SU1775803A1

SU1775803A1 - Способ изготовления статора электрической машины

Info

Publication number: SU1775803A1
Application number: SU894709490A
Authority: SU
Inventors: Igor P Kopylov; Nikolaj I Suvorov; Aleksandr M Olejnikov; Aleksandr I Yakovlev; Mikhail M Yakovlev
Original assignee: Kh Aviatsionnyj Institut
Priority date: 1989-04-11
Filing date: 1989-04-11
Publication date: 1992-11-15

Description

Изобретение относится к электротехнике, конкретно - к технологии безотходного изготовления обмоток и магнитопровода статора электромашины переменного тока из ферромагнитной проволоки.

Известен способ изготовления статора электромашины, согласно которому ярмо и зубцовую зону магнитопровода статора выполняют из витой и ферромагнитной проволоки, причем он включает намотку ярма ортогонально по отношению к катушкам и непосредственно на них, а катушки изготавливают из ферромагнитного провода на специальных шаблонах.

Такой способ и устройство для изготовления статора позволяет автоматизировать процесс изготовления статора, однако техническое решение не обеспечивает необходимой прочности конструкции статора, в котором не могут быть реализованы возможности улучшения магнитных свойств, так как такой магнитопровод имеет малый коэффициент заполнения активного зубцового слоя из-за значительного распределенного воздушного зазора в этом слое, особенно в зоне соединения зубцовой зоны с ярмом, что требует увеличенного количества ампервитков и снижает КПД машины. Кроме этого, в таком техническом решении отсутствует возможность увеличения использования активного объема и материала. особенно за счет совмещения функций обмоток и магнитопровода. При этом осложнено изготовление катушек с высоким коэффициентом заполнения.

Известен способ изготовления катушек электрических машин [2], включающий намотку провода на шаблон, снятие намотан

1775803А1 ной заготовки с шаблона и наложение изоляционной гильзы с последующей опрессовкой круглых и прямоугольных медных проводов, которые затем укладывают в пазы магнитопровода статора. Вместе с тем, 5 при изготовлении совмещенных с пазами магнитопровода катушек электрических машин из ферромагнитных проводов применение этого способа и устройства ограничено тем, что трудно добиться высо- 10 кой производительности изготовления катушек при одновременном сохранении параллельной укладки проводов. Наруше ние же параллельности укладки приводит к заметному ухудшению коэффициента заполнения активного объема машины, сни- 15 жению КПД и cos <р. При этом из-за необходимости монтажа катушек в пазы увеличивается трудоемкость изготовления.

Цель изобретения - изготовление статоров из ферромагнитной проволоки с оптимальными электромагнитными 20 характеристиками.

Поставленная цель достигается тем, что катушечные группы наматывают с равномерным натяжением 3-5 кг, а опрессовывают и изолируют катушки с удельным 25 давлением 40-50 кг/см.

Сопоставительный анализ показал, что предлагаемый способ по данному изобретению и прототип не имеют общих отличительных признаков. Благодаря 30 упорядоченной намотке ферромагнитной проволоки на специальные шаблоны-спутники, уплотнение и склеивание в спутниках

- фальшпазов, обеспечивается изготовление пазово-зубцовой зоны с высоким коэф- 35 фициентом заполнения и оптимальное использование материала при снижении трудоемкости и повышении прочности магнитопровода.

На фиг.1 изображен статор электродви- 40 гателя, продольный разрез: на фиг.2 -то же, поперечный разрез (по А-А на фиг.1), на фиг.2,а - пазово-зубцовая зона и ярмо из ферромагнитного провода прямоугольного сечения - вариант I; на фиг.2,6 - то же, но 45 из круглого провода - вариант II; на фиг.З катушечные группы для петлевой пазовозубцовой зоны статора, продольный разрез; на фиг.4 - то же, поперечный разрез; на фиг.5 - катушечная группа для коаксиаль- 50 ной пазово-зубцовой зоны статора: на фиг.6

- круглый статорный шаблон - спутник и схема намотки ферромагнитного провода с коэффициентом заполнения пазово-зубцовой зоны K_w ~ 1 1: на фиг.7 - способ растяж- 55 ки катушечных групп путем удаления из шаблона - спутника полуцилиндров 9 и пе ремещения секторов 10; на фиг,8 - опрессовка прямых участков катушечных групп, формообразование секции (концентрическая обмотка) наложение изоляции, калибровка и запечка в подогретом спутнике-фальшпазов - пространственное изображение; на фиг.9 - то же, продольный разрез; на фиг.10 - то же, поперечный разрез.

Витки секций (однослойной или двухслойной) обмоток (катушечных групп) I выполнены из ферромагнитной проволоки (круглой или прямоугольной) и плотно уложены друг относительно друга, образуя распределенный активный кольцевой пазово-зубцовый слой статора во всем объеме между расточкой 2 статора и ярмом 3 магнитопровода. Ярмо 3 намотано из изолированной стальной проволоки концентрично непосредственно поверх витков обмотки 1, При этом ярмо 3 удлинено (участок 3,а) в зону лобовых частей обмотки вплоть до ее торцов 1,а. Обмотки (катушки) 1 и магнитопровод 3 скреплены в монолит при помощи отвержденной в пустотах между витками обмотки и ярма ферромагнитной массой 4 и смонтирована в гофрированный из стальной ленты оребренный корпус 5 со щитами

6. Для компенсации температурных расширений, возникающих в витках обмоток 1 и ярма 3 на корпусе 5 устроены местные продольные V-образные элементы 7. Ребра охлаждения 5,а образованы путем гофрирования стальной ленты: у корня этих ребер стальная лента скрепляется сваркой

8.

При таком исполнении статора пазовозубцовая зона и ярмо жестко скреплены и образуют единое в электромагнитном отношении тело. При этом функции пазово-зубцовой зоны совмещены - витки 1 из ферромагнитной проволоки проводят не только электрический ток, но и магнитный поток, а ярмо 3 имеет увеличенную длину по сравнению с классической электромашиной - оно удлинено в зону лобовых частей обмотки и таким образом обеспечивает практически 100% заполнения объема статора активным материалом, что повышает его использование.

На фиг.З показана схема расположения секций петлевых катушечных групп 1 пазово-зубцовой зоны из прямоугольной в поперечном сечении ферромагнитной проволоки, витки которой плотно уложены друг к другу и образуют пазово-зубцовую зону статора (вариант I). При этом (особенно для крупных электромашин) зона 1,а представляет собой лобовые части трехфазной двухслойной обмотки, а зона 1,6 - формо ванные в специальной форме лобовые части эта технологическая операция хорошо отработана на всех электротехнических заводах, выпускающих крупные машины, поэтому эта известная технология и форма в данной 5 заявке не описывается).

Аналогично выполнена пазово-зубцовая зона из концентрической обмотки из круглого ферромагнитного (вариант II) провода (фиг. 1-5), что применяется главным об- 10 разом для машин малой и средней мощности. В этом варианте лобовые части 1,а с двух сторон пазово-зубцовой зоны выполнены одинаково. Причем, как и в варианте I, пустоты между проводами 15 заполнены эластичной ферромагнитной массой 4.

Состав и'технология переработки эластичной магнитодиэлектрической массы различны для пропитки и склеивания пря- 20 моугольных проводов (фиг. 1.2, вариант I) и для круглых проводов (вариант II). Для первого варианта масса состоит из 100 массовых частей эпоксидной смолы, например, марки ЭД-22, смешанной с железным по- 25 рошком (250 вес.частей), например, марки ПЖЭ, и отвердителем полиэтиленполиамином (10 вес.частей). Отверждение такой массы может происходить при окружающей температуре 20-30°С. Для второго вариан- 30 та состав массы следующий:

Компоненты в массовых единицах,%

Полиорганосилоксан 100

Полиэфиракрилат (МГФ-1) 0,3-0,6

Аэросил 3-4 35

Железный порошок (с окисной пленкой) марки ПЖЭ 400

Способ приготовления и использования массы-смешивание компонентов при нормальной температуре и после пропитки 40 этой массой пазово-зубцовой зоны I и ярма 3 весь магнитопровод термообрабатывают при температуре 70-80°С в течение 10-15 мин с удельным давлением в форме 10-13 кГ/см² (форма закрытия - условно не пока- 45 зана).

Устройство шаблона - спутника, предназначенного для намотки и растяжки катушечных групп I, видно из фиг.6 и 7. Оно состоит из двух полуцилиндров 9 и двух 50 секторов 10. В собранном виде-это круглая многопутьевая оправка, на внешней стороне которой в выточках располагается, например, фаза (катушечная группа) из ферромагнитной проволоки I, 55

Шаблоны спутников-фальшпазов (фиг.8-10) предназначены для формования, опрессовки и наложения изоляции на катушечные группы I с последующей запечкой их и представляют собой подогретый фи гурный утюг (нагревательные элементы условно не показаны), состоящий из двух частей: II - фальшпазы спутника с вложенными в них электроизоляционными гильзами (коробочками) 12 с подклеивающим слоем и ответные выступы 14 на крышке 13 спутника.

Технологический процесс изготовления пазово-зубцовой зоны состоит в следующем.

Катушечные группы I упорядоченно (с раскладкой слоями с коэффициентом заполнения Kw ~ 1) наматывают на многопутьевой шаблон-спутник круглой формы (фиг.6). При этом с помощью стандартного натяжного устройства (условно не показано) обеспечивают равномерное натяжение обмоточного ферромагнитного провода усилием 3-5 кг. После намотки выталкивают полуцилиндры 9 из шаблона-спутника, раздвигают секторы 10 и формируют катушки до придания катушечным группам I необходимой формы (фиг.7). заводят прямые участки катушечных групп I в спутники-фальшпазы II (фиг.8), в которые предварительно установлены самозавертывающиеся при контакте с прямыми участками катушек! изоляционные гильзы 12. затем опрессовывают катушки I в спутнике удельным давлением 40-50 кг/см². Формование ® и подпрессовку выполняют в процессе наложения изоляционных гильз 12 на катушечные группы I, после чего в откалиброванном состоянии гильзы запекают при 120-160°С в течение 10 мин, вместе с проводом до монолитного состояния. Температура запечки колеблется для различных клеев. После этого катушечные группы I выпрессовывают под давлением 50-60 кг/см² из спутников-фальшпазов и укладывают плотно друг к другу по окружности цилиндрические оправки, образуя пазовозубцовую зону (фиг.3-5).

Удельное давление опрессовывания катушечных групп равно (40-50) кг/см². Нижнее давление (40 кг/см²) требуется для ферромагнитных проводов малого диаметра (0,3-1,5 мм), а давление в 50 кг/ем² - для проводов с диаметром 1,6-2,5 мм.

Температура спекания катушечных групп 120-160°С. Она соответствует наибо лее распространенным классам нагревостойкости витковой и корпусной изоляции ферромагнитных проводов.

Нижний предел температуры спекания ’ 120°С используется для замоноличивания. обмоток с нагревостойкостью изоляции ферромагнитных проводов по классам Е и В, а верхний предел 160°С - для классов F и Н.

Ί

Поверх пазово-зубцовой зоны по всей длине ортогонально к группе I наматывают концентрические витки из ферромагнитной проволоки 3, образуя ярмо магнитопровода статора (фиг. 1,2). Затем соединяют электросхему обмоток 1 и осуществляют заполнение пустот между проводами описанной выше эластичной ферромагнитной массой 4, и в опрессованном виде запекают при температуре 70-80°С в течение 10 мин, и передают на дальнейшую сборку с корпусом.

В рассматриваемых вариантах пазовозубцовая зона и ярмо могут выполняться из ферромагнитного провода прямоугольного сечения (фиг.1 и 2, вариант I) и из круглого провода (фиг.1,2, вариант II).

После такого изготовления магнитопровода с обмоткой 1 на него напрессовывают ' безотходно изготовленный из гофрированной ленты оребренный корпус 5, ставят щиты' 6 и все внутренние пустоты между витками 1,3 и в компенсационных V-образных элементах 7 заполняют описанной выше желеобразной ферромагнитной массой 4.

При такой технологии изготовления статора обеспечивается экономия материалов (экономия электротехнической стали по 50% и 100% дорогостоящей меди). Технологические операции просты и легко поддаются механизации. В конструкции статора не требуются пазовые крышки, клинья, переплетные и крепежные материалы и пропиточные лаки. Это ведет к упрощению изготовления, удешевлению статора и снижению трудоемкости. При этом, благодаря подпрессовке и упорядоченной укладке (рядной или шахматной), коэффициент заполнения Kw ферромагнитной проволокой пазово-зубцовой зоны и ярма возрастает практически от 0,7 до 1. Это упрочняет конструкцию и увеличивает удельную мощность машины, что в конечном счете приводит к достижению поставленной цели

- повышению использования объема, увеличению прочности и надежности, улучшению энергетических и виброакустических показателей из-за снижения действия электромагнитных сил.

Таким образом, рассмотренные преимущества конструкции и технологии изготовления распределенного пазово-зубцового слоя, совмещение функций обмоток (не только как электропроводящей системы, но и магнитопроводящей), приводят к повышению уровня электромагнитного использования активных материалов и объема машины, росту прочности и надежности, расширению их конструктивной пластичности при безотходной технологии изготовления. Улучшенной магнитной проводимости и теплопроводности способствует также то, что весь статор заполняется ферромагнитной массой 4, а подшипниковые щиты 6 крепятся к гофрированному корпусу 5 и составляют одно целое с магнитопроводом.

Перечисленные преимущества и достоинства данного изобретения при его реализации обеспечат существенный технико-экономический и народно-хозяйственный эффект.

Claims

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ изготовления статора электрической машины, согласно которому на шаблон наматывают катушечный группы, формуют, опрессовывают и изолируют катушки, после чего катушки запекают в фальшпазах шаблона, а затем извлекают катушки из шаблона и устанавливают их вдоль продольной оси статора, формируя пазово-зубцовую зону, образуют ярмо и скрепляют его с катушечными группами, о тличающийся тем, что, с целью изготовления статоров из ферромагнитной проволоки с оптимальными электромагнитными характеристиками, катушечные группы наматывают с равномерным натяжением 3-5 кг, а опрессовывают и изолируют катушки с удельным давлением 40-50 кг/см².

7 4 фиг. 2

Фиг.7

1775808

Фиг. 8

А-А