Шихтований статор електричної машини

Предлагаемое изобретение относится к электромашиностроению, в частности, к производству бытовых электродвигателей малой и средней мощности с повышенными технико-экономическими показателями. Известные шихтованные статоры электрических машин в той или иной мере обеспечивают определенные энергетические характеристики и материалоемкость, имея в тоже время недостатки в этой части, особенно существенно проявляющиеся в конкретных конструкциях, например, в электродвигателях для компрессоров холодильников. Так, по патенту ПНР №64703, кл. H02K1/06, известен шихтованный статор, состоящий из пластин электротехнической стали с пазами для элементов крепления, предложено скреплять в пакет путем заливки пазов твердеющим сплавом, который образует ребра, соединяющие кольца замков электродвигателя. Недостатками патента №64703, кл. H02K1/06 являются: а) пониженные энегетические параметры электродвигателя, поскольку при заливке пазов для скрепления листов стали в пакет сплавом нарушается межлистовая изоляция, что приводит к образованию короткозамкнутых контуров ви хревых токов, увеличивающи х потери в статоре и его намагничивающий ток; б) повышенная материалоемкость из-за отсутствия по наружному контуру образующих пакет статора пластин граней, позволяющих совмещать между собой контуры отдельных пластин при их штамповке. Аналогичные недостатки присущи техническому решению по патенту Франции №20193227, кл H02K1/00, согласно которому вместо заливки пазов для скрепления статорных пластин твердеющим, сплавом применена сварка, что приводит к понижению энергетических параметров электродвигателя, по вышеупомянутым причинам. В некоторой степени свободны от упомянутых недостатков те хнические решения по а.с. СССР №12915482, кл. H02K1/06 и по пат. США №3.783.318, кл. H02K1/16. В соответствии с те хническим решением по а.с. №1295482, кл. H02K1/06 шихтованный статор электрической машины состоит из пластин электротехнической стали, содержащих ярмо и зубцы, выполненные с переменной по радиусу высотой и шириной соответственно согласно соотношениям: где hai, hza - высота ярма в i - том и a - том сечениях в зависимости от направления проката стали, bzj; bza - ширина зубцов в i - том и a - том сечениях; ma, mi, mj - магнитная проницаемость в a - том, i - том, j - том сечениях. Недостатком такого технического решения является повышенная материалоемкость статора, из-за отсутствия в наружном контуре составляющих его пластин граней, позволяющих совмещать их при штамповке. Наиболее близким к данному изобретению по числу совпадающих признаков и технической сущности является решение по патенту США №3783318, кл. 310 - 216 (H02K1/16) "Laminated stator core for dynamoelectric machines", принятое в качестве прототипа. В соответствии с техническим решением-прототипом шихтованный статор электрической машины набран из многоугольных по наружной поверхности пластин электротехнической стали, имеющих основные грани и сопрягающие их участки, а также пазы для обмоток статора и элементов крепления, причем наружный контур пластин асимметричен относительно одной из осей четырехгранника, а статор собран из отдельных пакетов с чередованием асимметрично расположенных граней. Недостатками данного технического решения являются: а) пониженные энергетические характеристики электрической машины в части потребляемого намагничивающего тока и потерь в стали, вызываемых несимметрией в намагничивании отдельных сторон асимметричного четырехгранного листа; б) повышение материалоемкости статора при наличии в пластинах дополнительных пазов для элементов крепления, что является необходимым условием для электродвигателей компрессоров холодильников. Задачей настоящего изобретения является создание электрической машины с повышенными техникоэкономическими показателями в части энергетических параметров и пониженной материалоемкостью. Для решения поставленной задачи в известном шихтованном статоре электрической машины, набранном на многоугольных по наружной поверхности пластин электротехнической стали, имеющих основные грани и сопрягающие их участки, а также пазы для обмоток статора и элементов крепления, согласно изобретения центральный угол сопряжения основных граней составляет 2p/3n + 0,02 радиан, а отношение минимальной (H1) и максимальной (H2) высот многоугольной пластины к эквивалентным диаметрам статора (Da1, Da2) удовлетворяет соотношениям где ha - эквивалентная высота ярма статора; hz1, hz2 - минимальная и максимальная высота зубцов статора; n - число основных граней многоугольной пластины статора; Di - внутренний диаметр статора. При этом часть пазов для элементов крепления расположены в местах примыкания основных граней к сопрягающим участкам, а зубцы статора могут иметь одинаковую высоту, сопрягающие же участки могут быть выполнены круглыми. В случае, когда число основных граней многоугольной статорной пластины равно четырем, максимальная ее высота ориентирована по направлению проката электротехнической стали, а каждый сопрягающий участок может быть выполнен в виде нескольких примыкающих друг к др угу плоскостей, число которых и высота ярма статора в зоне каждой из этих плоскостей выбираются такими, что напряженность магнитного поля в его ярме изменяется в зависимости от угла направления проката стали не более чем на 10 - 15%. При выполнении сопрягающих участков круглыми, радиусы сопряжения определяют из уравнения В случае, когда число основных граней многоугольной статорной пластины равно шести максимальная ее высота ориентирована под углом к направлению проката электротехнической стали равным П/6, а минимальная высота ориентирована по направлению проката. При использовании изобретения достигается повышением энергетических параметров электрической машины за счет выравнивания напряженностей магнитного поля во всех активных сечениях статора и снижение материалоемкости статора за счет оптимального раскроя ленты электротехнической стали и уменьшения технологических отходов. Существенность вышеперечисленных отличительных признаков становится видной из следующего доказательства. Из-за большого числа факторов, таких как, магнитная анизотропия электротехнической стали, ее разнотолщинность, расположение в теле ярма статора пазов и отверстий для конструктивных элементов крепления, неравномерности распределения магнитного потока вдоль полюсного деления и др., напряженность магнитного поля в ярме статора всегда оказывается неравномерной, даже если высота ярма статора обеспечивает в ней равномерность индукции. Поэтому наружный контур пластин статора, являющийся в большинстве своем окружностью с эквивалентным диаметром Da = Di + 2Ha + 2Hz1, в магнитном отношении представляет собой лишь асимптотическое приближение к некоторому контур у, обеспечивающему равномерность распределения напряженности магнитного поля в ярме, что и является оптимальным. Также очевидным представляется тот факт, что описанный вокруг упомянутой окружности эквивалентного диаметра Da многоугольник будет обеспечивать меньшие напряженности магнитного поля, чем вписанный. Проведенные исследования показали, что практически одинаковые с ярмом статора цилиндрической формы намагничивающую силу обеспечивают многоугольники, имеющие одинаковые с цилиндрическим ярмом сечения, отстоящие на расстоянии в 1/3 длины силовой линии от наименьшего сечения, но не более, чем на 5/12 длины силовой линии. Причем первая граница дает запас по намагничивающей силе до 20%, а вторая близка к ней на 90 - 95% снизу, что вполне допустимо для практических целей, в этом случае центральный угол сопряжения граней многоугольника должен перекрывать 1/3 длины силовой линии, т.е. быть равным 2/3n + 0,02 радиан. На чертеже (фиг.) показана, в качестве примера, четырехгранная пластина шихтованного статора электрической машины, содержащая основные грани 1 и сопрягающие их участки 2. Пластина содержит пазы 3 для размещения обмоток статора, а также пазы 4 и отверстия 5, выполненные в ярме 6 пластины для установки элементов крепления. Центральный угол сопряжения (g) основных граней 1 выбран равным П/6 радиан, а внутренний диаметр статора 65мм, при этом минимальный эквивалентный диаметр D a статора выбран равным 120мм, а максимальный эквивалентный диаметру Da2 , равным 130мм. Минимальная высота H1 пластины статора равна 110мм, а максимальная высота H2 равна 124мм, что удовлетворяет соотношениям, указанным в формуле изобретения. Четырехгранная пластина, показанная на чертеже изготавливается следующим образом: по заданному внутреннему диаметру статора Di с учетом минимальной и максимальной высот зубцов hz1 и hz2, а также эквивалентной высоте ярма статора где F - величина рабочего магнитного потока; B - величина принятой допустимой индукции, определяемой из условия равномерности распределения индукции, находят минимальный и максимальный эквивалентный наружный диаметры Высоту четырехгранной пластины в зоне расположения малых зубцов (hz1) находят по минимальному допуску а максимальную высоту (H2) находят по максимальному допуску После определения H1 и H2 для круглы х вспомогательно-сопрягающих гранейнеобходимо определить радиус сопряжения основных граней по уравнению При плоских сопрягающих гранях их число и расположение по отношению к основным сопрягаемым граням устанавливают исходя из условия расхождения напряженности магнитного поля на этих участках в 10 - 15% с учетом размещения в эти х зонах пазов для элементов крепления и посадочных отверстий. Далее пластина штампуется из листовой или ленточной стали компаундным штампом или одним из известных пошагово-последовательных штампов. Статор шихтуется из отдельных пластин с переворотом относительно осей симметрии для компенсации разнотолщинности электротехнической стали и скрепляется в пакет закладываемыми в пазы 4 элементами крепления типа скоб. Затем в пазы 3 укладываются рабочая и пусковая обмотки, в статор вводится ротор и полученный в готовом виде электродвигатель устанавливается на рабочее место с использованием посадочных отверстий 5. Работает предлагаемый шихтованный статор электрической машины, например, типа асинхронного электродвигателя следующим образом. При подаче напряжения на обмотки, уложенные в пазы 3 статора, в них возникает ток, который создает магнитный поток, потребный для генерации ЭДС, способной уравновесить прилагаемое напряжение за вычетом его падений на активных и индуктивных сопротивлениях обмоток 3. Величина потребляемого тока оказывается тем большей, чем больше потери намагничивающей силы в ярме статора электродвигателя. Поскольку предложенный шихтованный статор изготовлен с соблюдением условия равномерной напряженности магнитного поля на своих отдельных участках, то будет выполнено условие минимальности вариации при прочих равных параметрах, что автоматически минимизирует ток намагничивания и вызываемые им потери в статоре. Сопутствующими результатами, которые обеспечивает предлагаемый шихтованный статор является его лучшая теплоотдача, за счет развитости наружного контура, а также снижение уровня магнитной вибрации и шума, возникающих при магнитной несимметрии статора.