотношения

о Б o K-ric

4-T--Z7

20

где oi - коэффициент линейного расширения материала корпуса;

oicкоэффициент линейного расширения материала сердечника;

о.фкоэффициент линейного рас25ширения материала фиксатора; Б - диаметр сопряжения сердечника с корпусом; Еф- длина фиксатора. В этом устройстве при эксплуатаци30онных нагревах и обусловленных ими неравномерньйс расширениях корпуса сердечника коаксиальное расположен последних сохраняется неизменным бл годаря тому, что фиксаторы автоматически удлиняются на величину, ра ную образовавшемуся между корпусом сердечником зазору 2. Недостатком этого устройства яв ляется трудность подбора надлежаще материала для фиксаторов при огранич ной возможности выбора ихдлины.Длин фиксатора не мокет быть выполнена бол шей, чем высота ярма, т.е. допусти мая длина фиксатора не может быть выбрана большей, чем 5-8% от наруж ного диаметра сердечника. Поэтому для обеспечения функционирования устройства необходимо применение материала с коэффициентом линейного расширения на порядок более высбким чем у стали. Поэтому фиксаторы необходимо изготовлять из неметаллов (например, их фторопласта Ф4К-20), удовлетворяющих указанным условиям Однако у таких материалов зависимость о от температуры нелинейна и . кроме того, обладает гистерезисом . Это приводит к нестабильнос взаимного расположения корпуса и се дечника, и, соответственно, изменению величины и направления силы одностороннего магнитного притяжения ротора, что понижает срок службы подшипников и надежность .электри ческой машины в целом. Цель изобретения - повышение надежности электрической машины путем улучшения радиального центрирования сердечника в корпусе во всем ди апазоне рабочих температур. Указанная цель достигается тем, что углубления и фиксаторы имеют форму усеченного конуса, основание которого обращено к поверхности сопряжения. При этом на поверхности сердечни ка симметрично осям углублений выполнены сообщающиеся с ними пазы, в которых размещены стержни из металла с f сопряженные своими торцами с боковыми поверхностями фиксаторов, причем их размеры пр о фХс -определяются из соотношения Т стер() 2 ЛзСоСк -cic) В другом варианте исполнения ука .занные фиксаторы выполнены из метал ла причем их размеры определяются из соотношения JL ) 2 тз(схк-о с) где Т угол при вершине конуса фиксатора; 2стер длина стержня; оСстер коэффициент линейного расширения материала стержня; oLf. - коэффициент линейного расширения металла сердечника; ф - коэффициент линейного расширения материала фиксатора;d - коэффициент линейного расширения материала корпуса; Б - диаметр сопряжения сердечника с корпусом; йф - диаметр основания конуса фиксатора. На фиг. 1 показан статор электрической машины, продольный разрез; на фиг. 2 - статор электрической машины в исходном состоянии, поперечный разрез; на фиг. 3 - статор электрической машины в рабочем состоянии при повьшенной температуре, поперечный разрез; на фиг. 4 - вариант исполнения статора, поперечный разрез; на фиг. 5 - вариант исполнения статора электрической машины., продольный разрез. Корпус 1 статора выполнен из легкого сплава, например алюминия или магния, и не имеет каких-либо отверстий, нарушающих его герметичность. Сердечник 2с обмоткой, расположенной внутри корпуса, сопряжен с последним посадкой без зазора. На внешней поверхности сердечника выполнены кольцевые пазы 3 и конические углубления 4, симметрично расположенные относительно оси пазов и равнораспояоженные по окружности в количест:ве не менее трех в одном поперечном сечении сердечника. Расположение пазов и углублений на сердечнике может быть однорядным, двухрядным или многорядным и выбирается в каждом конкретном случае из конструктивных соображений в зависимости от относительной длины сердечника. В конических углублениях размещены металлические фиксаторы 5 конической формы по размерам углублений, а в пазах - дугообразные металлические стержни б, сопряженные с фиксаторами по образующим конуса. Пазы могут быть выполнены одним из известных способов, например механической обработкой либо штс1мповкой средних листов сердечника с уменьшенным внешним диаметром. Конические углубления выполняют посредством сверления и развертывания конической разверткой после укладки дугообразных стержней в пазы, обеспечивая таким образом совпадение боковых поверхностей углублений и торцов стержней, после чего размещают в углублениях фиксаторы. При шлифовке внешней поверхности сердечника до размещения его в корпусе указанные фиксаторы и стержни обработаны заподлицо . С целью исключения возможности перемещения стержней в сторону пери ферии, они должны быть закреплены в пазах одним из известных способов, например, путем зачеканки. В качестве материала для стержне выбирают металл с Сестер с облзщакяций хорошими антифрикционньми свойствами в паре с материалом фиксаторов, например, стержни выполняют из бронзы, а фиксаторы из закаленной стали с обф л. Длина стержня и угол конусности фиксатора при этом взаимосвязаны и выбираются из следующе го соотношения , 7Г EcTep() . 2 uCd-K-oCc) где «у - угол при вершине конуса Р фиксатора; стер - длина .стержня; коэффициент линейного рас ширения материала стержня При нагреве статора в процессе р боты машины тепловое расширение кор пуса превышает расширение сердечника, вследствие чего между ними образуется зазор (см. фиг. 3). Однако, тепловое удлинение стержней при этом обуславливает вьщвигание конических фиксаторов из углублений на такуюже величину и сохранение контакта их торцов с внутренней поверхностью корпуса, что обеспечивает сохранение коаксиального расположения сердечника внутри корпуса. Для достижения потребной величины выступания фиксаторов при относитель но малом удлинении стержней необходимо, чтобы угол f был выбран по воз можности меньшим, но превышающим угол самоторможения для данной пары использованных металлов. При уменьшении температуры статора стержни укорачиваются, выступание фиксаторов уменьшается в строгом соответствии с уменьшением зазора, а при смыкании посадки они располагаются заподлицо с поверхностью сердечника. Таким образом, фиксаторы автоматически отсле живают состояние сопряжения сердечника с корпусом и вывешивают их коаксиально друг по отношению к другу во всем диапазоне рабочих температур а применение материалов со стабильными теплофизическими характеристиками для стержней и фиксаторов обеспечивает стабильность взаиморасположения в течение всего срока службы, что повышает надежность электрической машины в целом. Предложенное устройство не исключает необходимост принятия мер, предотвращающих проворот сердечника в корпусе, для чего могут быть использованы известные соединительные детали, например закладные шпонки. Возможны варианты предложенного устройства. Например, в тех случаях, когда расчетная длина стержня меньше расстояния между соседними фиксаторами, на внешней поверхности сердечника могут быть выполнены не кольцевые, а прерывистые дугообразные пазы (см. фиг. 4), например методом штамповки фигурных средних листов сердечника. При этом торцы стержней должны быть состыкованы с глухими торцами 7 пазов. Также возможно расположение стержней вдоль образушцей цилиндрической поверхности сердечника (см. фиг..5) в пазах, выитампованных в средних листах, с упором торцов стержней в крайние пакеты .листов без пазов. При этом целесообразно выполнение пазов полузакрытыми или полуоткрытыми, т.к. это упрюстит задачу предотвращения выпадания стержней в процессе технологической обработки узла сердечника др постановки его в корпус. Для статоров, предназначенных дляработы при невысоких темпера турах, вследствие чего рас1{рытие посадки сердечника в корпусе незначительно, может оказа.ться ц елесообразньм применение упрощенного варианта предложенного устройства, в котором конические фиксаторы изготовлены из металла с например, из бронзы, а стержни и пазы для них не выполняются. Механизм выступания фиксаторов из углублений и отслеживания образующегося зазора между корпусом и сердечником при этом аналогичен описанному, а размеры фиксаторов должны быть выбраны из соотношения .fv У - «афСсСф-Чс)- , Z --DCoL - i где йф- диаметр основания корпуса фиксатора на поверхности сердечника. Во всех случаях конические фиксаторы могли быть бы заменены плоскими клиновидными, однако такая форма затрудняет изготовление углублений в сердечнике и ухудшает совпадение поверхностей сопрягающихся элементов. Таким-образом, данное изобретение позволяет повысить надежность электрической машины. Формула изобретения 1. Статор электрической машины, содержащий корпус и коаксиально сопряженный с ним сердечник с oL /oic- и равномерно расположенные по окружности диаметра сопряжения Б фиксаторы, размещенные в радиальных углублениях сердечника, отличающийся тем, что, с целью повышения надежно ти путем улучшения радиального центрирования сердечника в корпусе во всем диапазоне рабочих температур, углубления и фиксаторы имеют форму усеченного конуса, основание которо го обращено к поверхности сопряжени 2.Статор по п. 1,отличаю щ и и с я тем, что на поверхности сердечника симметрично осям углубле ний выполнены сообщающиеся с ними пазы, в которых размещены стержни из металла с сестер/о с сопряженные своими торцами с боковыми поверхнос тями фиксаторов, причем их размеры при о -л с сопределяются из соотношенияТ . Естер стер-rtcj. D(c(,K- ot-c) 3.Статор по п. 1, о т л и. ч а ю щ и и с я тем, что указанные фикса ры выполнены из металла с причем их размеры определяются- цз соотношения с1ф(: ф-°-с) ь 2 - uCctK-rfc) jp - угол при вершине конуса фиксатора; стер длина стержня; стер коэффициент линейного расширения материала стержйя; ie - коэффициент линейного расширения материала сердечника;коэффициент линейного расширения материала фиксатора;коэффициент линейного расширения материала корпуса; диаметр сопряжения сердечника с корпусом; 9ф - диаметр основания конуса фиксатора. Щеточники информации, тые во внимание при экспертизе .Бертинов А.И. Авиационные элекеские генераторы. Оборонгиз, , с. 169, фиг. 3.8.Б. .Авторское свидетельство СССР 0057, кл. Н 02 К 1/18, 1976.

I стер

tcmcp Qfcf

.,