БЕСПАЗОВЫЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

БЕСПАЗОВЫЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ


RU (11) 2206168 (13) C2

(51) 7 H02K1/12, H02K3/04, H02K1/06 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 11.01.2009 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2001117381/09 
(22) Дата подачи заявки: 2001.06.20 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.06.20 
(45) Опубликовано: 2003.06.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 394893 А, 22.08.1973. SU 278836 A, 21.04.1970. SU 739689 A, 05.06.1980. SU 985881 A, 05.01.1983. RU 1677786 А1, 15.09.1991. SU 760309 А, 30.08.1980. US 3495114 А, 10.02.1970. GB 1231213 А1, 12.05.1971. 
(71) Заявитель(и): Новосибирский государственный технический университет 
(72) Автор(ы): Казанский В.М. 
(73) Патентообладатель(и): Новосибирский государственный технический университет 
Адрес для переписки: 630092, г. Новосибирск, пр-т К.Маркса, 20, НГТУ 

(54) БЕСПАЗОВЫЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ 

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроении, в частности к асинхронным электродвигателям. Сущность изобретения состоит в следующем. Беспазовый цилиндрический статор электрической машины содержит шихтованое ярмо 1 и активный распределенный слой 2, образованный активными пакетами обмоточных модулей в виде перемежающихся между собой продольных пластин 10 из электротехнической стали и проводников обмотки, размещенных на нижнем и верхнем пространственных уровнях, при этом ярмо 1 выполнено сборным из кольцеобразных стальных пластин 4 с опорными выступами 5, ориентированными внутрь к зазору, и соединенных между собой витых на ребро монолитных колец 6 из ленточной электротехнической стали с наружными прорезями 7, заполненными клеевой ферромагнитной массой. Между ярмом 1 и активным распределенным слоем 2 имеется прослойка из клеевой армированной ферромагнитной массы, а распределенный активный слой 2 выполнен из разных обмоточных модулей, часть из которых выполнена с более плотным размещением проводников на верхнем уровне этого слоя 2 за счет использования межмодульного пространства. Технический результат состоит в том, что предлагаемый статор имеет повышенные энергетические показатели при снижении габаритной мощности. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к асинхронным электродвигателям.

Известны недостатки цилиндрических статоров современных электрических машин, в том числе наиболее массовых в производстве асинхронных двигателей (Казанский В.М. Кризис и перспективы развития малых асинхронных двигателей. Электричество, 1996, 8). К ним относятся:

а) наличие технологических невозобновляемых отходов электротехнической стали при штамповке листа статора (и ротора), составляющих более 40%;

б) самая напряженная в электромагнитном отношении зубцово-пазовая зона статора активно используется не более чем на 50-60%;

в) в процессе изготовления так называемая "всыпная" обмотка подвергается неконтролируемым деформациям, в том числе скрытым, а готовая обмотка приобретает качество дефектной неремонтируемой структуры с возможной аварийностью при эксплуатации статора;

г) технологические процессы, особенно связанные с обмоточно-изолировочными и шихтовочно-штамповочными работами, достаточно сложны, трудоемки, не имеют аналогов в традиционном машиностроении и требуют многономенклатурного оборудования.

Известны группы патентов, посвященные новым конструкциям статоров, которые свободны от первого (а) из перечисленных недостатков. К их числу относятся статоры традиционной формы с витыми (на ребро) сердечниками из ленточной стали с наперед вырубленными пазами и средства их реализации. Автору известны более 50 патентов, начиная с предложений 30-х годов фирм США General Electric Со и Westinghouse Electric - 174649, 1919995, 1920354 и кончая современными патентами фирмы General Electric Co - 4712292 (опубл. в 1987 г. ), 4747278 (опубл. в 1988 г. ), 4812696, 4816711 (опубл. в 1989 г.) и 4912833, 4918962 (опубл. в 1990 г.) и России (патенты Московского электромеханического завода ЗВИ) - 1695453 (опубл. в 1991 г.) и патент Томского завода Сибэлектромотор - 1802907 (опубл. в 1993 г.).

Все эти предложения практически объединены единой задачей снижения технологических отходов электротехнической стали без изменения конструктивных форм зубцово-пазовой зоны и, следовательно, оставляют практически без изменения перечисленные выше недостатки классической конструкции статора (б, в и г).

Статоры с ленточным магнитопроводом, состоящие из гофрированных зубцово-пазовых зон с обмотками статора и витых на ребро ярем представляют группу из более 65 патентов с предложенями по конструкциям статоров с гофрированными обмоточными зонами и не менее 50 изобретений по способам их реализации.

Стартовыми конструкциями гофрированных зон статора являются патент М. Симса (США, General Electric) 3393435 (опубл. в 1976 г.), в котором обмотка закладывается снизу, как в аналогичной конструкции статора, в результате чего отсутствует только один (а) недостаток, т.е. исключаются технологические отходы стали (недостатки б, в и г сохраняются), и изобретение братьев Э и Э. Степанянц (СССР, ВНИИПТИЭМ, г. Владимир) 584392 (опубл. в 1977 г.), в котором обмотка закладывается сверху, что позволяет снять недостаток (а) и частично недостаток (б).

Все конструкции ленточных гофрированных статоров обладают общими принципиальными недостатками, основными из которых являются следующие:

- большие "экранные" потери энергии в стальной гофрированной ленте при неизбежном пересечении ее рабочим магнитным потоком, значительно превышающие потери энергии в зубцовой зоне классической конструкции;

- дополнительный немагнитный зазор между гофрированной зубцовой зоной и ярмом статора.

Как следствие, у электрических машин с гофрированными статорами пониженные энергетические показатели кпд и cos. Кроме того, электрические машины с гофрированными статорами имеют дополнительные недостатки, связанные со сложностью формообразования статора из-за неодинаковой толщины стальной ленты, увеличенным расходом обмоточной меди и др.

Известны также беспазовыми статоры с шихтованным поперек оси вращения ярмом и активным распределенным слоем, образованным из активных пакетов катушечных групп, набранных из чередующихся между собой проводников обмотки и продольных элементов из электротехнической стали.

Стартовой конструкцией статора с активным распределенным слоем является изобретение Казанского В. М. "Беспазовый статор электрической машины" (А.с. 278836), запатентованное в США (патент 3495114), Великобритании (патент 1231213) и Японии (патент 48-26881).

К настоящему времени известны более 30 конструкций статора с активным распределенным слоем, в том числе зависимые от основного, например А.с. СССР 286741, 296193, 309428, и независимые, например, А.с. СССР 739689, 985881 и патент России 1677786 и др. Некоторые из них реализованы и описаны в периодической печати. Например, в статье Казанского В.М. "Развитие производства асинхронных двигателей" (Электричество, 1999, 10) приведены конкретные данные о конструктивной предпочтительности статоров электрических машин с активным распределенным слоем по сравнению с классической конструкцией, в том числе заметное снижение технологических отходов электротехнической стали, увеличение коэффициента заполнения активного распределенного слоя голой медью, реализация заполнения активного слоя текстурованной сталью с повышенной индукцией вдоль проката, реализация рядовой укладки обмоточного провода и, как следствие, снижение на порядок межвиткового напряжения и т.д.

Вместе с тем конструкция цилиндрического статора с активным распределенным слоем не свободна от недостатков, к числу которых относятся:

- наличие дополнительного технологического зазора, снижающего кпд и cos машины с таким статором,

- технологическая сложность образования круглого шихтованного ярма, наличие эдс в продольных стальных пластинах,

- недоиспользование активного объема статора за счет частичного незаполнения распределенного активного слоя между сторонами (катушечных групп) обмоточных модулей и др.

В качестве прототипа принят "Беспазовый статор электрической машины" А. с. СССР 394893, Н 02 K 3/04, 1/12, опубликованное 22.08.1973, БИ 39, заявленное от базового изобретения "Беспазовый статор электрической машины", А.с. СССР 278836, МПК Н 02 K 15/10, опубликованное 21.04.1970, БИ 26, суть которого сводится к следующему.

"Беспазовый статор электрической машины переменного тока с распределенной обмоткой в активной части, отличающийся тем, что с целью упрощения технологии изготовления активная часть выполнена из ряда пакетов, набранных из чередующихся между собой проводников обмотки и отделенных слоем изоляции листовых ферромагнитных элементов".

Прототип состоит из шихтованного ярма и активного распределенного слоя, примыкающего к ярму через технологический немагнитный зазор и образованного из активных пакетов катушечных групп (обмоточных модулей), образованных из чередующихся между собой проводников обмотки и продольных листов электротехнической стали. Отличительные особенности прототипа состоят в том, что слои проводников однослойной обмотки цилиндрического статора располагаются на разных пространственных уровнях, причем у одной половины катушечных групп (обмоточных модулей) слои обмотки примыкают к ярму статора, а у другой половины обмоточных модулей - к воздушному зазору. Соответственно внешняя поверхность ярма статора выполняется многогранной в зависимости от числа полюсов статора.

Недостатки прототипа:

- наличие дополнительного немагнитного зазора, снижающего у статора энергетические показатели кпд и cos;

- недоиспользование активного объема статора за счет частичного незаполнения активного распределенного слоя между сторонами обмоточных модулей (катушечных групп) особенно на верхнем пространственном уровне, что приводит к снижению габаритной мощности электрической машины с таким статором;

- жесткая зависимость между числом пар полюсов статора и формой его ярма, определяющего внешние габариты статора, что приводит к технологическим затруднениям при формировании номенклатурного ряда электрических машин с подобным статором и различным числом его пар полюсов.

Задачей изобретения является создание цилиндрического статора электрической машины с повышенными энергетическими показателями при снижении габаритной мощности.

Это достигается тем, что в беспазовом цилиндрическом статоре, содержащем шихтованное ярмо и распределенный активный слой, образованный из активных пакетов катушечных групп (обмоточных модулей), набранных из чередующихся между собой проводников обмотки и продольных элементов из электротехнической стали, шихтованное ярмо выполняется сборным из кольцеобразных стальных пластин с внутренними опорными выступами, ориентированными внутрь к воздушному зазору, и соединенных (например, с помощью клея) между собой витых на ребро монолитных колец (таблеток) из ленточной электротехнической стали с наружными прорезями, заполненными клеевой ферромагнитной массой;

- между сборным ярмом и активным распределенным слоем вводится прослойка из клеевой армированной ферромагнитной массы;

- распределенный активный слой образован из разных обмоточных модулей, часть из которых выполнена с более плотным размещением проводников на верхнем уровне этого слоя за счет использования межмодульного пространства.

На фиг.1 представлен фрагмент продольного разреза предлагаемого беспазового статора электрической машины, а на фиг.2 - соответственно фрагмент поперечного разреза этого статора.

Предлагаемый беспазовый цилиндрический статор электрической машины содержит шихтованное ярмо 1 и активный распределенный слой 2, размещенный на разных пространственных уровнях, соединенные между собой с помощью прослойки из клеевой армированной ферромагнитной массы 3. Ярмо 1 выполняется сборным из кольцеобразных стальных пластин 4 с опорными выступами 5, ориентированными к воздушному зазору, и склеенных с ними и между собой витых на ребро монолитных колец (таблеток) 6 из ленточной электротехнической стали с наружными прорезями 7, заполненными клеевой ферромагнитной массой. Активный распределенный слой 2 (электромагнитный эквивалент зубцово-пазовому слою традиционного статора) состоит из пакетов обмоточных модулей с одинарным 8 и, например, двойным 9 проводниковым наполнением соответственно на нижнем и верхнем пространственных уровнях размещения обмотки. Продольные стальные пластины 10 распределенного активного слоя 2 в зависимости от длины статора могут иметь сплошные поперечные разрезы 11 сколь угодно частые.

Предлагаемый беспазовый цилиндрический статор электрической машины, например, трехфазного асинхронного двигателя в отличие от прототипа обладает следующими свойствами.

В конструкции сборного ярма 1 предусматриваются круглые стальные кольца 4 (по крайней мере два крайних кольца для машин с малой активной длиной) с опорными выступами 5, ориентированными в сторону воздушного зазора, предназначенные для предотвращения проворачивания ярма 1 по отношению к активному распределенному слою 2. Кроме того, эти кольца 4 способствуют формированию внешней круглой поверхности статора.

Основная часть шихтованного ярма 1 состоит из склеенных в монолит шихтованных колец 6 из витых на ребро полос электротехнической стали с наружными прорезями 7 для обеспечения процесса навивки. При этом на параллельных витках стальной ленты прорези 7 выполняются в шахматном порядке (например, при намотке двух лент с прорезями 7 смещенными друг относительно друга на определенный шаг) и заполняются клеевой ферромагнитной массой. В этом случае в готовом кольце-монолите каждая прорезь 7, во-первых, заполнена ферромагнитной массой и, во-вторых, с двух сторон имеет обходной путь для магнитного потока по соседним ферромагнитным пластинам, что снижает магнитное сопротивления ярма.

Набор перемежающихся между собой кольцеобразных стальных опор 4 и монолитных шихтованных колец 6 представляет собой ярмо 1, определяющее форму статора, при этом упрощается процесс сборки ярма. Технологический зазор между ярмом 1 и распределенным активным слоем 2 заполняется полимерным компаундным наполнением, проникающим в пустоты между ферромагнитными пластинами 10 обмоточных модулей, что обеспечивает существенное снижение магнитного сопротивления (примерно в 3-4 раза) технологического зазора и в итоге повышает кпд и cos электрической машины с таким статором.

Уменьшена высота активного распределенного слоя 2 за счет соответствующего снижения высоты различных обмоточных модулей, отличающихся друг от друга плотностью намотки проводников на разных пространственных уровнях. При этом снижение высоты обмоточных модулей (примерно на четверть высоты модуля и более) происходит за счет активного использования межмодульного пространства на верхнем уровне 9 путем заполнения его проводниковым материалом 9. В результате уменьшается диаметр машины или при равных главных размерах существенно увеличивается габаритная мощность статора электрической машины.

Стальные пластины 10 обмоточных моделей выполняются из холоднокатаной стали с ориентированной структурой и, кроме того, разделены сплошными поперечными разрезами 11 сколь угодно частыми, что также способствует увеличению кпд и надежности электрической машины с таким статором.

Технический эффект предлагаемого беспазового статора электрической машины по сравнению с прототипом заключается в следующем:

- обеспечивается увеличение габаритной мощности статора за счет снижения радиальных размеров активного распределенного слоя путем заполнения межмодульных проемов проводниковым материалом на верхнем уровне размещения обмотки;

- обеспечивается увеличение кпд и cos за счет уменьшения магнитного сопротивления немагнитного зазора между ярмом и распределенным слоем путем заполнения зазора ферромагнитной клеевой массой;

- снимается жесткая зависимость между числом пар полюсов и внешней формой статора и упрощается технология сборки ярма. Кроме того, обеспечивается облегчение прохождения магнитного потока в соседних пластинах ярма. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Беспазовый цилиндрический статор электрической машины, содержащий шихтованное ярмо и распределенный активный слой, образованный активными пакетами обмоточных модулей в виде перемежающихся между собой продольных пластин из электротехнической стали и проводников обмотки, размещенных на нижнем и верхнем пространственных уровнях, отличающийся тем, что ярмо выполнено сборным из кольцеобразных стальных пластин с внутренними выступами, ориентированными внутрь к воздушному зазору, и соединенных между собой витых на ребро монолитных колец из ленточной электротехнической стали с наружными прорезями, заполненными клеевой ферромагнитной массой, при этом между шихтованным ярмом и распределенным активным слоем введена прослойка из клеевой армированной ферромагнитной массы, а распределенный активный слой выполнен из разных обмоточных модулей, часть из которых выполнена с более плотным размещением проводников на верхнем уровне этого слоя за счет использования межмодульного пространства.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru