RU221442U1

RU221442U1 - Статор электрической машины

Info

Publication number: RU221442U1
Application number: RU2023122243U
Authority: RU
Inventors: Николай Анфимович Федоров; Андрей Алексеевич Терентьев
Filing date: 2023-08-28
Publication date: 2023-11-07

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике и машиностроению, в частности к электрическим машинам - статорам асинхронных и синхронных электродвигателей однофазного и многофазного переменного тока. Статор электрической машины содержит магнитопровод, представляющий собой кольцевое ярмо из намотанной плашмя ферромагнитной ленты и зубцы, представляющие собой пазы для укладки обмоточного провода и формирующие зубцы статора, воздушный зазор между зубцами, в который вставляются диэлектрические прокладки, обмотка из обмоточного провода, отличающийся тем, что ферромагнитная лента выполнена из хлорированного полиэтилена с металлическим наполнителем, с одной стороны ленты нанесен клеевой слой. Техническим результатом является увеличение удельной мощности электрической машины за счет более высокой индукции насыщения применяемого материала магнитопровода, упрощение технологии изготовления статора, упрощение изготовления статора, расширение арсенала средств. 3 ил.

Description

Полезная модель относится к электротехнике и машиностроению, в частности к электрическим машинам - статорам асинхронных и синхронных электродвигателей однофазного и многофазного переменного тока.

Известны статоры асинхронных и синхронных электродвигателей, которые представляют собой толстостенные полые цилиндры, выполненные в виде набора кольцеобразных пластин, отштампованных из листов магнитомягкой электротехнической стали (шихтование). Для ограничения вихревых токов пластины изолированы друг от друга слоем лака. В пазах с внутренней стороны сердечника укладывается трехфазная обмотка. (ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ОБСЛУЖИВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ, Силаев Г.В. опубл. 2018). Недостатками данного технического решения являются сложность изготовления статора (необходимость отштамповывать и электрически изолировать каждую пластину, которые затем необходимо собирать в пакет. Сложность намотки статора - необходимо укладывать в пазы жгуты провода, при этом обеспечить целостность лаковой изоляции проводов от повреждения из-за жестких и острых граней стального пакета статора, из-за чего часто пазы статора, перед укладкой туда провода, прокладывают изоляционными материалом, что отдаляет обмотку провода от стенок сердечника статора на толщину изоляционной прокладки и увеличивает потери магнитного поля, генерируемого обмотками (с увеличением расстояния от катушки, генерирующей магнитное поле, индукция магнитного поля, распространяющегося через диэлектрик, уменьшается в квадратичной зависимости). Кроме того, не смотря на изготовление статора из изолированных пластин магнитомягкой электротехнической стали, для уменьшения влияния вихревых токов, сами вихревые токи не устраняются, а только уменьшается их влияние, но тем не менее они присутствуют и при больших токах в обмоточных катушках статора, наведенные в статоре вихревые токи, приводят к дополнительным электромагнитным потерям.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является статор электрической машины (SU1439704, опубл. 23.11.1988), в котором магнитопровод содержит кольцевое ярмо из намотанной плашмя ферромагнитной ленты и зубцы. Недостатком данного технического решения является использование в качестве магнитопровода ленты из электротехнической стали, в которой, из-за наличия электропроводности, во время работы электродвигателя с данным статором возникают вихревые электрические токи (токи Фуко), которые приводят к электромагнитным потерям. То, что статор навивается с помощью ферромагнитной ленты, лишь уменьшает величину вихревых токов и связанные с ними потери, в зависимости от толщины ленты, но не избавляет полностью от их наличия. Кроме того, для статоров с магнитопроводами из электропроводных материалов (электротехническая сталь) характерны также еще потери и при перемагничивании в переменном магнитном поле, т.е. гистерезисные потери. Магнитопровод из ферромагнитной ленты, который, по приведенному патенту, изготавливается из электротехнической стали, в тоже время сама сталь имеет индукцию насыщения не выше 2,3 Тл, что ограничивает возможность увеличения удельной мощности электрической машины (мощность, приходящаяся на 1 кг электрической машины). Согласно, приведенному описанию патента, изготовление статора из намотанной плашмя ферромагнитной ленты требует применение сварочных работ для крепления концов ленты, прессования в пресс-форме явно выраженных полюсов, что, в целом, усложняет технологический процесс изготовления. Для намотки данного статора обмоточным проводом, который, как правило, имеет лаковую изоляцию, необходимо обеспечивать защиту изоляции от повреждения при намотке на жесткий каркас сердечника статора, образованного из намотанной ленты магнитопровода, явно выраженного полюса и имеющего острые грани, о которые возможно повреждение лакового слоя изоляции провода. Как правило, для этих целей используют специальные прокладки из изоляционного материала. В этом случае обмоточный провод не прилегает плотно к магнитопроводу, что также приводит к дополнительным потерям магнитного потока.

Техническим результатом является увеличение удельной мощности электрической машины за счет более высокой индукции насыщения применяемого материала магнитопровода, упрощение технологии изготовления статора, упрощение изготовления статора, расширение арсенала средств.

Технический результат достигается тем, что статор электрической машины содержит магнитопровод, представляющий собой кольцевое ярмо из намотанной плашмя ферромагнитной ленты и зубцы, представляющие собой пазы для укладки обмоточного провода и формирующие зубцы статора, воздушный зазор между зубцами, в который вставляются диэлектрические прокладки, обмотка из обмоточного провода, отличающийся тем, что ферромагнитная лента выполнена из хлорированного полиэтилена с металлическим наполнителем, с одной стороны ленты нанесен клеевой слой.

Сущность полезной модели поясняется чертежами:

На фиг. 1 приведен общий вид статора, изготовленный путем намотки плашмя лентой из хлорированного полиэтилена с металлическим наполнителем.

На фиг. 1 - 2 цифрами обозначены:

1 - пазовое отверстие, 2 - зубец статора, 3 - воздушный зазор между зубьями с вставленной диэлектрической прокладкой, 4 - обмотка из обмоточного провода.

На фиг. 2 - магнитопровод статора с намотанной на зубцы ленты хлорированного полиэтилена с металлическим наполнителем до его отверждения эпоксидным клеем.

На фиг. 3 приведен сравнительный график намагниченности статора изготовленного из электротехнической стали (железо), и статора изготовленного из ленты хлорированного полиэтилена с металлическим наполнением из железного порошка:

1 - зависимость индукции от напряженности магнитного поля статора из хлорированного полиэтилена с металлическим наполнителем;

2 - зависимость индукции от напряженности магнитного поля статора из электротехнической стали (железа).

Статор электрической машины содержит магнитопровод, который представляет собой кольцевое ярмо из намотанной плашмя ферромагнитной ленты и зубцы, представляющие собой пазы для укладки обмоточного провода. Лента выполнена из хлорированного полиэтилена с металлическим наполнителем, с одной стороны ленты нанесен клеевой слой. В статоре имеются пазовые отверстия 1, в которые укладываются обмоточные провода, провода обматываются вокруг зубцов 2, формируя, таким образом, катушку индуктивности, в которой магнитопроводом является зубец из магнитомягкого полимерного материала. В зависимости от типа намотки катушки индуктивности могут иметь последовательное, параллельное или последовательно-параллельное соединение с другими катушками статора, соответственно однофазная или многофазная намотка.

Статор изготавливается путем намотки плашмя ленты из хлорированного полиэтилена с металлическим наполнителем, с нанесенным с одной стороны ленты клеевым слоем. В качестве ленты из хлорированного полиэтилена с металлическим наполнителем может использоваться мягкое железо (феррошит) типа Forceberg, «Проф-магнит, с клеевым слоем. При намотке слои ленты склеиваются, благодаря клеевому слою. После намотки ленты, в полученной заготовке фрезеруют пазовые отверстия 1 для укладки обмоточного провода и формируют зубцы статора 2. Благодаря мягкой структуре материала, фрезерование можно проводить с помощью пазовой прямой фрезы по дереву. После изготовления пазовых отверстий, формируют зубцы путем пропила верхней части заготовки над пазовым отверстием таким образом, что образуется воздушный зазор между зубцами шириной 2-3 мм, обеспечивающий концентрацию магнитного потока каждого зубца. Далее проводят укладку провода в пазовые отверстия и устанавливают диэлектрическую пластинку квадратного сечения, со стороной квадрата равной 2-3 мм и длиной равной ширине статора в воздушном зазоре 3 между зубцами, далее осуществляют пропитку статора путем окунания или обмазывания двухкомпонентным эпоксидным клеем, например Клей эпоксидный Ultima, и его отверждение.

Работа статора электрической машины осуществляется следующим образом. При протекании тока в обмотке статора 4 в магнитопроводе (фиг. 2) индуцируется магнитный поток, который замыкается через паз, зубцы, и воздушный зазор статора со вставленной диэлектрической прокладкой 3. При этом, за счет заостренной формы зубцов 2, в воздушном зазоре 3 происходит максимальная концентрация магнитного поля статора, которое взаимодействует с магнитным полем ротора электрической машины. Последовательно подавая на каждую обмотку зубцов статора электрический ток, происходит последовательное индуцирование магнитного поля на зубцах статора, вследствие чего возникает вращающееся магнитное поле статора и, при взаимодействии с магнитном полем магнитов ротора, на валу ротора возникает вращающий момент.

Благодаря мягкой структуре материала (лента из хлорированного полиэтилена) из которого изготовлен магнитопровод статора, намотка статора обмоточным проводом значительно упрощается (укладывание в пазовые отверстия провода), так как нет необходимости обеспечения защиты изоляции провода от повреждения, что позволяет обеспечивать плотное прилегание провода к сердечнику статора, а также за счет гибкости материала, значительно упрощает и сам процесс намотки и укладывание провода в пазовые отверстия, так как зубцы статорного сердечника, в процессе укладки провода можно отгибать на небольшой угол, увеличивая, тем самым размер паза, в который укладывается провод.

Кроме того, обеспечивается отсутствие электромагнитных потерь в статоре на вихревых токах, так как, благодаря большому электрическому сопротивлению применяемого материала вихревые токи в статоре не наводятся.

Проведенные экспериментальные исследования выявили более высокую индукцию насыщения по сравнению со статором из электротехнической стали при превышении напряженности магнитного поля статора более 60000 А/м. Данный факт позволяет изготавливать электрические двигатели с высокой удельной мощностью. Материал, применяемый при изготовлении статора, имеет узкий гистерезис, что позволяет значительно уменьшить потери при высоких оборотах двигателя (высокой частоте переменного питающего напряжения).

Claims

Статор электрической машины, содержащий магнитопровод, представляющий собой кольцевое ярмо из намотанной плашмя ферромагнитной ленты и зубцы, представляющие собой пазы для укладки обмоточного провода и формирующие зубцы статора, воздушный зазор между зубцами, в который вставляются диэлектрические прокладки, обмотку из обмоточного провода, отличающийся тем, что ферромагнитная лента выполнена из хлорированного полиэтилена с металлическим наполнителем, с одной стороны ленты нанесен клеевой слой.