Якір електричної машини

Винахід належить до галузі електромашинобудування, а саме - до конструкції якорів електричних машин і може застосовуватись у колекторних електричних машинах, насамперед, у конструкції лобових частин обмотки якоря. Відомий пристрій-аналог, що стосується конструкції кріплення лобової частини обмотки якоря колекторної електричної машини, наведено в описі до A.C. СРСР №1406690 [заявка №4174763/24-07, від 05.01.87, публ. 30.06.88, Н02К 3/50]. Зазначений пристрій-аналог включає ізольований магнітопровід і виконану з ізольованих провідників обмотку, робочі ділянки якої укладено паралельно осі якоря, при цьому ділянки провідників у лобовій частині обмотки укладено із згином на ізольованій від провідників обмотки металевій основі. Крім того, у зазначеному пристрої-аналогу ізольована від провідників обмотки металева основа є частиною поверхні металевої нажимної шайби обмоткоутримувача, яка має кільцевий паз. При цьому обмоткоутримувачу з боку головок секцій надано сегменти з діелектричного матеріалу, які мають виступи, розміщені у порожнині кольцевого пазу нажимної шайби. Зазначені сегменти встановлено консольно відносно торця останньої з боку головок секцій. До недоліків розглянутого пристрою-аналогу належать: великі аксіальні розміри, зумовлені формою лобових частин обмотки і конструкцією утримуючи х її ділянок якоря; значна маса магнітопровода і, відповідно, якоря в цілому; ускладнені теплові умови експлуатації обмотки якоря, що потребує додаткових пристроїв для охолодження в електричних машинах підвищеної потужності; значні витрати матеріалів на технологічну оснастку для заливання обмотки якоря компаундом; конструкція якоря, у тому числі і лобових частин обмотки, не дозволяє здійснити максимально вигідну компоновку електричної машини у заданому об'ємі і забезпечити найбільшу питому потужність останньої. Зазначені недоліки, за вийнятком останнього, частково усунені в іншому відомому якорі електричної машини, наведеному в описі до A.C. СРСР №1372492 [заявка №4086499/27-07, від 10.07.86, публ. 07.02.88, Н02К 3/50]. Зважаючи на те, що за сукупністю загальних ознак цей пристрій є найбіш близьким до запропонованого якоря електричної машини, він обраний авторами як прототип. Пристрій-прототип включає ізольований магнітопровід, виконані з ізольованих провідників обмотки, робочі ділянки яких розміщені паралельно осі якоря і мають згини у лобових частинах. При цьому провідники у лобових частинах обмоток укладені на ізольованій металевій втулці обмоткоутримувача, яка має внутрішню порожнину. Крім того, пристрій-прототип включає спеціальні шліци, виконані в колекторних пластинах для розміщення кінців секцій однієї з складових частин обмотки (кінців секцій урівнювальної обмотки). При цьому ділянки провідників однієї із складових частин обмотки на виході із шліца вигнуті у протилежні боки в площині, перпендикулярній до осі якоря. До недоліків пристрою-прототипу належать: значні аксіальні виміри якоря, хоча й істо тно зменшені у порівнянні з першим відомим пристроєм; значна вага магнітопроводу, хоча й істотно зменшена у порівнянні з першим відомим пристроєм. Крім того, конструкція якоря пристрою-прототипу, у тому числі і лобових частин його обмотки, не дозволяє здійснити максимально вигідну компоновку електричної машини у заданому об'ємі і забезпечити найбільшу питому потужність останньої. Пристрій-прототип має відносно складні теплові умови експлуатації обмотки якоря (хоча й істотно поліпшені у порівнянні з першим відомим пристроєм), що обмежує його використання в електричних машинах підвищеної потужності. До того ж витрати матеріалів на технологічну оснастку для виготовлення якоря, наприклад, оснастку для заливання обмотки якоря компаундом, хоча й істотно зменшені у порівнянні з першим відомим пристроєм завдяки скороченню "вильоту" і довжини секції обмотки, лишаються значними. В основу винаходу покладено завдання створення якоря електричної машини, спроможного забезпечити можливість реалізації максимально вигідної її компоновки у заданому об'ємі із забезпеченням найбільшої питомої потужності і поліпшених теплових умов експлуатації за рахунок його конструкції (у тому числі конструкції таких складових частин, як магнітопровід, немагнітна базова втулка, лобові ділянки обмотки). Поставлене завдання вирішується за рахунок того, що до складу якоря електричної машини включені циліндрична базова немагнітна втулка, яка має внутрішню порожнину, ізольований магнітопровід, виконаний у вигляді втулки, а також виконана із ізольованих провідників обмотка, наприклад, хвильова, робочі ділянки якої укладені паралельно осі якоря, при цьому базова немагнітна втулка має у місці розміщення втулки магнітопроводу поясок на своїй зовнішній поверхні, діаметр якого більший або дорівнює зовнішньому діаметру базової немагнітної втулки, а принаймні одна з торцевих поверхонь зазначеного пояска перпендикулярна до осі якоря і є продовженням відповідної торцевої поверхні втулки магнітопроводу, яку виконано циліндричною, наприклад, цілістною або набраною з окремих листів електротехнічної сталі, принаймні з однією торцевою поверхнею, перпендикулярною до осі якоря, а ділянки провідників принаймні однієї з лобових частин обмотки укладені з можливістю повного або часткового огинання (охоплення) торцевої поверхні втулки магнітопроводу або торцевої поверхні втулки магнітопроводу і пояска немагнітної базової втулки. Крім того, немагнітну базову втулку виконано з принаймні однією проточкою, наприклад, прямокутного перерізу, на її зовнішній циліндричній поверхні, одна з бокових поверхонь якої з боку пояска, є продовженням торцевої поверхні останнього, при цьому принаймні одну лобову частин у обмотки укладено з можливістю повного або часткового охоплення торцевих поверхонь магнітопроводу, пояска і зазначеної проточки немагнітною базової втулки. Крім того, внутрішню порожнину немагнітної базової втулки, наприклад, циліндричну, виконано наскрізною. Крім того, на внутрішній поверхні порожнини немагнітної втулки виконано принаймні одну проточку, наприклад, у формі кільця прямокутного перерізу. Крім того, внутрішня, наприклад, циліндрична, поверхня порожнини базової немагнітної втулки містить конструктивні теплорозсіювальні елементи, наприклад, у вигляді повздовжніх або поперечних реберну місцях відсутності проточок і/або у місцях наявності останніх. Виконання торцевих поверхонь втулки магнітопровода перпендикулярними до осі якоря водночас з відповідною конструкцією торцевих поверхонь пояска немагнітної базової втулки, розміщення ділянок лобових частин обмотки з можливістю повного або часткового огинання (охоплення) торцевої поверхні втулки магнітопроводу або торцевої поверхні втулки магнітопроводу і опуклого пояска немагнітної базової втулки, виконання базової втулки з принаймні однією проточкою на її зовнішній циліндричній поверхні так, щоб одна з бокових поверхонь проточки являла собою продовження торцевої поверхні останнього, укладання лобових ділянок обмотки з можливістю повного або часткового охоплення торцевих поверхонь магнітопроводу, пояска і зазначеної проточки немагнітною базової втулки та ін. дозволяє одночасно забезпечити: поліпшення масогабаритних характеристик магнітопроводу, якоря і електричної машини в цілому; одержання підвищеного моменту електричної машини завдяки можливості збільшення довжини робочої частини обмотки; збільшення к.к.д. машини; зниження витрат матеріалів на технологічну оснастку, наприклад, для заливання обмотки якоря; забезпечення можливості зручного поєднання як з торцевим, так і з циліндричним колекторами. Лише завдяки усій сукупності зазначених в п. 1 формули винаходу ознак (як відомих у сучасній науці, так і нових) та їх причинно-наслідковому зв'язку забезпечено створення якоря електричної машини, який забезпечує можливість реалізації максимально вигідної її компоновки у заданому об'ємі з забезпеченням найбільшої питомої потужності і поліпшених теплових умов експлуатації зазначеної машини за рахунок конструкції якоря, у тому числі магнітопроводу, несучої немагнітної базової втулки і лобових ділянок обмотки. Запропонована сукупність ознак є необхідною і достатньою для розв'язання поставленого завдання, а усі ознаки цієї сукупності (як відомі, так і введені нові) - істотними для його виконання. Авторам і Заявнику з патентних і науково-технічних джерел інформації на момент подання заявки не відома наявність зазначеної сукупності ознак, яка б забезпечувала розв'язання поставленого завдання. Завдяки цьому запропоноване технічне рішення відповідає критеріям "новизна" і " те хнічний рівень". Новизна і технічний рівень розглянутої сукупності конкретизованих ознак у пп. 2-5 формули винаходу залежать і підтверджуються новизною і технічним рівнем сукупності ознак у п. 1 цієї формули (незалежному), а завдяки конкретизації необхідних і достатніх ознак, зазначених у п. 1 формули винаходу, забезпечено подальше покращення ознак запропонованого пристрою у відповідності до поставленого завдання (мети) винаходу. Суть винаходу пояснюється кресленнями можливих варіантів конструкції запропонованого пристрою. На Фіг.1 наведено конструкцію якоря електричної машини з немагнітною базовою втулкою, виконаною з опуклим пояском і з наскрізною внутрішньою порожниною. На Фіг.2 наведено конструкцію якоря електричної машини з немагнітною базовою втулкою, виконаною з опуклим пояском, двома проточками з обох боків останнього, а також з наскрізною внутрішньою порожниною з проточкою. На Фіг.3 наведено конструкцію якоря електричної машини з немагнітною базовою втулкою, виконаною з опуклим пояском, а також з наскрізною внутрішньою порожниною з проточкою і конструктивними теплорозсіювальними елементами. Якір електричної машини, наведений на Фіг.1, включає ізольований магнітопровід у вигляді циліндричної втулки 1 і виконану з ізольованих провідників обмотку 2, робочі ділянки 3 якої укладено паралельно осі 4 якоря. Торцеві поверхні 5 втулки 1 магнітопроводу перпендикулярні зазначеній осі 4 якоря. Втулку 1 магнітопроводу встановлено на немагнітній базовій втулці 6, яка має наскрізну циліндричну внутрішню порожнину 7. У місці встановлення втулки 1 магнітопроводу немагнітну базову втулку 6 виконано з опуклим пояском 8 (діаметр пояска перевищує зовнішній діаметр базової немагнітної втулки) на її зовнішній поверхні. Опуклий поясок 8 має торцеві поверхні 9, перпендикулярні осі 4 якоря, які виконано так, що вони є продовженням відповідних торцевих поверхонь 5 втулки 1 магнітопроводу. Розміщення провідників обмотки 2 на лобових ділянках 10 виконано з повним огинанням торцевих поверхонь 5 втулки 1 магнітопроводу і торцевих поверхонь 9 немагнітної базової втулки 6. Обмотку 2 якоря залито компаундом 11. Якір електричної машини, наведений на Фіг.2, включає ізольований магнітопровід у вигляді циліндричної втулки 1 і виконану з ізольованих провідників обмотку 2, робочі ділянки 3 якої укладено паралельно осі 4 якоря. Торцеві поверхні 5 втулки 1 магнітопроводу перпендикулярні зазначеній осі 4 якоря. Втулку 1 магнітопроводу встановлено на немагнітній базовій втулці 6, яка має наскрізну циліндричну внутрішню порожнину 7. У місці встановлення втулки 1 магнітопроводу немагнітну базову втулку 6 виконано з опуклим пояском 8 (діаметр пояска перевищує зовнішній діаметр базової немагнітної втулки) на її зовнішній поверхні. Опуклий поясок 8 має торцеві поверхні 9, перпендикулярні осі 4 якоря, які виконано так, що вони є продовженням відповідних торцевих поверхонь 5 втулки 1 магнітопроводу. Розміщення провідників обмотки 2 на лобових ділянках 10 виконано з повним огинанням торцевих поверхонь 5 втулки 1 магнітопроводу і торцевих поверхонь 9 немагнітної базової втулки 6. Обмотку 2 якоря залито компаундом 11. На зовнішній поверхні немагнітної базової втулки 6 з обох боків пояска розміщені дві проточки 12 прямокутного перерізу, бокові поверхні 13 яких з боку пояска 8, є продовженням торцевих поверхонь 9 останнього. Наскрізна циліндрична порожнина 7 має циліндричну розвантажувальну проточку 14, яку виконано у місці розміщення пояска 8. Якір електричної машини, наведений на Фіг.3, включає ізольований магнітопровід у вигляді циліндричної втулки 1 і виконану з ізольованих провідників обмотку 2, робочі ділянки 3 якої укладено паралельно осі 4 якоря. Торцеві поверхні 5 втулки 1 магнітопроводу перпендикулярні зазначеній осі 4 якоря. Втулку 1 магнітопроводу встановлено на немагнітній базовій втулці 6, яка має наскрізну циліндричну внутрішню порожнину 7. У місці встановлення втулки 1 магнітопроводу немагнітну базову втулку 6 виконано з опуклим пояском 8 (діаметр пояска перевищує зовнішній діаметр базової немагнітної втулки) на її зовнішній поверхні. Опуклий поясок 8 має торцеві поверхні 9, перпендикулярні осі 4 якоря, які виконано так, що вони є продовженням відповідних торцевих поверхонь 5 втулки 1 магнітопроводу. Розміщення провідників обмотки 2 на лобових ділянках 10 виконано з повним огинанням торцевих поверхонь 5 втулки 1 магнітопроводу і торцевих поверхонь 9 немагнітної базової втулки 6. Обмотку 2 якоря залито компаундом 11. Наскрізна циліндрична порожнина 7 має циліндричну розвантажувальну проточку 14, яку виконано у місці розміщення пояска 8, а також конструктивні теплорозсіювальні елементи у вигляді повздовжніх ребер, розміщених на циліндричній поверхні наскрізної порожнини 7 у місцях відсутності проточки 14. Запропонований якір електричної машини, який встановлено з можливістю обертання навколо осі 4 якоря, наприклад, з використанням шарикопідшипників (на кресленнях не наведені), в електричному двигуні, функціонує таким чином. Через контактні щітки і колектор (на кресленнях не наведені) надходить електричне живлення до обмотки 2 якоря. За умов проходження струму у провідниках робочих ділянок 3 обмотки 2 у просторі між якорем і статором (на кресленні не наведений) виникає електромагнітне поле, яке спричиняє до обертання якоря. Запропонований якір електричної машини досить простий у конструктивному відношенні і у вигото вленні. Для його виготовлення застосовуються те хнологічні заходи (технологічні операції) і засоби (оснастка та інше обладнання), які зазвичайно використовуються при виготовленні електричних машин. Магнітопровід виконується цільнометалевим або набиратися з окремих листів електротехнічної сталі. Усі матеріали для виготовлення запропонованого пристрою зазвичайно застосовуються при виготовленні електричних машин. При такому виконанні якоря забезпечується економія матеріалів на технологічну оснастку для заливання обмотки якоря компаундом, прискорюється процес заливання тощо.