RU2699043C1

RU2699043C1 - Электродвигатель

Info

Publication number: RU2699043C1
Application number: RU2018123541A
Authority: RU
Inventors: Саймон ЛОК; Найджел ДАЙМОНД; Эндрю БАРНС
Original assignee: Дайсон Текнолоджи Лимитед
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2019-09-03
Also published as: AU2016366624B2; JP6832972B2; WO2017098201A1; AU2016366624A1; US11183895B2; CN106972654A; JP6505658B2; EP3387739A1; JP2019097388A; US20170170697A1; GB201521890D0; KR102090641B1; CN106972654B; GB2545268A; GB2545268B; KR20180073703A; JP2017123771A; CN206272359U

Abstract

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкции узла статора для электродвигателя. Технический результат – повышение эффективности и улучшение рабочих характеристик электродвигателя. Электродвигатель содержит корпус и узел статора. При этом узел статора содержит катушечный узел и по меньшей мере один С-образный сердечник статора. Корпус содержит по меньшей мере один выступ, а катушечный узел содержит по меньшей мере одну полость. При этом узел статора прикреплен к корпусу путем фиксации выступа в полости катушечного узла. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к электродвигателю.

Уровень техники

Как правило, электродвигатели содержат узел ротора, узел статора и корпус, объединяющий эти компоненты. Узел статора обычно крепится к корпусу с помощью ферромагнитного сердечника статора. Это позволяет очень точно, с жестким допуском, контролировать положение сердечника статора относительно других компонентов электродвигателя, таких как узел ротора. Однако использование сердечников статора в качестве элементов конструкции и для контроля относительного положения компонентов требует, чтобы сердечники статора были очень прочными и были выполнены с жестким допуском. Это может приводить к тому, что сердечники статора получаются крупногабаритными, тяжелыми, и их производство требует больших затрат. Кроме того, требование, заключающееся в том, что такие сердечники статора должны содержать установочные элементы, например сквозные отверстия и/или вырезанные области, может приводить к возникновению так называемых "точек защемления", в которых могут возникать высокие уровни магнитного насыщения при работе электродвигателя. Это может приводить к снижению эффективности и ухудшению рабочих характеристик электродвигателя.

Таким образом, требуется усовершенствованный электродвигатель, в котором были бы устранены указанные выше проблемы.

Раскрытие сущности изобретения

Настоящим изобретением предлагается электродвигатель, содержащий корпус; и узел статора; причем узел статора содержит катушечный узел и по меньшей мере один С-образный сердечник статора. Корпус содержит по меньшей мере один выступ, катушечный узел содержит по меньшей мере одну полость, при этом узел статора прикреплен к корпусу путем фиксации выступа в полости катушечного узла.

Благодаря этому, функция крепления узла статора к корпусу выполняется не С-образными сердечниками статора, а катушечным узлом. Соответственно, сердечник статора может быть сделан меньше, легче и дешевле, что, в свою очередь, обеспечивает меньшие габариты, вес и стоимость всего электродвигателя в целом. Кроме того, С-образные сердечники статора не требуют каких-либо дополнительных установочных элементов, таких как сквозные отверстия или вырезы, благодаря чему обеспечивается большее разнообразие возможных конструктивных решений в конструкции сердечников статора, что позволяет уменьшить магнитное насыщение при работе электродвигателя и, следовательно, повысить его эффективность и рабочие характеристики.

Узел статора может быть прикреплен к корпусу только катушечным узлом. Это позволяет упростить и удешевить производственный процесс, а также помогает снизить стоимость отдельных компонентов электродвигателя и их сборки.

Выступ может фиксироваться внутри полости катушечного узла посредством посадки с натягом, с помощью адгезива, или комбинацией двух указанных способов.

Катушечный узел может содержать две катушечные части. Это упрощает операции намотки обмотки на катушку, поскольку при этом наматывание проволоки производится на каждую катушечную часть по отдельности до того, как эти катушечные части будут соединены для образования катушечного узла в ходе сборки электродвигателя.

Корпус может содержать два выступа, а каждая катушечная часть может содержать полость. Соответственно, обе катушечные части катушечного узла прикреплены к корпусу, таким образом, что общее соединение катушечного узла с корпусом является более прочным, и ни одна катушечная часть не имеет более слабое соединение с корпусом, чем другая.

Полость в катушечном узле может быть расположена рядом с зазором между полюсами статора по меньшей мере одного С-образного сердечника статора. Соответственно, пространство внутри узла статора, которое, в противном случае, было бы пустым, эффективно используется, в результате чего уменьшаются общие габариты узла статора и всего электродвигателя в целом.

Катушечный узел может содержать центральную часть и несколько полых катушечных выступающих частей, отходящих от центральной части, при этом центральная часть может содержать полость. Обмотки могут быть намотаны на полые катушечные выступающие части, причем полюсные лапы С-образного сердечника статора могут проходить сквозь указанные полые катушечные выступающие части. Это дополнительно повышает эффективность использования располагаемого пространства внутри узла статора.

Корпус может содержать внутреннюю стенку, от края которой в осевом направлении вниз по потоку может отходить выступ. Таким образом, узел статора может крепиться в осевом направлении к краю внутренней стенки, что помогает обеспечить минимальный радиальный размер электродвигателя.

Кроме того, электродвигатель может содержать узел ротора, причем узел ротора может крепиться к внутренней стенке. В результате, как узел статора, так и узел ротора крепятся к внутренней стенке, что помогает располагать их близко друг к другу и контролировать их относительное положение при сборке, обеспечивая возможность сборки с жесткими допусками.

Узел ротора может содержать крыльчатку, расположенную вверху по потоку от внутренней стенки. В результате, воздушный поток, создаваемый данной крыльчаткой при работе электродвигателя, проходит в направлении вниз по потоку, мимо узла статора, обеспечивая охлаждение обмоток.

Краткое описание чертежей

С целью обеспечения более четкого понимания сущности настоящего изобретения ниже приводится подробное описание возможных вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 показано перспективное изображение электродвигателя в разобранном виде;

на фиг. 2 – узел статора электродвигателя, показанного на фиг. 1;

на фиг. 3 – катушечная часть узла статора, показанного на фиг. 2;

на фиг. 4 – вид в разрезе корпуса электродвигателя, показанного на фиг. 1;

на фиг. 5 – вид в разрезе собранных вместе узла статора и узла ротора; и

на фиг. 6 – вид в разрезе показанного на фиг. 1 собранного электродвигателя.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 приведено перспективное изображение электродвигателя 40 в разобранном виде. Электродвигатель 40 содержит узел 10 статора, корпус 50 и узел 60 ротора. Корпус 50 содержит внутреннюю стенку 51 и наружную стенку 52. Наружная стенка 52 проходит вокруг внутренней стенки 51 таким образом, что между ними образуется кольцевой канал 54. По кольцевому каналу 54 между внутренней стенкой 51 и наружной стенкой 52 проходит несколько диффузорных лопаток 53. Узел 60 ротора содержит вал 61, магнит 62, блок 63 подшипников и крыльчатку 64. В собранном виде магнит 62, блок 63 подшипников и крыльчатка 64 закреплены непосредственно на валу 61 посредством посадки с натягом, или с помощью адгезива, или комбинацией указанных способов. Магнит 62 представляет собой постоянный магнит со связками типа, используемого обычно в бесщеточных электродвигателях с постоянными магнитами, при этом в рассматриваемом примере магнит 62 является четырехполюсным постоянным магнитом.

В качестве опоры для узла 60 ротора в корпусе 50 служит внутренняя стенка 51. Блок 63 подшипников устанавливается в канале, образуемом внутренней стенкой 51, таким образом, что внутренняя стенка 51 корпуса 50 выполняет функцию защитной муфты, расположенной вокруг блока 63 подшипников. Это устраняет необходимость использования специальной защитной муфты для блока 63 подшипников и помогает уменьшить габариты и снизить вес электродвигателя 40. Когда электродвигатель 40 полностью собран, магнит 62 выходит за границу внутренней стенки 51 корпуса 50, таким образом, что он располагается полностью внутри узла 10 статора между С-образными сердечниками 20.

С целью обеспечения ясности, необходимо отметить, что используемый в настоящем описании термин "осевой" служит для обозначения направления вдоль оси вращения электродвигателя 40, обозначенной буквами A-A на фиг. 1. Кроме того, используемые термины "вверх по потоку" и "вниз по потоку" относятся к направлению прохождения потока воздуха через электродвигатель во время его работы, при этом данные направления показаны двусторонней стрелкой на фиг. 1.

На фиг. 2 показан узел 10 статора. Узел 10 статора содержит два сердечника 20 С-образной формы и катушечный узел 12. Каждый С-образный сердечник 20 (называемый также П-образным сердечником) содержит спинку 22 и две полюсные лапы 24, отходящие от спинки 22. На конце каждой полюсной лапы 24 расположена полюсная поверхность 26. На внешней стороне каждой полюсной лапы 24 за полюсной поверхностью 26 выполнена канавка 28, проходящая по всей длине полюсной лапы 24 в осевом направлении. Канавка 28 является объемом, в котором может собираться адгезив, обеспечивая, таким образом, создание прочного клеевого соединения между С-образным сердечником 20 и катушечным узлом 12. Следует иметь в виду, что поскольку на конце полюсных лап 24 имеется полюсная поверхность 26, существует возможность того, что полюсные лапы 24 будут изгибаться под действием изменяющихся сил магнитного поля, когда вращающийся магнит при вращении проходит рядом с С-образным сердечником 20. Любое перемещение полюсной поверхности относительно магнита может отрицательно влиять на рабочие характеристики электродвигателя. Таким образом, благодаря созданию канавки 28 рядом с полюсной поверхностью 26, любое смещение полюсной поверхности 26 сводится к минимуму. Используемый выше термин "рядом" означает, что канавка 28 и полюсная поверхность 26 расположены достаточно близко друг к другу, так что вышеуказанное клеевое соединение сводит к минимуму любое перемещение полюсной поверхности 26, когда магнит ротора вращается вблизи С-образного сердечника 20.

В качестве альтернативы, полюсные лапы 24 могут не содержать никаких канавок. В таком случае адгезив может наноситься на значительную часть внешней стороны каждой полюсной лапы, чтобы обеспечивалась большая площадь клеевого соединения между полюсной лапой и катушечным узлом. Это обеспечивает прочное клеевое соединение, которое также является достаточно эффективным и сводит к минимуму любое возможное перемещение полюсной поверхности 26 при вращении магнита ротора.

На каждом С-образном сердечнике 20 полюсная поверхность 26 на конце одной полюсной лапы 24 отличается от полюсной поверхности на конце другой полюсной лапы данного С-образного сердечника 20. Причиной такого асимметричного выполнения полюсных поверхностей 26 является стремление обеспечить максимально возможное выступание вперед. Увеличенное выступание вперед обеспечивает остановку ротора в определенном положении относительно сердечников статора, когда он не вращается, что облегчает запуск электродвигателя в определенном направлении. Если бы обе полюсные поверхности 26 С-образного сердечника 20 были выполнены одинаковыми, было бы трудно заставить ротор вращаться в нужном направлении при запуске электродвигателя.

Катушечный узел 12 содержит две катушечные части 14. Более подробно одна катушечная часть 14 изображена на фиг. 3. Каждая катушечная часть 14 содержит две полые катушечные выступающие части 16, отходящие наружу от центральной части катушечной части, причем каждая полая катушечная выступающая часть содержит расположенный на конце фланец 34. Катушечные выступающие части 16 образуют пазы 17, в которые могут быть вставлены полюсные лапы 24 С-образных сердечников 20. Обмотки (не показаны) для индуцирования магнитного поля в С-образных сердечниках 20 могут быть намотаны на катушечные выступающие части 16, причем фланец 34 служит для удержания обмоток на катушечных выступающих частях 16. Пазы 17 в катушечных выступающих частях 16 позволяют полюсным лапам 24 С-образных сердечников 20 входить внутрь катушечного узла 12 так, что обмотка при этом располагается вокруг каждой полюсной лапы 24. На фиг. 2 показано, как производится сборка узла 10 статора путем вставки С-образных сердечников 20 в катушечную часть 14, как показано стрелками S, когда обе катушечные части 14 примыкают друг к другу. С-образные сердечники 20 устроены таким образом, что каждый С-образный сердечник 20 соединяет мостом друг с другом обе катушечные части 14; при этом одна полюсная лапа 24 входит в паз первой катушечной части, а другая полюсная лапа 24 входит в паз второй катушечной части.

Располагаясь в виде моста между двумя катушечными частями 14, С-образные сердечники 20 надежно соединяют две катушечные части 14. Одна из причин, почему в конструкции предусмотрены две отдельные катушечные части 14, заключается в том, что на разделенные катушечные части 14 проще наматывать обмотку. Как показано на прилагаемых чертежах, фланцы 34 упираются друг в друга, когда две катушечные части 14 расположены рядом, так что между ними нет зазора. Процесс намотки обмоток на катушечные выступающие части 16 без разделения катушечного узла 12 на две части был бы сложным и дорогим, поскольку в этом случае проволоку обмотки нужно было бы протягивать через зазор между катушечными выступающими частями 16.

Каждая катушечная часть 14 содержит полуцилиндрическую полость 15 в центральной части катушечной части, и когда две катушечные части 14 соединены вместе, каждая из полуцилиндрических полостей 15 образует часть цилиндрического канала 18 в центре катушечного узла 12. Полуцилиндрическая полость 15 каждой катушечной части 14 содержит два окна 32, которые представляют собой окончание пазов 17 каждой катушечной выступающей части 16 внутри катушечного узла 12. Когда узел 10 статора полностью собран, полюсные поверхности 26 С-образных сердечников 20 располагаются в окнах 32 и образуют часть стенки канала 18.

Катушечный узел 12 содержит также фиксирующие полости 19, обеспечивающие возможность крепления узла 10 статора к электродвигателю. Эти фиксирующие полости расположены в центральной области катушечного узла 12, образованной центральными частями каждой катушечной части 14. Каждая катушечная часть 14 содержит одну фиксирующую полость 19.

Вид в разрезе корпуса 50 показан на фиг. 4. Внутренняя стенка 51 является цилиндрической и содержит канал 55. Внутренняя стенка 51 выполняет функцию опоры для узла 60 ротора, располагающегося внутри канала 55, когда электродвигатель 40 собран. Кроме того, внутренняя стенка 51 содержит выступ 56, отходящий от одного края внутренней стенки 51 в осевом направлении. В частности, выступ 56 проходит в осевом направлении вниз по потоку. Выступ 56 служит в качестве монтажной опоры, на которую можно легко установить узел 10 статора с целью его крепления к корпусу 50. На фиг. 4 изображен лишь один выступ 56, однако в конструкции может быть предусмотрено и несколько выступов 56, в зависимости от количества фиксирующих полостей 19, имеющихся на узле 10 статора, и других требований, предъявляемых со стороны электродвигателя. Выступы 56 расположены таким образом, что они могут входить в фиксирующие полости 19 катушечного узла 12. Размеры выступов 56 и фиксирующих полостей 19 могут быть выбраны взаимно соответствующими, чтобы выступы могли плотно входить в полости, образуя посадку с натягом. В качестве альтетрантивы, полости 19 могут быть достаточно большими, чтобы в них могли поместиться выступы 56, а также определенный объем адгезива. В этом случае, при сборке электродвигателя 40, адгезив может наноситься на внутреннюю поверхность полостей, или на внешнюю поверхность выступов, или на обе вышеуказанные поверхности перед соединением узла 10 статора с корпусом 50 в процессе сборки.

Используемый в настоящем описании термин "выступ" никоим образом не ограничивает форму или размеры вышеупомянутого элемента. Наоборот, под термином "выступ" одного компонента подразумевается любой выступающий элемент, который может быть вставлен в полость другого компонента, которые необходимо соединить друг с другом.

Полости 19 в катушечном узле 12 позволяют прикрепить узел 10 статора к корпусу 50 электродвигателя 40 самим катушечным узлом 12, вместо того, чтобы использовать С-образные сердечники 20 для крепления. Соответственно, С-образные сердечники 20 не требуется выполнять крупногабаритными, поскольку они не выполняют функцию крепления конструкции. Это помогает снизить стоимость и уменьшить вес узла статора и, следовательно, всего электродвигателя в целом. Кроме того, в С-образных сердечниках не требуется выполнять какие-либо сквозные отверстия или вырезы для установки, и, следовательно, этим устраняется возможность возникновения проблем с магнитным насыщением, связанных с вышеупомянутыми отверстиями и вырезами.

На фиг. 5 приведен вид в разрезе собранных вместе узла 10 статора и узла 60 ротора. Центральная часть каждой катушечной части 14 содержит фиксирующую полость 19. Одна из катушечных частей 14 содержит катушечные выступающие части 16A и 16D, а другая катушечная часть 14 содержит катушечные выступающие части 16B и 16C. Обмотки 70A-D намотаны на каждую катушечную выступающую часть 16A-D и удерживаются на месте фланцами 34A-D соответственно. В конструкции предусмотрены два С-образных сердечника 20; первый С-образный сердечник содержит полюсные лапы 24A и 24B, а второй С-образный сердечник содержит полюсные лапы 24C и 24D. На концах каждой из полюсных лап 24A-D имеются полюсные поверхности 26A-D соответственно. С-образные сердечники 20 расположены таким образом, что полюсные лапы 24A-D входят в пазы полых катушечных выступающих частей 16A-D, так что каждый С-образный сердечник 20 соединяет две катушечные части 14. Например, как показано на фиг. 5, полюсная лапа 24A одного из С-образных сердечников входит в паз катушечной выступающей части 16A одной из катушечных частей, а полюсная лапа 24B этого же самого С-образного сердечника входит в паз катушечной выступающей части 16B другой катушечной части. То же самое относится к другому из двух имеющихся С-образных сердечников: полюсная лапа 24C входит в паз катушечной выступающей части 16C одной катушечной части, в то время как полюсная лапа 24D входит в паз катушечной выступающей части 16D другой катушечной части.

Соответственно, при расположенных таким образом С-образных сердечниках, обмотки 70A-D располагаются вокруг каждой из полюсных лап 24A-D соответственно, и при прохождении тока по обмоткам 70A-D в С-образных сердечниках 20 и на полюсных поверхностях 26A-D индуцируется магнитное поле.

Вал 61 и магнит 62 узла 60 ротора расположены внутри узла 10 статора между С-образными сердечниками 20 и в цилиндрическом канале, образованном двумя полуцилиндрическими полостями катушечных частей 14. Магнит 62 имеет четыре полюса (не показаны), которые при работе электродвигателя 40 за счет магнитного поля взаимодействуют с четырьмя полюсными поверхностями 26A-D.

Поскольку полость 19 расположена в центральной части каждой катушечной части 14, она расположена рядом с зазором 27, который представляет собой зазор между полюсами. Это обеспечивает эффективное использование имеющегося пространства внутри узла статора. Пространство внутри катушечного узла 12 вокруг полюсных лап 24 С-образных сердечников 20 будет занято обмотками. Однако пространство вокруг зазора 27, как правило, остается свободным. Использование этого пространства для размещения полостей 19 позволяет уменьшить габариты узла статора, поскольку не требуется размещать никаких установочных элементов на его внешней стороне. Это позволяет также уменьшить ограничение воздушного потока вокруг внешней поверхности узла статора.

На фиг. 6 приведен вид в разрезе собранного электродвигателя 40. Разрез взят по плоскости, проходящей через электродвигатель по зазорам 27, поэтому на разрезе не виден ни один из С-образных сердечников. Однако плоскость разреза проходит непосредственно через центральную часть каждой катушечной части 14, и поэтому в разрезе видны выступы 56 корпуса 50, зафиксированные внутри полостей 19 катушечного узла 12. На чертеже видно, что вокруг выступов 56 в полостях 19 имеется пространство, которое заполнено адгезивом (не показан), служащим для соединения двух указанных элементов друг с другом.

Узел 10 статора прикреплен к расположенному внизу по потоку краю внутренней стенки 51, а крыльчатка 64 закреплена на валу 61 на расположенном вверху по потоку крае внутренней стенки 51. Таким образом, создаваемый крыльчаткой воздушный поток проходит по корпусу 50 и проходит вокруг узла 10 статора. Таким образом, данный воздушный поток помогает охлаждать обмотки электродвигателя 40 во время его работы.

Магнит 62 закреплен на валу 61 и расположен внутри канала 18 узла статора 12 таким образом, что его продольная ось совпадает с продольной осью С-образных сердечников (не показаны). Блок 63 подшипников содержит пару подшипников 72a, 72b и пружину 73, разделяющую указанные подшипники 72a, 72b. Пружина 73 служит для создания предварительной нагрузки на наружные кольца каждого из подшипников 72a, 72b с целью уменьшения износа данных подшипников во время использования. Между пружиной 73 и каждым из подшипников 72a, 72b, кроме того, могут быть установлены шайбы.

Несмотря на то, что в настоящем описании были рассмотрены конкретные варианты осуществления изобретения, разумеется, возможны также их различные модификации и изменения, при условии, что они не будут выходить за границы объема изобретения, определяемые приведенной ниже формулой изобретения.

Claims

1. Электродвигатель, содержащий:

корпус; и

узел статора;

причем узел статора содержит катушечный узел и по меньшей мере один С-образный сердечник статора,

при этом корпус содержит по меньшей мере один выступ, а катушечный узел содержит по меньшей мере одну полость, причем узел статора прикреплен к корпусу путем фиксации выступа в полости катушечного узла.

2. Электродвигатель по п. 1, в котором узел статора прикреплен к корпусу только на катушечном узле.

3. Электродвигатель по п. 1 или 2, в котором выступ зафиксирован внутри полости катушечного узла посредством посадки с натягом, адгезива или их комбинации.

4. Электродвигатель по любому из пп. 1-3, в котором катушечный узел содержит две катушечные части.

5. Электродвигатель по п. 4, в котором корпус содержит два выступа, при этом каждая катушечная часть содержит полость.

6. Электродвигатель по любому из пп. 1-5, в котором полость катушечного узла расположена по существу рядом с зазором между полюсами статора по меньшей мере одного С-образного сердечника статора.

7. Электродвигатель по любому из пп. 1-6, в котором катушечный узел содержит центральную часть и множество полых катушечных выступающий частей, отходящих от центральной части, при этом центральная часть содержит полость.

8. Электродвигатель по п. 7, в котором обмотки намотаны на полые катушечные выступающие части, при этом полюсные лапы С-образного сердечника статора проходят сквозь указанные полые катушечные выступающие части.

9. Электродвигатель по любому из пп. 1-8, в котором корпус содержит внутреннюю стенку, при этом выступ проходит в осевом направлении вниз по потоку от края внутренней стенки.

10. Электродвигатель по п. 9, который дополнительно содержит узел ротора, причем указанный узел ротора прикреплен к внутренней стенке.

11. Электродвигатель по п. 10, в котором узел ротора содержит крыльчатку, расположенную вверху по потоку от внутренней стенки.