Способ изготовления статора электрической машины

 

Способ изготовления статора электрической машины. Назначение в технологии безотходного производства обмоток и магнитопроводов электрических машин из ферромэгнитной проволоки Сущность изобретения: катушечные группы (1) наматывают на шаблон с равномерным натяжением кг, формуют их, спрессовывают и изолируют катушки с удельным делением 40-50 кг/см . Затем катушки запекают в фолыи-пазах шаблона, извлекают катушки из шаблона и устанавливают их по окружности цилиндрической оправки, формируя пазово-зубцовую зону, образуют из проволоки ярмо (3) магнитолровода статора и скрепляют его с катушечными группами. 10 ил (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 К 15/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Г10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4709490/07 (22) 11.04.89 (46) 15.11.92. Бюл. N. 42

{71) Харьковский авиационный институт им.

Н.Е.Жуковского (72) И.П.Копь!лов, Н.И.Суворова, А.M.Îëåéников. А.И.Яковлев и M.M.ßêîâëåâ (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1667192. кл. Н 02 К 1/06, 1989.

Яковлев А.И. Электрические машины с уменьшенной материалоемкостью. M.;

Энергоатомиздат. 1989, с, 112-116. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТАТОРА

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

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. Ж 1775803 А1 (57) Способ изготовления статора электрической машины. Назначение: в технологии безотходного производства обмоток и магнитопроводов электрических машин из ферромагнитной проволоки. Сущность изобретения: катушечные группы (1) наматывают на шаблон с равномерным натяжением 3 — 5 кг, формуют их, опрессовывают и изолйруют катушки с удельным делением

40 — 50 кг/см . Затем катушки запекают в

2 фольги-пазах шаблона, извлекают катушки из шаблона и устанавливают их по окружности цилиндрической оправки, формируя пазово-зубцовую зону, образуют из проволоки

)IpMo (3) магнитопровода статора и скрепляют его с катушечными группами. 10 ил, котором не могут быть реализованы возможности улучшения магнитных свойств, так как такой магнитопровод имеет малый коэффициент заполнения активного эубцового 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 йзготовление катушек с высоким коэффициентом заполнения.

Известен способ изготовления катушек электрических машин (2), включающий намотку провода на шаблон, снятие намотан1775803 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, при изготовлении совмещенных с пазами магнитопровода катушек электрических машин из ферромагнитных проводов применение этого способа и устройства ограничено тем, что трудно добиться высокой производительности изготовления катушек при одновременном сохранении параллельной укладки проводов. Нарушение же параллельности укладки приводит к заметному ухудшению коэффициента заполнения активного объема машины, снижению 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 характеристиками.

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

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

- фальшпазов, обеспечивается изготовление пазово-зубцовой эоны с высоким коэффициентом заполнения и оптимальное использование материала при снижении трудоемкости и повышении прочности магнитопровода.

На фиг,1 изображен статор электродвигателя, 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,б — то же, но из круглого провода — вариант И; на фиг.3— катушечные группы для петлевой пазовозубцовой зоны статора, продольный разрез; на фиг.4 — то же, поперечный разрез; на фиг.5 — катушечная группа для коаксиальной пазово-зубцовой эоны статора; на фиг.6 — круглый статорный шаблон — спутник и схема намотки ферромагнитного провода с коэффициентом заполнения пазово-зубцовой зоны К =1 1; íà фиг.7 — способ растяжки катушечных групп путем удаления из шаблона — спутника полуцилиндров 9 и пе5

55 ремещения секторов 10; на фиг,8 — опрессовка прямых участков катушечных групп, формообразование секции (концентрическая обмотка) наложение изоляции, калибровка и за печка 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 и роволоки (круглой или прямоугольной) и плотно уложены друг относительно друга, образуя распределенный активный кольцевой пазово-эубцовый слой статора во всем обьеме 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 З,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 1007ь заполнения объема статора активным материалом, что повышает его использование.

На фиг.3 показана схема расположения секций петлевых катушечных групп 1 пазово-зубцовой зоны из прямоугольной е 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 i,á — формо1775803 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 заявке не описывается).

Аналогично выполнена паэово-зубцовая зона из концентрической обмотки из круглого ферромагнитного (вариант И) провода (фиг.1 —,5), что применяется главным образом для машин малой и средней мощности. В этом варианте лобовые части

l,а с двух сторон пазово-зубцовой зоны выполнены одинаково. Причем, как и в вари,а нте I, пустоты между проводами заполнены эластичной ферромагнитной массой 4.

Состав и технология переработки эластичной магнитодиэлектрической массы различны для пропитки и склеивания прямоугольных 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 порошком (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 варианта состав массы следующий:

Компоненты в массовых единицах,$

Полиорганосилоксан 100

Полиэфиракрилат (МГФ-1) 0,3 — 0,6

Аэросил 3-4

Железный порошок (с окисной пленкой) марки ПЖЗ 400

Способ приготовления и использования массы-смешивание компонентов при нормальной температуре и после пропитки этой массой пазово-зубцовой зоны 1и ярма

3 весь магнитопровод термообрабатывают при температуре 70 — 80 С в течение 10-15 мин седельным давлением в форме 10 — 13 кГ/см (форма закрытия — условно не показана).

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 секторов 10. В собранном виде — это круглая мкогопутьевая оправка, на внешней стороне которой в выточках располагается, например, фаза (катушечная группа) из ферромагнитной проволоки I, 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 фигурный утюг (нагревательные элементы условно не показаны), состоящий из двух частей: И вЂ” фальшпазы спутника с вложенными в них электроизоляционкыми гильзами (ко5 робочками) 12 с подклеивающим слоем и ответные выступы 14 на крышке 13 спутника.

Технологический процесс изготовления пазово-зубцовой зоны состоит в следую10 щем.

Катушечные группы упорядоченно (с раскладкой слоями с коэффициентом заполнекия К = 1) наматывают на многопутьевой шаблок-спутник круглой формы (фиг.6).

15 При этом с помощью стандартного натяжного устройства (условно не показано) обеспечивают равномерное натяжение обмоточного ферромагкитного провода усилием 3-5 кг. После намотки выталкивают

20 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

25 спутники-фальшпазы И (фиг.8), в которые предварительно установлены самозавертывающиеся при контакте с прямыми участками катушек! изоляционные гильзы 12, затем опрессовывают катушки I в спутнике удель30 ным давлением 40-50 кг/см . Формование

2 и подпрессовку выполняют в процессе наложения изоляционных гильз 12 на катушечные группы 1, после чего в откалиброванном состоянии гильзы запекают при 120 — 160 С

35 в течение 10 мин, вместе с проводом до монолитного состояния. Температура запечки колеблется для различных клеев. После этого катушечные группы выпрессовывают под давлением 50 — 60

40 кг/см из спутников-фальшпазов и укладыz вают плотно друг к другу по окружности цилиндрические оправки, образуя пазовозубцовую зону (фиг.3 — 5).

Удельное давление опрессовывания ка45 тушечных групп равно (40-50) кг/см . Нижнее давление (40 кг/см ) требуется для ферромагнитных проводов малого диаметра (0,3 — 1,5 мм), а давление в 50 кг/см — для проводов с диаметром 1,6 — 2,5 мм.

50 Температура спекания катушечных групп 120 — 160 С, Она соответствует наиболее распространенным классам нагревостойкости витковой и корпусной изоляции ферромагнитных проводов.

55 Нижний предел температуры спекакия

120 С используется для замоноличивания. обмоток с HGfpGBocToAKQGTblo изоляции ферромагнитных проводов по классам Е и

В, а верхний предел 160 С вЂ” для классов I= и Н.

1775803

Поверх пазово-зубцовой зоны по всей длине ортогонально к группе! наматывают концентрические витки из ферромагнитной проволоки 3, образуя ярмо магнитопровода статора (фиг.1,2). Затем соединяют электро- 5 схему 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 10 передают на дальнейшую сборку с корпусом.

В рассматриваемых вариантах пазовозубцовая зона и ярмо могут выполняться из ферромагнитного провода прямоугольного 15 сечения (фиг,1 и 2, вариант l) и из круглого провода (фиг.1, 2, вариант I I).

После такого изготовления магнитопровода с обмоткой 1 на него напрессовывают

"безотходно изготовленный из гофрирован- 20 ной ленты оребренный корпус 5, ставят щи- . ты 6 и все внутренние пустоты между витками 1,3 и в компенсационных Ч-образных элементах 7 заполняют описанной выше желеобразной ферромагнитной массой 25

При такой технологии изготовления статора обеспечивается экономия материалов (экономия электротехнической стали по

50% и 100%» дорогостоящей меди). Техноло- 30 гические 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 35 изготовления, удешевлению статора и снижению трудоемкости. При этом, благодаря подпрессовке и упорядоченной укладке (рядной или шахматной), коэффициент заполнения Ке ферромагнитной проволокой 40 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 45

1,» 4,» — 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 vpeпятся 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.

Формула изобретения

Способ изготовления статора электрической машины, согласно которому на шаблон наматывают катушечные 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 тл и ч а ю шийся 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/см .

1775803

1775803

/ Cl

1775801

1775803

Редактор

Заказ 4038 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 п(з) Составитель И.Копылов

Техред М.Моргентал Корректор Н.Тупица