Способ изготовления статора электрической машины

, 1775 02 К 15/04 САН БР К АВТОРС ВИ Т 57) Способ и ческой машин безотходного нитопроводо ромагнитно изобретения: ывают на ша нием 3-5 кг, изолируют ка нный институт ави.Суворова, А.М.М.Яковлевельство СССР1/06, 1989.ктрические мариалоемкост9, с, 112 - 116,в, Н.Илев ивидетН 02 К . Эле мате шины с ю, М.; ОРА ВЛЕНИШИНЫ ОБ ИЗГ ЧЕСКОЙ эготовления катуш 2, включающийон, снятие намот ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(21) 4709490/07 (22) 11,04,89 (46) 15.11.92. Бю (71) Харьковскии Н.Е.Жуковского (72) И,П.Копыло ников. А.И.Яков (56) Авторское с М 1667192, кл.Яковлев А.И уменьшенной Энергоатомизда 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( эготовления статора элект иы. Назначение: в техноло и производства обмоток и магв электрических машин из ферй проволоки. Сущность катушечные группы (1) намат блан с равномерным натяжеформуют их, опрессовывают и тушки с удельным делением 40 - 50 кг/см . Затем катушки запекают в2фольги-пазах шаблона, извлекают катушки из шаблона и устанавливают их по окружности цилиндрической оправки, формируя пазово-зубцовую зону, образуют из проволокимо (3) магнитопровода статора и скрепляего 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 распреде- СО ленного воздушного зазора в этом слое, О особенно в зоне соединения эубцовой зоныс ярмом, что требует увеличенного количества ампервитков и снижает КПД машины.Кроме этого, в таком техническом решении д 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 и ек электрических машиннамотку провода на шабл ан 1775803ной 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. Наруше ние же параллельности укладки приводит к заметному ухудшению коэффициента заполнения активного объема машины, снижению КПД и сов 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, а опрессовывают 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 1; на фиг,2,б - то же, но из круглого провода - вариант И; 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 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; на фиг.7 - способ растяжки катушечных групп путем удаления из шаблона - спутника полуцилиндров 9 и пе 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 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) 3 выполнены из ферромагнитной проволоки (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 Ч-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 эона 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), При этом (особенно для крупных электромашин) зона 1,а представляет собой лобовые части трехфазной двухслойной обмотки, а зона 1,б - формо 1775803ванные 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 1,а с двух сторон пазово-зубцовой зоны выполнены одинаково, Причем, как и в вари,анте 1, 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 1) и для круглых проводов (вариант 1), Для первого варианта масса состоит из 100 массовых частей эпоксидной смолы, например. марки ЭД, 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,.,ь Полиорганосилоксан 100 Полиэфиракрилат (МГФ) 0,3-0,6Аэросил 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 1 и ярма 3 весь магнитопровод термообрабатывают при температуре 70 - 80 С в течение 10-15 мин срдельным давлением в форме 10 - 13 кГ/см (форма закрытия - условно не показана).Устройство шаблона - спутника, предназначенного для намотки и растяжки катушечных групп 1, 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 1,Шаблоны спутников-фальшпазов (фиг,8-10) предназначены для формования, опрессовки и наложения изоляции на катушечные группы 1 с последующей запечкой их и представляют собой подогретый фигурный утюг (нагревательные элементы условно не показаны), состоящий из двух частей; И - фальшпазы спутника с вложенными в них электроизоляционкыми гильзами (ко робочками) 12 с подклеивающим слоем иответные выступы 14 на крышке 13 спутника.Технологический процесс изготовленияпазово-зубцовой зоны состоит в следую щем.Катушечные группы 1 упорядоченно (сраскладкой 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 необходимой формы (фиг.7), заводят прямые участки катушечных групп 1 в 25 спутники-фальшпазы И (фиг.8), в которыепредварительно установлены самозавертывающиеся при контакте с прямыми участками катушекизоляционные гильзы 12, затем опрессовывают катушки 1 в спутнике удель ным давлением 40-50 кг/см . Формование2и 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 домонолитного состояния. Температура запечки колеблется для различных клеев. После этого катушечные группы выпрессовывают под давлением 50 - 60 40 кг/см из спутников-фальшпазов и укладывают плотно друг к другу по окружности цилиндрические оправки, образуя пазовозубцовую зону (фиг.3 - 5).Удельное давление опрессовывания ка 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 катушечныхгрупп 120 - 160 С, Она соответствует наиболее распространенным классам нагревостойкости витковой и корпусной изоляции ферромагнитных проводов.55 Нижний предел температуры спекакия120 С используется для замоноличивания.обмоток с нагревостойкостью изоляции ферромагнитных проводов по классам Е и В, а верхний предел 160 С - для классов Е и Н.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 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) и из круглого провода(фиг,1, 2, вариант И),После такого изготовления магнитопровода с обмоткой 1 на него напрессовывают "безотходно изготовленный из гофрирован ной ленты оребренный корпус 5, ставят щиты 6 и все внутренние пустоты между витками 1,3 и в компенсационных Ч-образных элементах 7 заполняют описанной выше желеобразной ферромагнитной массой 25При такой технологии изготовления статора обеспечивается экономия материалов (экономия электротехнической стали по 50 О и 100 О дорогостоящей меди), Техноло 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 45юз- 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.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 щ и й с я 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 10 Составитель И.Копылов еда ктор Техред М.Моргентал Корректор Н,ТупицаПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 оРз) аказ 4038 ВНИИПИ Госу Тираж Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская нэб 4/5