RU2682895C1 - Electric machine stator and method for assembly thereof - Google Patents

Electric machine stator and method for assembly thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2682895C1
RU2682895C1 RU2018104576A RU2018104576A RU2682895C1 RU 2682895 C1 RU2682895 C1 RU 2682895C1 RU 2018104576 A RU2018104576 A RU 2018104576A RU 2018104576 A RU2018104576 A RU 2018104576A RU 2682895 C1 RU2682895 C1 RU 2682895C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stator
teeth
segments
wedges
grooves
Prior art date
Application number
RU2018104576A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Николаевич Дорошенко
Александр Метталинович Тишин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Полимагнит Санкт-Петербург"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Полимагнит Санкт-Петербург" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Полимагнит Санкт-Петербург"
Priority to RU2018104576A priority Critical patent/RU2682895C1/en
Priority to PCT/RU2019/050013 priority patent/WO2019156600A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2682895C1 publication Critical patent/RU2682895C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14Stator cores with salient poles
    • H02K1/146Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H02K1/148Sectional cores
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/18Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14Stator cores with salient poles
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/18Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
    • H02K1/185Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures to outer stators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/022Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies with salient poles or claw-shaped poles
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/12Machines characterised by the modularity of some components

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering, in particular to electrical machines, more specifically to the stator of an electrical machine. Stator contains a plurality of teeth 1 of the stator with winding 5 made thereon, a plurality of segments 9 of the back of the stator, located between teeth 1 of the stator. In the teeth 1 of the stator on their end side 2, facing in the assembled state of the stator to the back of the stator, grooves are made, in which wedges 7, 12 are placed with the provision of the geometric closure of teeth 1 with segments 9 of the backrest of the stator. Method for assembling such a stator is also disclosed. Teeth 1 and segments 9 of the backrest of the stator are made of anisotropic electrical steel.EFFECT: technical result is an improvement in the specific characteristics of the electric machine, an increase in the utilization rate of the material in the manufacture of the stator, as well as a reduction in the cost and mass of the stator.14 cl, 7 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, в частности, к статору электрической машины с числом пазов на полюс и фазу, меньшим единицы, и конструкцией статора с полузакрытыми пазами.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to electric machines, in particular, to a stator of an electric machine with the number of grooves per pole and phase less than one, and the design of the stator with half-closed grooves.

Уровень техникиState of the art

Электрические машины (ЭМ) применяются в области промышленности, транспорта, энергетики, связи, космических аппаратах и т.д. Основными компонентами ЭМ являются статор, являющийся неподвижным элементом электрической машины, и вращающийся относительно статора ротор. Статор состоит из спинки статора, называемой также ярмом статора, и соединенных со спинкой статора зубцов с нанесенной на них обмоткой.Electric machines (EM) are used in industry, transport, energy, communications, spacecraft, etc. The main components of the EM are the stator, which is a fixed element of an electric machine, and a rotor rotating relative to the stator. The stator consists of the back of the stator, also called the stator yoke, and the teeth connected to the back of the stator with a winding applied to them.

Производители ЭМ стремятся к улучшению их удельных характеристик, таких как полезная мощность на единицу массы ЭМ и удельный момент на единицу массы ЭМ. Как правило этого добиваются за счет увеличения КПД ЭМ при допустимом уровне ее нагрева. При этом основными способами увеличения КПД являются уменьшение тепловых потерь в сердечнике статора, т.е. в "железе" статора, и омических потерь в обмотке статора.EM manufacturers seek to improve their specific characteristics, such as net power per unit mass of EM and specific moment per unit mass of EM. As a rule, this is achieved by increasing the efficiency of the EM with an acceptable level of its heating. In this case, the main ways to increase the efficiency are to reduce the heat loss in the stator core, i.e. in the "iron" of the stator, and ohmic losses in the stator winding.

В известных конструкциях ЭМ используют спинку статора, выполненную в виде кольцевого элемента, от которого выступают зубцы статора, выполненные обычно за одно целое с кольцом спинки статора, ось которых проходит в радиальном направлении ЭМ. При этом, поскольку направление прохождения магнитного потока при работе ЭМ в зоне зубцов статора является радиальным, а в зоне спинки статора - тангенциальным, т.е. проходящим в окружном направлении спинки статора, для производства статоров ЭМ традиционно применяют изотропные электротехнические стали для обеспечения по существу одинаковых магнитных свойств спинки статора по всей длине спинки статора, т.е. в ее окружном направлении, для обеспечения равномерности проходящего через нее магнитного потока при работе ЭМ. При этом, при выполнении спинки статора в виде цельного кольцеобразного элемента очень велик процент отходов, а коэффициент использования материала обычно составляет только около 20%.In known EM designs, the stator back is used, made in the form of an annular element, from which the stator teeth protrude, usually made integrally with the stator back ring, the axis of which passes in the radial direction of the EM. Moreover, since the direction of passage of the magnetic flux during EM operation in the area of the stator teeth is radial, and in the area of the stator back, it is tangential, i.e. extending in the circumferential direction of the stator backs, isotropic electrical steels are traditionally used for the production of EM stators to ensure substantially the same magnetic properties of the stator backs along the entire length of the stator backs, i.e. in its circumferential direction, to ensure uniformity of the magnetic flux passing through it during EM operation. At the same time, when performing the stator back in the form of an integral ring-shaped element, the percentage of waste is very high, and the material utilization factor is usually only about 20%.

Из области техники известны также решения, в которых зубцы статора изготавливают отдельно от спинки статора с последующим соединением зубцов со спинкой статора. Такие решения позволяют упростить изготовление зубцов статора, а также трудоемкость намотки на них обмотки. Кроме того, такие решения также позволяют использовать для изготовления зубцов статора анизотропную сталь. Однако спинка статора в указанных решениях выполнена цельной, имеет обычную кольцеобразную форму и должна изготавливаться, таким образом, из изотропной стали.Solutions are also known in the art in which the stator teeth are made separately from the back of the stator, followed by the connection of the teeth with the back of the stator. Such solutions can simplify the manufacture of stator teeth, as well as the complexity of winding windings on them. In addition, such solutions also allow the use of anisotropic steel for the manufacture of stator teeth. However, the stator back in these solutions is made whole, has the usual ring-shaped shape and must, therefore, be made of isotropic steel.

Однако сборка статора из отдельных обмоточных зубцов представляет сложную технологическую задачу, которая требует очень точного изготовления сердечников этих зубцов и применения безусадочного компаунда для заливки статора, который обеспечивает прочность статора в процессе его эксплуатации.However, the assembly of the stator from individual winding teeth is a complex technological task, which requires very accurate manufacturing of the cores of these teeth and the use of a non-shrinking compound to fill the stator, which ensures the stator's strength during its operation.

Из документа US 4912353 известен двухкомпонентный статор двигателя, содержащий сердечник статора и множество зубцов, при этом сердечник статора имеет пазы на внутренней поверхности сердечника статора для приема наружных концов зубцов, причем на внутренней поверхности сердечника статора дополнительно выполнены прорези, расположенные поперек направления прохождения магнитного потока для уменьшения напряжений при работе электрической машины. При этом указанные прорези, расположенные в сердечнике спинки статора, приводят к увеличению магнитного сопротивления.US Pat. No. 4,912,353 discloses a two-component motor stator comprising a stator core and a plurality of teeth, wherein the stator core has grooves on the inner surface of the stator core to receive the outer ends of the teeth, and additionally cuts are made on the inner surface of the stator core transverse to the magnetic flux direction for voltage reduction during operation of an electric machine. Moreover, these slots located in the core of the back of the stator, lead to an increase in magnetic resistance.

Из документа US 6880229 известна электрическая машина, содержащая множество выполненных отдельных зубцов, которые могут быть вставлены в кольцо статора креплением типа «ласточкин хвост» после нанесения на них обмотки. При этом статор выполнен цельным в виде кольца, содержащего множество пазов для приема зубцов.US 6880229 discloses an electric machine comprising a plurality of single teeth made that can be inserted into a stator ring with a dovetail attachment after applying a winding to them. In this case, the stator is made integral in the form of a ring containing many grooves for receiving teeth.

В документе RU 147322 раскрыт статор электрической машины, содержащий набор катушек, каждая из которых образована обмоткой, зафиксированной через изолятор на сердечнике в виде пакета одинаковых Т-образных пластин с основанием, в котором с противоположных сторон выполнены паз и выступ, причем Т-образные части пластин в пакете накладываются друг на друга, а выступы оснований пластин одного пакета в сборе входят в пазы другого пакета, отличающийся тем, что в каждом пакете, по меньшей мере, две пластины развернуты друг относительно друга таким образом, что выступы и пазы оснований этих пластин расположены с противоположных сторон.RU 147322 discloses a stator of an electric machine, comprising a set of coils, each of which is formed by a winding fixed through an insulator on the core in the form of a packet of identical T-shaped plates with a base, in which a groove and a protrusion are made from opposite sides, the T-shaped parts plates in the package overlap each other, and the protrusions of the bases of the plates of one package assembly are included in the grooves of another package, characterized in that in each package at least two plates are deployed relative to each other so azom that the projections and grooves of the base plates are located on opposite sides.

В указанных выше решениях сборка статора с использованием отдельных зубцов осуществляется за счет из механического крепления к общему корпусу спинки статора. При этом отдельные зубцы должны очень точно сопрягаться между собой, а само крепление отдельных зубцов требует применения цельной кольцевой спинки статора, которая ухудшает габаритно-массовые характеристики статора.In the above solutions, the stator is assembled using individual teeth due to mechanical fastening to the common housing of the stator back. In this case, individual teeth must be very precisely mated with each other, and the fastening of individual teeth itself requires the use of a single annular back of the stator, which affects the overall mass characteristics of the stator.

Таким образом, актуальной является техническая проблема создания электрической машины с улучшенными удельными характеристиками в отношении мощности и крутящего момента, улучшенными энергетическими характеристиками в отношении КПД и коэффициента мощности, невысокой себестоимостью и малой массой.Thus, the technical problem of creating an electric machine with improved specific characteristics in terms of power and torque, improved energy characteristics in terms of efficiency and power factor, low cost and low weight is relevant.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в создании статора электрической машины с улучшенными рабочими характеристиками, а также в снижении металлоемкости изготовления и упрощении процесса сборки статора электрической машины.Thus, the object of the present invention is to provide a stator for an electric machine with improved performance, as well as to reduce the manufacturing intensity and simplify the assembly process of the stator of an electric machine.

Указанная выше задача решается статором электрической машины, который содержит множество зубцов статора с выполненной на них обмоткой, множество отдельных сегментов спинки статора, расположенных между зубцами статора, причем в зубцах статора на их торцевой стороне, обращенной в собранном состоянии статора к спинке статора, выполнены пазы, в которые вставлены клинья с обеспечением геометрического замыкания зубцов с сегментами спинки статора.The above problem is solved by the stator of an electric machine, which contains many stator teeth with a winding made on them, many separate segments of the stator back, located between the stator teeth, and in the stator teeth on their end side facing the stator back in the assembled state of the stator, grooves are made into which wedges are inserted to ensure the geometrical closure of the teeth with the segments of the stator back.

В преимущественном варианте реализации статора по настоящему изобретению сегменты спинки статора выполнены из анизотропной электротехнической стали, причем направление наилучших магнитных свойств стали совпадает с направлением линий магнитного потока в сегментах спинки статора. Указанное направление наилучших магнитных свойств анизотропной стали расположено в этом случае в направлении протяженности указанных сегментов, т.е. в окружном направлении спинки статора и, соответственно, в поперечном направлении относительно продольной оси зубца статора.In an advantageous embodiment of the stator of the present invention, the stator back segments are made of anisotropic electrical steel, wherein the direction of the best magnetic properties of the steel coincides with the direction of the magnetic flux lines in the stator back segments. The indicated direction of the best magnetic properties of anisotropic steel is located in this case in the direction of the length of these segments, i.e. in the circumferential direction of the stator back and, accordingly, in the transverse direction relative to the longitudinal axis of the stator tooth.

Благодаря решению по настоящему изобретению обеспечивается возможность изготовления как зубцов, так и спинки статора из анизотропной электротехнической стали, причем направление наилучших магнитных свойств анизотропной стали совпадает в зубцах с направлением оси зубца, а в спинке статора - с окружным направлением или, соответственно, с направлением протяженности каждого из сегментов спинки статора.Thanks to the solution of the present invention, it is possible to manufacture both the teeth and the back of the stator from anisotropic electrical steel, the direction of the best magnetic properties of the anisotropic steel coinciding in the teeth with the direction of the axis of the tooth, and in the back of the stator with the circumferential direction or, accordingly, with the direction of extension each of the stator back segments.

Использование клина, вводимого в продольный паз зубца, обеспечивает также компенсацию зазоров, неизбежно возникающих в процессе производства и сборки статоров, в частности прижим элементов зубца к спинке статора, исключая тем самым опасность существенного увеличения магнитного сопротивления зубца статора замыканию магнитного потока через стержень зубца и спинку статора.The use of a wedge inserted in the longitudinal groove of the tooth also provides compensation for the gaps that inevitably arise during the production and assembly of stators, in particular, the pressing of the tooth elements to the stator back, thereby eliminating the risk of a significant increase in the magnetic resistance of the stator tooth to magnetic flux closure through the tooth shaft and back stator.

Обмотка на зубцах статора выполнена преимущественно с использованием обмоточного провода с прямоугольным сечением.The winding on the stator teeth is made primarily using a winding wire with a rectangular cross section.

При изготовлении каждого зубца статора в виде отдельного элемента, на котором производится намотка секций обмотки, позволяет осуществлять намотку виток к витку, а не в навал как в случае известных всыпных обмоток, что позволяет увеличить коэффициент заполнения примерно в 2 раза при минимизации средней длины витков зубцов статора и снизить, таким образом, потери в обмотке, которые зависят квадратично от коэффициента заполнения паза вокруг шейки зубца и линейно от средней длины витка секции обмотки.In the manufacture of each stator tooth in the form of a separate element on which the winding sections are wound, it allows winding round to round, rather than bulk, as in the case of the known loose windings, which allows to increase the fill factor by about 2 times while minimizing the average length of the rounds of the teeth stator and thus reduce the loss in the winding, which depends quadratically on the fill factor of the groove around the neck of the tooth and linearly on the average length of the coil section of the winding.

В одном из вариантов реализации участки зубцов статора, обращенные к спинке статора, выполнены в форме ласточкина хвоста, расширяющегося в направлении спинки статора. Выполнение участков зубцов статора, обращенных к спинке статора, в форме ласточкина хвоста, расширяющегося в направлении спинки статора, позволяет простым образом обеспечить геометрическое замыкание зубцов с сегментами спинки статора в процессе, а также после сборки статора, т.е. после введения клиньев в пазы зубцов. Кроме того, указанная форма зубцов в сочетании с комплементарной формой оконечностей сегментов спинки позволяет простым надежным о образом осуществить фиксацию элементов статора относительно друг друга с предотвращением их выпадения из оправки в процессе сборки статора с использованием оправки перед введением клиньев в пазы зубцов.In one embodiment, plots of stator teeth facing the stator back are made in the form of a dovetail expanding in the direction of the stator back. The execution of the sections of the stator teeth facing the stator back in the form of a dovetail, expanding in the direction of the stator back, makes it possible to provide a simple geometric closure of the teeth with segments of the stator back during and after stator assembly, i.e. after the introduction of wedges into the grooves of the teeth. In addition, the specified shape of the teeth in combination with the complementary shape of the ends of the back segments makes it possible to reliably fix the stator elements relative to each other and prevent them from falling out of the mandrel during stator assembly using the mandrel before inserting wedges into the grooves of the teeth.

В одном из вариантов реализации пазы зубцов выполнены в виде прорези, открытой со стороны торцевой, т.е. обращенной к спинке статора поверхности зубцов, и со стороны боковых поверхностей зубцов статора. Выполнение паза с торцевой, т.е. обращенной к спинке статора стороны зубцов, и со стороны боковых поверхностей зубцов позволяет обеспечить возможность введения клина в зубцы статора на этапе его сборки как с торцевой, так и с его боковых стороны.In one embodiment, the grooves of the teeth are made in the form of a slot open from the end side, i.e. facing the back of the stator surface of the teeth, and from the side of the side surfaces of the teeth of the stator. The execution of the groove with the end, i.e. the side of the teeth facing the back of the stator, and from the side of the side surfaces of the teeth, makes it possible to introduce a wedge into the teeth of the stator at the assembly stage both from the end and from its side.

В одном из вариантов реализации клинья имеют форму пластины по существу прямоугольного сечения и введены в паз с торцевой стороны зубцов.In one embodiment, the wedges are in the form of a plate of substantially rectangular cross section and are inserted into the groove from the end face of the teeth.

В одном из вариантов реализации клинья выполнены в виде прутка и введены в пазы зубцов с боковой стороны зубцов.In one embodiment, the wedges are made in the form of a rod and inserted into the grooves of the teeth on the side of the teeth.

В одном из вариантов реализации клинья зубцов выполнены из материала с высокой теплопроводностью. Выполнение клиньев из материала с высокой теплопроводностью позволяет уменьшить тепловые напряжения, возникающие в области основания зубцов статора электрической машины.In one embodiment, the tooth wedges are made of a material with high thermal conductivity. The implementation of the wedges of a material with high thermal conductivity can reduce thermal stresses that occur in the base region of the stator teeth of an electric machine.

Задача изобретения решается также способом сборки статора электрической машины, согласно которому:The objective of the invention is also solved by the method of assembly of the stator of an electric machine, according to which:

обеспечивают оправку,provide a mandrel

обеспечивают множество зубцов статора с выполненной на них обмоткой,provide many stator teeth with a winding made on them,

обеспечивают множество отдельных сегментов спинки статора,provide many individual segments of the stator back,

выполняют по меньшей мере один паз на торцевой стороне зубцов, обращенной в собранном состоянии статора к спинке статора,perform at least one groove on the end side of the teeth facing the stator back in the assembled state of the stator,

располагают зубцы статора вдоль оправки попеременно между сегментами спинки статора иposition the stator teeth along the mandrel alternately between the segments of the back of the stator and

вводят в пазы по меньшей мере части зубцов статора клинья с обеспечением геометрического замыкания между зубцами и сегментами спинки статора;wedges are inserted into the grooves of at least a portion of the teeth of the stator to ensure geometric closure between the teeth and segments of the stator back;

соединяют обмотки зубцов в соответствии со схемой укладки обмотки электрической машины.they connect the windings of the teeth in accordance with the layout of the windings of the electric machine.

В одном из вариантов реализации сегменты спинки статора изготавливают из анизотропной электротехнической стали, причем направление наилучших магнитных свойств указанной стали совпадает с направлением протяженности указанных сегментов.In one embodiment, the stator back segments are made of anisotropic electrical steel, and the direction of the best magnetic properties of the specified steel coincides with the direction of the length of these segments.

В одном из вариантов реализации участки зубцов, обращенные к спинке статора, выполняют в форме ласточкина хвоста, расширяющегося в направлении спинки статора.In one embodiment, the tooth portions facing the back of the stator are in the form of a dovetail expanding in the direction of the back of the stator.

В одном из вариантов реализации обмотку на зубцах статора выполняют с использованием обмоточного провода с прямоугольным сечением.In one embodiment, the winding on the stator teeth is performed using a winding wire with a rectangular cross section.

В одном из вариантов реализации пазы зубцов выполняют в виде прорези, открытой со стороны торцевой и боковых поверхностей зубцов статора.In one embodiment, the grooves of the teeth are made in the form of a slot open from the side of the end and side surfaces of the teeth of the stator.

В одном из вариантов реализации клинья зубцов выполняют в форме пластины по существу прямоугольного сечения и вводят в пазы зубцов с торцевой стороны зубцов.In one embodiment, the wedges of the teeth are in the form of a plate of substantially rectangular cross section and are inserted into the grooves of the teeth from the front side of the teeth.

В одном из вариантов реализации клинья выполняют в форме прутка и вводят в пазы зубцов с боковой стороны зубцов.In one embodiment, the wedges are in the form of a rod and inserted into the grooves of the teeth from the side of the teeth.

В одном из вариантов реализации клинья выполняют из материала с высокой теплопроводностью.In one embodiment, the wedges are made of a material with high thermal conductivity.

Под отдельными сегментами спинки статора в смысле настоящего изобретения понимаются сегменты спинки статора, которые выполнены в виде отдельных элементов независимо от зубцов статора и расположены попеременно между указанными зубцами статора, причем спинка статора образована в этом случае указанными сегментами статора и расположенными между ними оснований зубцов статора. Соответственно, количество сегментов спинки статора соответствует количеству зубцов статора электрической машины.Separate segments of the stator back in the sense of the present invention are understood to mean segments of the stator back, which are made in the form of separate elements independently of the stator teeth and are located alternately between these stator teeth, and the stator back is formed in this case by the indicated stator segments and the stator tooth bases located between them. Accordingly, the number of stator back segments corresponds to the number of stator teeth of an electric machine.

Техническим результатом, достигаемым благодаря заявленному изобретению, является увеличение удельных характеристик электрической машины, снижение себестоимости и массы статора, а также трудоемкости сборки статора электрической машины.The technical result achieved thanks to the claimed invention is to increase the specific characteristics of an electric machine, reducing the cost and mass of the stator, as well as the complexity of the assembly of the stator of an electric machine.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает возможность выполнения отдельных зубцов статора для обеспечения простоты и максимальной эффективности намотки на них обмотки, а также возможность изготовления спинки статора из отдельных относительно коротких сегментов, каждый из которых может быть изготовлен в этом случае из анизотропной электротехнической стали, что позволяет улучшить магнитные свойства спинки статора и повысить тем самым рабочие характеристики эффективности электрической машины.Thus, the proposed technical solution provides the ability to perform individual stator teeth to ensure simplicity and maximum efficiency of winding the windings on them, as well as the possibility of manufacturing the stator back of separate relatively short segments, each of which can be made in this case of anisotropic electrical steel, which allows to improve the magnetic properties of the back of the stator and thereby increase the performance characteristics of the efficiency of the electric machine.

В отличие от известных решений, конструкция статора и способ сборки статора по настоящему изобретению обеспечивают возможность изготовления спинки статора из отдельных дугообразных сегментов, располагаемых между зубцами статора. Изготовление спинки статора из отдельных сегментов, каждый из которых является относительно коротким, позволяет использовать для их изготовления анизотропную сталь, применение которой обеспечивает возможность получения наилучших магнитных свойств спинки статора в направлении, совпадающим с направлением длины, т.е. с направлением максимальной протяженности сегментов спинки статора, что позволяет получить магнитные свойства спинки статора на всей его протяженности с окружном направлении, которые превышают магнитные свойства всех известных статоров, спинки которых изготавливаются из изотропных электротехнических сталей. Кроме того, при изготовлении спинки статора из отдельных сегментов, обеспечивается коэффициент использования материала, который существенно, в частности, в несколько раз выше коэффициента использования материала при изготовлении цельного кольцевого статора, при котором коэффициент использования материала обычно не превышает 20%.In contrast to the known solutions, the stator structure and the stator assembly method of the present invention enable stator backs to be made from separate arcuate segments located between the stator teeth. The manufacture of the stator back of individual segments, each of which is relatively short, allows the use of anisotropic steel, the use of which makes it possible to obtain the best magnetic properties of the stator back in the direction coinciding with the length direction, i.e. with the direction of the maximum length of the stator back segments, which allows to obtain the magnetic properties of the stator back along its entire length with the circumferential direction, which exceed the magnetic properties of all known stators, the backs of which are made of isotropic electrical steel. In addition, in the manufacture of stator backs from individual segments, a material utilization factor is ensured, which is, in particular, several times higher than the material utilization factor in the manufacture of a single annular stator, in which the material utilization factor usually does not exceed 20%.

Таким образом, согласно настоящему изобретению может быть обеспечено выполнение как зубцов, так и сегментов спинки статора из анизотропной электротехнической стали. Направление наибольшей протяженности в смысле настоящего изобретения считается направление сегментов спинки статора, которое совпадает в собранном состоянии статора с окружным направлением спинки статора, вдоль которого также происходит замыкание магнитного потока при работе электрической машины. Указанное направление наибольшей протяженности участков спинки статора по существу совпадает также с направлением касательной, проведенной в центре дугообразного сегмента спинки статора. При этом анизотропная сталь в отличие от специализированной (прецизионной) изотропной электротехнической стали имеет аналогичные или близкие к ней магнитные свойства, а стоимость анизотропной стали в 50-60 раз меньше стоимости специализированной прецизионной изотропной стали. Таким образом статор электрической машины по настоящему изобретению позволяет получить электрическую машину с рабочими характеристиками, которые достижимы при существующем уровне техники только при использовании для изготовления спинки статора дорогих специализированных изотропных сталей, таких как, например, 49К2ФА.Thus, according to the present invention, both teeth and segments of the stator back of anisotropic electrical steel can be provided. The direction of the greatest extent in the sense of the present invention is considered to be the direction of the stator back segments, which coincides in the assembled state of the stator with the circumferential direction of the stator back, along which magnetic flux closes when the electric machine is operating. The indicated direction of the greatest extent of the stator back portions essentially coincides also with the direction of the tangent drawn in the center of the arcuate segment of the stator back. In this case, anisotropic steel, in contrast to specialized (precision) isotropic electrical steel, has similar or close magnetic properties, and the cost of anisotropic steel is 50-60 times less than the cost of specialized precision isotropic steel. Thus, the stator of the electric machine of the present invention allows to obtain an electric machine with performance characteristics that are achievable with the current level of technology only when expensive specialized isotropic steels are used to make the stator back, such as, for example, 49K2FA.

Благодаря выполнению магнитопровода спинки статора из анизотропной стали, имеющей наилучшие магнитные свойства в окружном направлении спинки статора, возможно выполнение спинки статора меньшей толщины в отличие от спинки статора, выполненной из дорогой изотропной стали или получение более эффективной ЭМ при неизменных габаритах ЭМ. В результате этого возможно увеличить выемки зубцов паз на 10-20%, что позволит заложить больше обмотки, и, таким образом, увеличить удельные характеристики электродвигателя. Обмотка может быть выполнена с использованием обмоточного провода с прямоугольным сечением, что позволяет получить максимальный коэффициент заполнения. В частности, согласно проведенным расчетам, при наличии, например, 14 полюсов статора в статоре по настоящему изобретению толщина шейки зубца может быть уменьшена примерно на 25%, при этом ширина спинки статора также может быть уменьшена. Это позволяет большее число витков обмоточного провода на каждый зуб с тем же коэффициентом заполнения. В результате требуемый крутящий момент электрической машины можно получить при меньшем токе.Owing to the implementation of the magnetic circuit of the stator back of anisotropic steel having the best magnetic properties in the circumferential direction of the stator back, it is possible to make the stator back of a smaller thickness in contrast to the stator back made of expensive isotropic steel or to obtain a more efficient EM with constant EM dimensions. As a result of this, it is possible to increase the notches of the teeth of the groove by 10-20%, which will allow to lay more windings, and thus increase the specific characteristics of the electric motor. The winding can be performed using a winding wire with a rectangular cross section, which allows to obtain the maximum duty ratio. In particular, according to the calculations, if, for example, there are 14 poles of the stator in the stator of the present invention, the thickness of the tooth neck can be reduced by about 25%, while the width of the stator back can also be reduced. This allows a greater number of turns of the winding wire for each tooth with the same fill factor. As a result, the required torque of the electric machine can be obtained at a lower current.

Предлагаемая конструкция статора электрической машины не требует особо точного изготовления сердечника зубца, что дает возможность свести к минимуму зазоры в сопряжениях элементов сердечника статора и обеспечить необходимую прочность и устойчивость статора к механическим воздействиям в процессе эксплуатации.The proposed design of the stator of an electric machine does not require particularly precise manufacturing of the tooth core, which makes it possible to minimize the gaps in the mates of the stator core elements and to provide the necessary stator strength and resistance to mechanical stress during operation.

При этом предлагаемое техническое решение может использоваться как в нормальной, так и в обращенной конструкции электрической машины, т.е. при расположении статора как внутри, так или снаружи относительно ротора.Moreover, the proposed technical solution can be used both in normal and inverted design of an electric machine, i.e. when the stator is located both inside and outside relative to the rotor.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Настоящее изобретение описано далее со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:The present invention is described below with reference to the accompanying drawings, in which is shown:

На фиг. 1 представлено схематическое изображение поперечного сечения фрагмента электрической машины со статором по настоящему изобретению;In FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a fragment of an electric machine with a stator according to the present invention;

На фиг. 2 представлено увеличенное изображение области сопряжения сегмента спинки статора с торцевой стороной зубца статора с выполненным на ней пазом для клина;In FIG. 2 shows an enlarged image of the interface between the stator back segment and the end face of the stator tooth with a wedge groove in it;

На фиг. 3 показан вид сбоку зубца статора по настоящему изобретению с первым вариантом выполнения паза зубца;In FIG. 3 is a side view of a stator tooth of the present invention with a first embodiment of a tooth groove;

На фиг 4 показан вид сбоку зубца статора по настоящему изобретению со вторым вариантом выполнения паза зубца;FIG. 4 is a side view of a stator tooth of the present invention with a second embodiment of a tooth groove;

На фиг. 5 представлено схематичное аксонометрическое изображение зубца статора по настоящему изобретению, выполненного в виде пакета пластин;In FIG. 5 is a schematic axonometric view of a stator tooth of the present invention in the form of a stack of plates;

На фиг. 6 представлено схематичное изображение макета статора по настоящему изобретению в собранном состоянии зубцов (без обмотки) и сегментов спинки статора на оправке;In FIG. 6 is a schematic representation of a stator prototype of the present invention in the assembled state of the teeth (without winding) and stator back segments on the mandrel;

На фиг. 7 изображен альтернативный вариант выполнения области сопряжения зубца и сегмента спинки статора.In FIG. 7 depicts an alternative embodiment of the conjugation area of the tooth and the stator back segment.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

На фиг. 1 схематично изображен фрагмент электрической машины, содержащей множество зубцов 1 статора и спинку статора, которая замыкает магнитный поток между зубцами 1 статора. Каждый из зубцов 1 снабжен обмоткой 5, выполненной предпочтительно из провода прямоугольного сечения для увеличения коэффициента заполнения. Намотка провода обмотки зубцов производится обмоточным проводом с прямоугольным сечением, что увеличивает получаемый коэффициент заполнения примерно в два раза по сравнению с всыпной обмоткой, при этом средняя длина витка обмотки 5 становится минимальной. Увеличение коэффициента заполнения и уменьшение длины витка позволяет уменьшить омические потери в статоре и, вследствие этого, увеличить КПД ЭМ. При этом обмоткой 5 на данном этапе могут снабжаться как каждый из зубцов по отдельности, так можно выполнять обмотку 5 и единым проводом группы зубцов 1, относящихся к одной фазе электрической машины.In FIG. 1 schematically shows a fragment of an electric machine containing a plurality of stator teeth 1 and a stator back, which closes the magnetic flux between the stator teeth 1. Each of the teeth 1 is equipped with a winding 5, preferably made of rectangular wire to increase the duty cycle. The winding of the wire of the tooth winding is carried out by a winding wire with a rectangular cross section, which increases the resulting fill factor by about two times compared to a loose winding, while the average length of the winding winding 5 becomes minimal. An increase in the fill factor and a decrease in the length of the coil allows one to reduce ohmic losses in the stator and, as a result, increase the efficiency of the EM. In this case, winding 5 at this stage can be supplied as each of the teeth individually, so it is possible to carry out winding 5 and a single wire of a group of teeth 1 related to one phase of an electric machine.

Каждый из зубцов 1 имеет плоскость А-А симметрии, называемую далее также продольной осью А-А зубца 1, проходящую в радиальном направлении статора. Каждый из зубцов 1 на своей торцевой стороне 2, обращенной в собранном состоянии статора к спинке статора, снабжен пазом 4, который проходит в радиальном направлении зубца предпочтительно вдоль плоскости его симметрии А-А на глубину, составляющую примерно от 40% до 75% от величины высоты зубца. Указанный паз проходит на всю высоту сердечника 6 зубца 1 и открыт в направлении торцевой стороны 2 зубца, а также в направлении его боковых сторон 14, плоскость которых по существу параллельна плоскости статора электрической машины. Ширина H указанного паза подбирается в зависимости от толщины Q сердечника 6 зубца и наружного диаметра статора, и для статоров, имеющих диаметр порядка нескольких дециметров, может составлять величину в диапазоне от 0,1 до 1,5 мм. Со торцевой стороны 2 зубца 1 указанный паз может быть расширен, как показано на фиг. 2, для облегчения введения в него клина 7. Высота зубца 1 статора определяется как расстояние между внутренней поверхностью сегментов 9 спинки статора и полюсной стороной 15 зубца, обращенной к ротору 3 электрической машины, измеренное вдоль оси А-А зубца 1. При этом высота сердечника 6 зубца 1, как и высота сердечника спинки статора, определяется шириной пакета пластин сердечника 6 зубцов 1 и сегментов 9 спинки статора, замыкающего магнитопровод между зубцами 1, и измеряется в направлении, поперечном плоскости статора электрической машины.Each of the teeth 1 has a plane AA symmetry, hereinafter referred to as the longitudinal axis AA of the tooth 1, passing in the radial direction of the stator. Each of the teeth 1 on its end side 2, facing the stator back in the assembled state of the stator, is provided with a groove 4, which extends in the radial direction of the tooth, preferably along the plane of its symmetry AA, to a depth of approximately 40% to 75% of the value tooth height. The specified groove extends to the entire height of the core 6 of the tooth 1 and is open in the direction of the front side 2 of the tooth, as well as in the direction of its sides 14, the plane of which is essentially parallel to the plane of the stator of the electric machine. The width H of the specified groove is selected depending on the thickness Q of the core 6 of the tooth and the outer diameter of the stator, and for stators having a diameter of the order of several decimeters, it can be a value in the range from 0.1 to 1.5 mm. From the end face 2 of tooth 1, said groove can be expanded, as shown in FIG. 2, to facilitate the insertion of a wedge 7. The height of the stator tooth 1 is defined as the distance between the inner surface of the stator back segments 9 and the pole side 15 of the tooth facing the rotor 3 of the electric machine, measured along axis AA of tooth 1. The height of the core 6 teeth 1, as well as the height of the core of the stator back, is determined by the width of the package of plates of the core 6 teeth 1 and segments 9 of the back of the stator, closing the magnetic circuit between teeth 1, and is measured in the direction transverse to the plane of the stator of the electric machine.

Как показано на фиг. 3 и фиг. 4, вдоль паза 4 дополнительно может быть выполнена по меньшей мере одна выемка 13 с расширением паза 4, предназначенная для обеспечения возможности введения в нее клина 12 в виде прутка с боковых сторон зубца 1. Указанная выемка предпочтительно представляет собой цилиндрическое отверстие, выполненное вдоль указанного паза на всю высоту сердечника 6 зубца 1 и проходящее между его противоположными друг другу боковыми сторонами 14. Однако, поперечное сечение указанной выемки 13 может отличаться от круглой, при этом форма поперечного сечения клина 12 должна соответствовать поперечному сечению указанной выемки 13. Кроме указанной выемки 13 вдоль длины указанного паза в его донной части может быть дополнительно выполнена выемка 20, предназначенная для компенсации упругих напряжений, действующих на зубец при его расклинивании в процессе сборки статора.As shown in FIG. 3 and FIG. 4, along the groove 4, at least one recess 13 with an extension of the groove 4 can be additionally provided for enabling the insertion of a wedge 12 in the form of a rod 12 from the sides of the tooth 1. The recess is preferably a cylindrical hole made along the groove the entire height of the core 6 of the tooth 1 and passing between its opposite sides 14. However, the cross section of the indicated recess 13 may differ from the round, while the shape of the cross section of the wedge 12 should correspond to the cross-section of the indicated recess 13. In addition to the specified recess 13 along the length of the specified groove in the bottom part, a recess 20 can be made to compensate for the elastic stresses acting on the tooth when it is wedged during the assembly of the stator.

Сборка статора по настоящему изобретению осуществляется следующим образом. Снабженные обмоткой 5 и пазами 4 зубцы 1 статора располагают в окружном направлении внутри кольцевой оправки 16 попеременно с сегментами 9 спинки статора так, что каждый из зубцов 1 окружен двумя смежными сегментами 9 спинки статора, как показано на фиг. 6, а каждый сегмент 9 спинки статора, в свою очередь, окружен двумя соседними зубцами 1.The stator assembly of the present invention is as follows. Equipped with a winding 5 and grooves 4, the stator teeth 1 are arranged circumferentially inside the annular mandrel 16 alternately with the stator back segments 9 so that each of the teeth 1 is surrounded by two adjacent stator back segments 9, as shown in FIG. 6, and each segment 9 of the back of the stator, in turn, is surrounded by two adjacent teeth 1.

Зубцы 9 на своей стороне, обращенной к спинке статора имеют форму ласточкина хвоста 8, расширяющегося в направлении спинки статора с образованием наружной выемки 18 ласточкина хвоста 8, а обе оконечности сегментов спинки статора имеют сужающуюся форму с образованием сужающегося выступа 17 заостренной формы, комплементарного с выемкой 18 зубцов в области их сопряжения с сегментами спинки статора. При сборке на оправке указанные выступы 17 сегментов 9 спинки входят в выемки 18 зубцов статора с образованием между ними геометрического замыкания, так что предотвращается выпадение как каждого из зубцов 1, так и каждого из сегментов 9 спинки статора из оправки (см. фиг. 5).The teeth 9 on their side facing the back of the stator have the shape of a dovetail 8, expanding in the direction of the back of the stator with the formation of an external recess 18 of the dovetail 8, and both ends of the segments of the back of the stator have a tapering shape with the formation of a tapering protrusion 17 of a pointed shape complementary to the notch 18 teeth in the area of their conjugation with stator back segments. When assembling on the mandrel, these protrusions 17 of the back segments 9 enter the recesses 18 of the stator teeth with the formation of a geometric circuit between them, so that both of each of the teeth 1 and each of the stator back segments 9 are prevented from falling out of the mandrel (see Fig. 5) .

Следует заметить, что выполнение зубцов 1 статора в области их сопряжения в форме ласточкина хвоста 8, и выполнение сопрягаемых с ними сегментов 9 спинки статора в виде сужающихся выступов 17 является одним из возможных вариантов реализации геометрического замыкания указанных элементов статора между собой в процессе сборки статора. Очевидно, что геометрическое замыкание может быть также достигнуто при зеркальном выполнении области сопряжения зубцов 1 и сегментов 9 спинки статора, например как показано на фиг. 7, на которой зубцы 1 статора в своей области, обращенной к спинке статора, выполнены с двусторонними выступами 19, входящими при сборке статора в имеющие комплементарную форму выемки на оконечностях сегментов 9 спинки статора.It should be noted that the execution of the stator teeth 1 in the area of their mating in the form of a dovetail 8, and the execution of the stator back segments 9 mating with them in the form of tapering protrusions 17 is one of the possible options for the geometric closure of these stator elements to each other during the stator assembly. Obviously, geometric locking can also be achieved by mirroring the mating region of the teeth 1 and stator back segments 9, for example as shown in FIG. 7, on which the teeth of the stator 1 in their area facing the back of the stator are made with bilateral protrusions 19 included in the assembly of the stator into complementary recesses at the ends of the segments 9 of the stator back.

Как показано на увеличенном изображении области сопряжения сегментов 9 спинки и зубцов 1 статора на фиг. 2, между сегментами спинки статора и зубцами в процессе сборки предусмотрен технологический зазор L, составляющий величину около 0,1 мм. Наличие указанного зазора L обеспечивает беспрепятственную сборку сегментов 9 спинки и зубцов 1 статора на оправке.As shown in an enlarged image of the mating region of the back segments 9 and stator teeth 1 in FIG. 2, between the stator back segments and the teeth during assembly, a process gap L of about 0.1 mm is provided. The presence of the specified gap L ensures the smooth assembly of the segments 9 of the back and teeth 1 of the stator on the mandrel.

После размещения на оправке всех зубцов 1 и сегментов 9 спинки статора, как показано на фиг. 5, фиксация конструкции статора в единое целое осуществляется введением в пазы 4 зубцов клиньев 7 вдоль оси А-А зубцов, изображенных на фиг. 1. При этом за счет упругой деформации участков зубцов, расположенных по обеим сторонам от паза 4, т.е. вследствие перемещения половинок ласточкиных хвостов 8 в тангенциальном направлении спинки статора за счет расширения пазов 4 в результате их расклинивания при введении клиньев 7, происходит сжимание технологических зазоров L и тем самым фиксация статора с образованием жесткой конструкции по существу без стыковочных зазоров между зубцами 1 и сегментами спинки статора. Это также дает возможность довести до минимума зазоры в областях сопряжения элементов сердечника статора и обеспечить необходимую прочность и устойчивость статора к механическим воздействиям в процессе эксплуатации.After all the teeth 1 and segments 9 are placed on the mandrel, the stator backs, as shown in FIG. 5, the stator structure is fixed as a whole by introducing wedges 7 into the grooves 4 of the teeth 7 along the axis AA of the teeth shown in FIG. 1. Moreover, due to the elastic deformation of the tooth sections located on both sides of the groove 4, i.e. due to the movement of the halves of the swallow tails 8 in the tangential direction of the stator back due to the expansion of the grooves 4 as a result of their wedging when wedges 7 are inserted, the technological gaps L are compressed and thereby the stator is fixed with the formation of a rigid structure essentially without connecting gaps between teeth 1 and back segments stator. This also makes it possible to minimize the gaps in the areas of coupling of the stator core elements and provide the necessary strength and resistance of the stator to mechanical stress during operation.

Клинья 7, 12 зубцов выполнены преимущественно из материала с высокой теплопроводностью, что позволяет уменьшить тепловые напряжения, возникающие в области основания зубцов статора электрической машины.The wedges 7, 12 of the teeth are made mainly of a material with high thermal conductivity, which allows to reduce the thermal stresses arising in the base region of the teeth of the stator of the electric machine.

При этом клинья 7 могут вводиться в паз 4 как с торцевой стороны 2 зубцов, так и с боковой стороны 14 зубцов статора. При этом в первом случае они могут быть выполнены в виде металлической или полимерной пластины по существу прямоугольного сечения с заостренным нижним концом для облегчения их введения в паз 4 вдоль оси А-А зубца. Толщина указанной пластины выбирается немного большей ширины H паза 4 для обеспечения надежного геометрического замыкания торцевой оконечности 2 зубца с прилегающими к нему сегментами 9 спинки статора вследствие расклинивания торцевой стороны 2 зубца 1. При этом длина клина 7, т.е. его протяженность в направлении высоты сердечника 6 зубца 1, может быть как равной длине паза в направлении его протяженности, так и быть меньше указанной длины, при этом оправка 16 для сборки статора может проходить не на всю высоту сердечника статора.In this case, the wedges 7 can be inserted into the groove 4 both from the front side of the 2 teeth and from the side 14 of the stator teeth. Moreover, in the first case, they can be made in the form of a metal or polymer plate of essentially rectangular cross section with a pointed lower end to facilitate their introduction into the groove 4 along the axis AA of the tooth. The thickness of this plate is selected slightly larger than the width H of the groove 4 to ensure reliable geometric closure of the end tip 2 of the tooth with adjacent segments 9 of the stator back due to the wedging of the end side 2 of the tooth 1. In this case, the length of the wedge 7, i.e. its length in the direction of the height of the core 6 of the tooth 1 may be equal to the length of the groove in the direction of its length, or be less than the specified length, while the mandrel 16 for stator assembly may not extend to the entire height of the stator core.

В случае введения клиньев с боковой стороны зубцов, они могут быть выполнены в виде клина 12, выполненного из металлического или полимерного стержня или прутка по существу круглого сечения, диаметр которого немного превышает диаметр D выемки 13. При этом указанные клинья 12 могут вводиться при сборке статора как с одной, так и с обеих боковых сторон 14 зубца 1. В практическом варианте реализации для статоров, имеющих диаметр порядка нескольких дециметров, диаметр указанного прутка клина 12 может составлять величину в диапазоне от 1,5 мм до 5 мм.In the case of introducing wedges from the lateral side of the teeth, they can be made in the form of a wedge 12 made of a metal or polymer rod or a rod of essentially circular cross section, the diameter of which slightly exceeds the diameter D of the recess 13. Moreover, these wedges 12 can be introduced during assembly of the stator both on one and on both sides of tooth 14 of 1. In a practical embodiment, for stators having a diameter of the order of several decimeters, the diameter of said rod of wedge 12 may be in the range of 1.5 mm to 5 mm.

Клинья 7 выполнены преимущественно из композитного материала, у которого теплопроводность в два с половиной раза выше теплопроводности меди. Также принципиально возможно использование в качестве материала, выполняющего функцию клина, композитного материала, расширяющегося при отверждении. В этом случае указанный композитный материал при сборке статора подается под давлением в пазы зубцов с последующим его отверждением, в процессе которого происходит его расширение с обеспечением геометрического замыкания сегментов спинки и зубцов статора между собой.Wedges 7 are made primarily of composite material, in which the thermal conductivity is two and a half times higher than the thermal conductivity of copper. It is also fundamentally possible to use a composite material expanding upon curing as a wedge material. In this case, the specified composite material during assembly of the stator is supplied under pressure into the grooves of the teeth with its subsequent curing, during which it expands to ensure geometric closure of the back segments and stator teeth to each other.

После введения клиньев 7 в пазы 4 зубцов 1 оправка может быть удалена. На следующих этапах может быть осуществлено соединение обмоток отдельных зубцов 1 или групп зубцов 1 в соответствии с электрической схемой соединений электрической машины, а также заливание всей конструкции статора компаундом известным из уровня техники образом.After the introduction of the wedges 7 into the grooves 4 of the teeth 1, the mandrel can be removed. In the following steps, the windings of individual teeth 1 or groups of teeth 1 can be connected in accordance with the electrical connection diagram of the electric machine, as well as filling the entire stator structure with a compound in a manner known from the prior art.

Как сегменты спинки статора 9, так и зубцы 1 предпочтительно изготавливаются из анизотропной электротехнической стали, которая вдоль направления проката имеет улучшенные магнитные свойства. При этом как направление 10 линий магнитного потока в сегментах 9 спинки статора, так и направление 11 линий магнитного потока в сердечниках 6 зубцов 1 совпадают с направлением наилучших магнитных свойств анизотропного электротехнического сплава, из которого изготавливаются сегменты 9 спинки статора и зубцы 1. Таким образом, может быть уменьшена толщина W сегментов спинки статора и толщина Q сердечников 6 зубцов 1 при сохранении неизменных рабочих характеристик электрической машины. Вследствие этого, снижается масса ЭМ и увеличивается коэффициент заполнения меди в статоре что улучшает удельные характеристики ЭМ и повышает КПД. Более того, анизотропная сталь на порядок дешевле изотропной стали с идентичными магнитными показателями что снижает себестоимость ЭМ. В случае сохранения габаритов электрической машины указанные удельные характеристики электрической машины могут быть существенно улучшены.Both the segments of the back of the stator 9 and the teeth 1 are preferably made of anisotropic electrical steel, which along the rolling direction has improved magnetic properties. Moreover, both the direction of 10 lines of magnetic flux in the segments 9 of the stator back and the direction of 11 lines of magnetic flux in the cores of 6 teeth 1 coincide with the direction of the best magnetic properties of the anisotropic electrotechnical alloy from which the segments 9 of the stator back and teeth 1 are made. the thickness W of the stator back segments and the thickness Q of the cores 6 of the teeth 1 can be reduced while maintaining the constant performance of the electric machine. As a result, the mass of EM is reduced and the fill factor of copper in the stator increases, which improves the specific characteristics of EM and increases the efficiency. Moreover, anisotropic steel is an order of magnitude cheaper than isotropic steel with identical magnetic characteristics, which reduces the cost of EM. In the case of maintaining the dimensions of the electric machine, the specified specific characteristics of the electric machine can be significantly improved.

Сердечники 6 зубцов 1 и сегментов спинки статора 9 предпочтительно изготавливают известным способом посредством набора (пакетирования) из отдельных плоских пластин, вырубленных из листов электротехнической стали (см. фиг. 5), для уменьшения вихревых токов в сердечниках статора. Кроме того, согласно настоящему изобретению за счет выполнения спинки статора из отдельных сегментов обеспечивается возможность значительно увеличить коэффициент использования материала по сравнению с известными статорами.The cores 6 of the teeth 1 and the segments of the back of the stator 9 are preferably made in a known manner by means of a set (stacking) of individual flat plates cut from sheets of electrical steel (see Fig. 5) to reduce eddy currents in the stator cores. In addition, according to the present invention, by performing the stator backs of the individual segments, it is possible to significantly increase the utilization of the material in comparison with the known stators.

Таким образом, предлагаемое техническое решение сохраняет как все преимущества решений, использующих раздельное выполнение зубцов 1 статора, так и позволяет снизить массу электрической машины и ее себестоимость за счет применения анизотропной стали и повышения коэффициента использования материала при изготовлении спинки статора за счет существенного снижения количества отходов при вырубке стальных листов при изготовлении спинки статора из отдельных сегментов, а также повысить рабочие характеристики электрической машины, в частности, ее КПД при сохранении габаритов электрической машины.Thus, the proposed technical solution retains both all the advantages of solutions using separate stator teeth 1 and allows reducing the weight of the electric machine and its cost due to the use of anisotropic steel and increasing the utilization of the material in the manufacture of the stator back due to a significant reduction in the amount of waste during cutting down steel sheets in the manufacture of stator backs from individual segments, as well as improving the performance of an electric machine, in particular and its efficiency, while maintaining the dimensions of the electrical machine.

Произведенные при разработке изобретения расчеты показали, что по сравнению с известными электрическими машинами со сплошным магнитопроводом и несъемными зубцами статор по настоящему изобретению обеспечивает возможность уменьшения высоты сердечника статора больше чем в 1,5 раза при сохранении величины номинального момента.The calculations made during the development of the invention showed that, compared with the known electric machines with a solid magnetic circuit and fixed teeth, the stator of the present invention provides the possibility of reducing the height of the stator core by more than 1.5 times while maintaining the nominal torque value.

Перечень обозначенийNotation list

1 - Зубец1 - Prong

2 - Торцевая сторона зубца2 - The front side of the tooth

3 - Ротор3 - Rotor

4 - Паз зубца4 - tooth groove

5 - Обмотка5 - Winding

6 - Сердечник зубца6 - the core of the wave

7 - Клин7 - Wedge

8 - Ласточкин хвост зубца8 - Dovetail prong

9 - Сегмент спинки статора9 - Segment of the back of the stator

10 - Направление линий магнитного потока в сегментах спинки статора10 - Direction of magnetic flux lines in the stator back segments

11 - Направление линий магнитного потока в сердечниках зубцов11 - The direction of the lines of magnetic flux in the cores of the teeth

12 - Клин12 - Wedge

13 - Выемка13 - Notch

14 - Боковая сторона14 - Side

15 - Полюсная сторона15 - Pole side

16 - Оправка16 - Mandrel

17 - Выступ17 - Projection

18 - Выемка18 - Notch

19 - Выступ19 - Projection

20 - Выемка20 - Notch

W - Толщина сегментов спинки статораW - Stator Back Segment Thickness

Q - Толщина сердечников зубцовQ - Thickness of tooth cores

L - Технологический зазорL - Technological clearance

А-А - Ось зубцаAA - tooth axis

Claims (26)

1. Статор электрической машины, содержащий:1. The stator of an electric machine, comprising: множество зубцов статора с выполненной на них обмоткой,many stator teeth with a winding made on them, множество отдельных сегментов спинки статора, расположенных между зубцами статора,many individual segments of the stator back, located between the stator teeth, причем в каждом из зубцов статора на их торцевой стороне, обращенной в собранном состоянии статора к спинке статора, выполнены пазы, в которых помещены клинья с обеспечением геометрического замыкания зубцов с сегментами спинки статора,moreover, in each of the stator teeth on their end side facing the stator back in the assembled state of the stator, grooves are made in which wedges are placed to ensure the teeth are geometrically closed with segments of the stator back, причем указанные пазы зубцов выполнены в виде прорези, открытой со стороны торцевой и боковых поверхностей зубцов статора.moreover, these grooves of the teeth are made in the form of a slot open on the side of the end and side surfaces of the teeth of the stator. 2. Статор по п. 1, в котором сегменты спинки статора выполнены из анизотропной электротехнической стали, причем направление наилучших магнитных свойств стали совпадает с направлением линий магнитного потока в указанных сегментах спинки статора.2. The stator according to claim 1, wherein the stator back segments are made of anisotropic electrical steel, wherein the direction of the best magnetic properties of the steel coincides with the direction of the magnetic flux lines in said stator back segments. 3. Статор по п. 1, в котором обмотка на зубцах статора выполнена с использованием обмоточного провода с прямоугольным сечением.3. The stator according to claim 1, in which the winding on the stator teeth is made using a winding wire with a rectangular cross section. 4. Статор по п. 1, в котором участки зубцов статора, обращенные к спинке статора, выполнены в форме ласточкина хвоста, расширяющегося в направлении спинки статора.4. The stator according to claim 1, in which the sections of the stator teeth facing the back of the stator are made in the form of a dovetail, expanding in the direction of the back of the stator. 5. Статор по п. 1, в котором клинья имеют форму пластины, по существу, прямоугольного сечения и введены в паз с торцевой стороны зубцов.5. The stator according to claim 1, in which the wedges are in the form of a plate of substantially rectangular cross section and are inserted into the groove from the front side of the teeth. 6. Статор по п. 1, в котором клинья выполнены в виде прутка и введены в пазы зубцов с боковой стороны зубцов.6. The stator according to claim 1, in which the wedges are made in the form of a rod and inserted into the grooves of the teeth from the side of the teeth. 7. Статор по любому из пп. 1-6, в котором клинья зубцов выполнены из материала с высокой теплопроводностью.7. The stator according to any one of paragraphs. 1-6, in which the wedges of the teeth are made of a material with high thermal conductivity. 8. Способ сборки статора электрической машины, согласно которому:8. The method of assembly of the stator of an electric machine, according to which: обеспечивают оправку,provide a mandrel обеспечивают множество зубцов статора с выполненной на них обмоткой,provide many stator teeth with a winding made on them, обеспечивают множество отдельных сегментов спинки статора,provide many individual segments of the stator back, выполняют по меньшей мере один паз на торцевой стороне каждого из зубцов, обращенной в собранном состоянии статора к спинке статора,perform at least one groove on the end side of each of the teeth facing in the assembled state of the stator to the back of the stator, причем указанные пазы зубцов выполняют в виде прорези, открытой со стороны торцевой и боковых поверхностей зубцов статора,moreover, these grooves of the teeth are made in the form of a slot open from the end and side surfaces of the teeth of the stator, располагают зубцы статора вдоль оправки между сегментами спинки статора иposition the stator teeth along the mandrel between the segments of the back of the stator and вводят в пазы зубцов статора клинья с обеспечением геометрического замыкания между зубцами и сегментами спинки статора,wedges are inserted into the grooves of the stator teeth to ensure a geometric circuit between the teeth and the stator back segments, соединяют обмотки зубцов в соответствии со схемой укладки обмотки электрической машины.they connect the windings of the teeth in accordance with the layout of the windings of the electric machine. 9. Способ по п. 8, в котором сегменты спинки статора изготавливают из анизотропной электротехнической стали, причем направление наилучших магнитных свойств указанной стали совпадает с направлением линий магнитного потока в указанных сегментах спинки статора.9. The method according to claim 8, in which the stator back segments are made of anisotropic electrical steel, wherein the direction of the best magnetic properties of said steel coincides with the direction of the magnetic flux lines in said stator back segments. 10. Способ по п. 8, в котором участки зубцов, обращенные к спинке статора, выполняют в форме ласточкина хвоста, расширяющегося в направлении спинки статора.10. The method according to p. 8, in which the sections of the teeth facing the back of the stator are in the form of a dovetail, expanding in the direction of the back of the stator. 11. Способ по п. 8, в котором обмотку на зубцах статора выполняют с использованием обмоточного провода с прямоугольным сечением.11. The method according to p. 8, in which the winding on the teeth of the stator is performed using a winding wire with a rectangular cross section. 12. Способ по п. 8, в котором клинья зубцов выполняют в форме пластины, по существу, прямоугольного сечения и вводят в пазы зубцов с торцевой стороны зубцов.12. The method according to p. 8, in which the wedges of the teeth are made in the form of a plate of essentially rectangular cross-section and introduced into the grooves of the teeth from the front side of the teeth. 13. Способ по п. 8, в котором клинья выполняют в форме прутка и вводят в пазы зубцов с боковой стороны зубцов.13. The method according to p. 8, in which the wedges are in the form of a rod and inserted into the grooves of the teeth from the side of the teeth. 14. Способ по любому из пп. 8-13, в котором клинья выполняют из материала с высокой теплопроводностью.14. The method according to any one of paragraphs. 8-13, in which the wedges are made of a material with high thermal conductivity.
RU2018104576A 2018-02-06 2018-02-06 Electric machine stator and method for assembly thereof RU2682895C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018104576A RU2682895C1 (en) 2018-02-06 2018-02-06 Electric machine stator and method for assembly thereof
PCT/RU2019/050013 WO2019156600A1 (en) 2018-02-06 2019-02-06 Stator for an electric machine and method of assembly thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018104576A RU2682895C1 (en) 2018-02-06 2018-02-06 Electric machine stator and method for assembly thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2682895C1 true RU2682895C1 (en) 2019-03-22

Family

ID=65858617

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018104576A RU2682895C1 (en) 2018-02-06 2018-02-06 Electric machine stator and method for assembly thereof

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2682895C1 (en)
WO (1) WO2019156600A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN216981644U (en) 2021-08-25 2022-07-15 米沃奇电动工具公司 Electric motor and electric tool including the same
FR3127654A1 (en) * 2021-09-30 2023-03-31 Valeo Systèmes D’Essuyage Stator body for electric motor, stator, electric motor and related manufacturing method

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU486422A1 (en) * 1972-07-25 1975-09-30 Предприятие П/Я А-7617 Pole of the stator of an electric machine of direct current
SU609180A1 (en) * 1976-07-21 1978-05-30 Makagon Vyacheslav A Device for mounting winding in electric machine laminated magnetic core slots
SU997187A1 (en) * 1971-11-17 1983-02-15 Феб Комбинат Электромашиненбау (Инопредприятие) Electric machine magnetic core manufacturing method
SU1008850A1 (en) * 1981-09-07 1983-03-30 Всесоюзный Научно-Исследовательский Проектно-Конструкторский Институт Технологии Электрических Машин Малой Мощности Stator of electric machine and method of manufacturing the same
SU1089712A1 (en) * 1982-04-19 1984-04-30 Харьковский авиационный институт им.Н.Е.Жуковского Transpiration-cooled electric machine
SU1130949A1 (en) * 1983-06-09 1984-12-23 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Электромашиностроения Stator for electric machine
GB2224399A (en) * 1988-10-26 1990-05-02 Nelco Holdings A stator assembly having yoke segments interconnected by pole pieces
US7845065B2 (en) * 2007-11-07 2010-12-07 Gm Global Technology Operations, Inc. Method of making a rotating electric machine stator core
RU2440658C2 (en) * 2006-10-04 2012-01-20 Конвертим Лимитед Stator of rotary electric machine and electric machine with this stator
US20120043848A1 (en) * 2010-08-19 2012-02-23 L.H. Carbide Corporation Continuously formed annular laminated article and method for its manufacture
RU2627228C2 (en) * 2012-11-15 2017-08-04 Транчери Эмильяне С.П.А. Way and equipment for the electrical machine cores production

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU997187A1 (en) * 1971-11-17 1983-02-15 Феб Комбинат Электромашиненбау (Инопредприятие) Electric machine magnetic core manufacturing method
SU486422A1 (en) * 1972-07-25 1975-09-30 Предприятие П/Я А-7617 Pole of the stator of an electric machine of direct current
SU609180A1 (en) * 1976-07-21 1978-05-30 Makagon Vyacheslav A Device for mounting winding in electric machine laminated magnetic core slots
SU1008850A1 (en) * 1981-09-07 1983-03-30 Всесоюзный Научно-Исследовательский Проектно-Конструкторский Институт Технологии Электрических Машин Малой Мощности Stator of electric machine and method of manufacturing the same
SU1089712A1 (en) * 1982-04-19 1984-04-30 Харьковский авиационный институт им.Н.Е.Жуковского Transpiration-cooled electric machine
SU1130949A1 (en) * 1983-06-09 1984-12-23 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Электромашиностроения Stator for electric machine
GB2224399A (en) * 1988-10-26 1990-05-02 Nelco Holdings A stator assembly having yoke segments interconnected by pole pieces
RU2440658C2 (en) * 2006-10-04 2012-01-20 Конвертим Лимитед Stator of rotary electric machine and electric machine with this stator
US7845065B2 (en) * 2007-11-07 2010-12-07 Gm Global Technology Operations, Inc. Method of making a rotating electric machine stator core
US20120043848A1 (en) * 2010-08-19 2012-02-23 L.H. Carbide Corporation Continuously formed annular laminated article and method for its manufacture
RU2627228C2 (en) * 2012-11-15 2017-08-04 Транчери Эмильяне С.П.А. Way and equipment for the electrical machine cores production

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019156600A1 (en) 2019-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6960862B2 (en) Electric machine with soft magnetic teeth
US8294322B2 (en) Rotating electrical machine
US9287742B2 (en) Spoke permanent magnet machine with reduced torque ripple and method of manufacturing thereof
US4425521A (en) Magnetic slot wedge with low average permeability and high mechanical strength
EP1575146B1 (en) Soft Magnetic composite powder metal cores
US11088601B2 (en) Method for producing armature, method for producing dynamo-electric machine, armature, dynamo-electric machine, and device for producing armature
US20030168926A1 (en) Electrical machine construction using axially inserted teeth in a stator ring or armature
KR20210023834A (en) Stator for rotating electric machines
US10658888B2 (en) Rotary electric machine including an inner core formed of steel sheets with connected and non-connected tooth portions and manufacturing method therefor
CN112106278A (en) Cage for a wound rotor of a synchronous machine
RU2644570C2 (en) Active part of electric machine, radial magnetic bearing and method of manufacture of radial magnetic bearing
US20020093269A1 (en) Slot area undercut for segmented stators
JP2018068090A (en) Synchronous reluctance type rotary electric machine
CN112219340B (en) Stator for rotating electrical machine
US20210218294A1 (en) Stator for a rotating electrical machine
RU2682895C1 (en) Electric machine stator and method for assembly thereof
CN104467303A (en) Structure of measuring iron loss of motor stator core
US3590301A (en) Rotor for dynamoelectric machine
JP2006042500A (en) Rotary electric machine
US20180145549A1 (en) Rotary electric machine and manufacturing method for rotary electric machine
CN110892609A (en) Stator assembly with heat recovery for an electric machine
US20240195234A1 (en) Stator for a rotating electrical machine
JP5497515B2 (en) Manufacturing method of rotating electrical machine
WO2017038570A1 (en) Method for manufacturing armature, and armature
US11223246B2 (en) Stator