Спосіб виготовлення статору електричної машини

Способ изготовления статора электрической машины, согласно которому на шаблон наматывают катушечные группы, формуют, срессовывают и изолируют катушки, после чего катушки запекают в фалыипазах шаблона, а затем извлекают катушки из шаблона и устанавливают их вдоль продольной оси статора, формируя Тіазово-зубцовую зону, образуют ярмо и скрепляют его с катушечными группами, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что катушечные группы наматывают с равномерным натяжением 3-5 кг, а спрессовывают и изолируют катушки с удельным давлением 40-50 кг/см . С > 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 [1]. 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 возмож ности 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. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ изготовпения катушек электрических машин [2], включающий намотку провода на шаблон, снятие намотанной заготовки с шаблона и О 6791 наложение изоляционной гильзы с последующей опрессовкой круглых и прямоугопь ных медных проводов , которые затем укладывают в пазы магнитопровода статора. Вместе с тем, при изготовлении совмещенных с пазами магнитопровода катушек электрических машин из ферромагнит ных 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 (p. При этом из-за необходимости монтажа катушек в пазы увеличивается трудоемкость изготовления. Задача изобретения - изготовление статоров из ферромагнитной проволоки с оптимальными электромагнитными характеристиками. Поставленная задача достигается тем, что катушечные группы наматываютс равномерным натяжением 3-5 кг, а опрессовывают и изолируют катушки с удельным давлением 40-50 кг/см2. Благодаря упорядоченной намотке ферромагнитной проволоки на специальные шаблоны-спутники, уплотнение и склеивание в спутниках - фапьшпазов, обеспечивается изготовление пазово-зубцовой зоны с высоким коэффициентом заполнения и оптимальное использование материала при снижении трудоемкости и повышении прочности магнитопровода. На фиг.1 изображен статор электродвигателя, продольный разрез; нафиг.2-тоже, 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-тоже, но из круглого провода - вариант И; на фиг.З катушечные группы для петлевой пазово зубцовой зоны статора, продольный разрез; на фиг.4 - то же, поперечный разрез; на фиг.5 - катушечная группа для коаксиальной пазово-зубцовой зоны статора; на фиг.6 круглый статорный шаблон - спутник и схема намотки ферромагнитного провода с коэффициентом заполнения пазово-зубцовой зоны Kw=1,1; на фиг.7 - способ растяжки катушечных групп путем удаления из шаблона-спутника полуцилиндров 9 и перемещения 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) 1 вы5 полнены из ферромагнитной проволоки (круглой или прямоугольной) и плотно уложены друг относительно друга , образуя распределенный активный кольцевой пазово-зубцовый слой статора во всем объеме 10 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 15 зону лобовых частей обмотки вплоть до ее торцов 1а. Обмотки (катушки) 1 и магнитопровод 3 скреплены в монолит при помощи отвержденной в пустотах между витками обмотки и ярма ферромагнитной массы 4 и 20 смонтированы 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 25 V-образные элементы 7. Ребра охлаждения 5а образованы путем гофрирования стальной ленты; у корня этих ребер стальная лента скрепляется сваркой 8. При таком исполнении статора пазово30 зубцовая зона и ярмо жестко скреплены и образуют единое в электромагнитном отношении тело. При этом функции пазовозубцовой зоны совмещены - витки 1 из ферромагнитной проволоки проводят не 35 только электрический ток, но и магнитный поток, а ярмоЗ имеетувеличенную длину по сравнению с классической электромашиной - оно удлинено в зону лобовых частей обмотки и таким образом, обеспечивает 40 практически 100% заполнения объема статора активным материалом, что повышает его использование. На фиг.З показана схема расположения секций петлевых катушечных групп 1 45 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 50 крупных электромашин) зона 1,а представляет собой лобовые части трехфазной двух слойной обмотки, а зона 1 ,б - формованные в специальной форме лобовые части. Эта технологическая операция хорошо отрабо55 тана на всех электротехнических заводах , выпускающих крупные машины, поэтому эта известная технология и форма в данной заявке не описывается. Аналогично выполнена пазово-зубцовая зона из концентрической обмотки из кругло 679 го 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 оди- 5 наково. Причем, как и в варианте I, пустоты между проводами заполнены эластичной ферромагнитной массой 4. Состав и технология переработки эластичной магнитодиэлектрической массы 10 различны для пропитки и склеивания прямо-, угольных 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 15 ЭД22, смешанной с железным порошком (250 вес.частей), например, марки ПЖЭ, и отвердителем полиэтиленполиамином (10 вес.частей). Отверждение такой массы может происходить при окружающей темпе- 20 ратуре 20-30°С. Для второго варианта состав массы следующий' Компоненты в массовых единицах, %: Полиорганосилокеан 100 Полиэфиракрилат (МГФ-1) 0,3-0,6 25 Аэросил 3-4 Железный порошок (с окисной пленкой) марки ПЖЭ 400 Способ приготовления и использования массы - смешение компонентов при нор- 30 мальной температуре и после пропитки этой массой пазово-зубцовой зоны 1 и ярма 3 весь магнитопровод термообрабаты-вают при температуре 70-80°С в течение 10-15 мин с удельным давлением в форме 35 10-13 к Г/см (форма закрытия - условно не показана). Устройство шаблона-спутника, предназначенного для намотки и растяжки катушечных групп 1. видно из фиг.6 и 7. Оно 40 состоит из двух полуцилиндров 9 и двух секторов 10. В собранном виде - это круглая многопутьевая оправка, на внешней стороне которой в выточках располагается, например, фаза (катушечная группа) из 45 ферромагнитной проволоки 1. Шаблоны спутников-фальшпазов (фиг.8-10) предназначены для формования, опрессовки и наложения изоляции на катушечные группы 1 с последующей запечкой 50 их и представляют собой подогретый фигурный утюг (нагревательные элементы условно не показаны), состоящий из двух частей: II фальшпазы спутника с вложенными в них электроизоляционными гильзами (коробоч- 55 ками) 12 с подклеивающим слоем и ответные выступы І4 на крышке 13 спутника. Технологический процесс изготовления пазово-зубцовой зоны состоит в следующем. 6 Катушечные группы 1 упорядоченно (с раскладкой слоями с коэффициентом заполнения К ~ 1) наматывают на мноюпутьевой 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 кату шечным группам 1 необходимой формы (фиг.7), заводят прямые участки катушечных групп 1 в спутники-фальшпазы II (фиг.8), в которые предварительно установлены само завертывающиеся при контакте с прямыми участками катушек 1 изоляционные гильзы 12, затем опрессовывают катушки 1 в спут нике удельным давлением 40-50 кг/см2 Формование и подпрессовку выполняют в процессе наложения изоляционных гильз 12 на катушечные группы 1, после чего в откалиброванном состоянии гильзы запекают при 120~160°С в течение 10 мин, вместе с проводом до монолитного состояния. Тем пература запечки колеблется для различных клеев. После этого катушечные группы 1 выпрессовывают под давлением 50-60 кг/см из спутнико^-фильшпазов и укладывают плотно друг к другу по окружности цилинд рические оправки, образуя пазово-зубцовую зону (фиг.3-5). Удельное давление опрессовывания катушечных 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. Температура спекания катушечных групп 12О-16О°С. Она соответствует наиболее 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 FHH Поверх пазово-зубцовой зоны по всей длине ортогонально к группе 1 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 опрессовэнном виде запекают при температуре 70-80°С в течение 10 мин и передают на дальнейшую сборку с корпусом. 6791 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). 5 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 10 витками 1,3 и в компенсационных V-образных элементах 7 заполняют описанной выше желеобразной ферромагнитной массой 4. При такой технологии изготовления статора обеспечивается экономия мате- 15 риалов (экономия электротехнической стали по 50% и 100% дорогостоящей меди). Технологические операции просты и легко поддаются механизации. В конструкции статора не требуются пазовые крышки, клинья, 20 переплетные и крепежные материалы и пропиточные лаки. Это ведет к упрощению изготовления, удешевлению статора и снижению трудоемкости При этом, благодаря подпрессовке и упорядоченной укладке 25 (рядной или шахматной) коэффициент заполнения К ферромагнитной проволокой пазово-зубцовой зоны и ярма возрастает практически от 0,7 до 1. Это упрочняет кон Ш Ш I II I I I I I I П І Ml Н І Ml I I I I» 1 1 1 .ці і» і» ні ш т а ні ні пі lit HI I / 8 струкцию 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 обьема машины, росту прочности и надежности, расширению их конструктивной пластичности при безотходной технологии изготовления. Улучшенной магнитной проводимости и теплопроводности способствует тэкже то, что весь статор заполняется ферромагнитной массой 4, а подшипниковые щиты 6 крепятся к гофрированному корпусу 5 и составляют одно целое с мзгнито про водом. Перечисленные преимущества и достоинства данного изобретения при его реализации обеспечат существенный технико-экономический и народно-хозяйственный эффект. 6791 a 4 6791 /о fa ФигЛ fa 6791 9 Фиг.7 6791 ю ю Фиг. в Упорядник А. Яковлев 6791 ю фи.' к Техред М.Моргентал Замовлення 644 л-л Коректор М Самборська Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл , 8 Виробничо-видавничий комбінат "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101