Обмотка статора электрической машины
Владельцы патента RU 2471279:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) (RU)
Изобретение относится к области электротехники, в частности к обмоткам статора электрических машин, расположенным вокруг зубцов, и может быть использовано в электрических двигателях и генераторах. Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в увеличении площади поперечного сечения катушек и в уменьшении мощности потерь в них при сохранении МДС, а также в повышении технологичности обмотки статора. Нечетные катушки (1) и четные катушки (2) обмотки размещены на зубцах без коронок (3) статора, имеющего спинку (4). Благодаря выполнению четных катушек с наружными поверхностями на активной длине в виде плоскостей, параллельных осям своих зубцов, а нечетных катушек - с наружными поверхностями на активной длине в виде плоскостей, параллельных осям соседних зубцов, получена обмотка статора электрической машины, позволяющая полностью использовать межзубцовое пространство статора и снизить мощность потерь в обмотке статора при той же МДС, сохраняя при этом возможность отдельной намотки катушек и последующей их установки на зубцы, что повышает технологичность изготовления обмотки статора и повышает ремонтопригодность. 2 ил.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к обмоткам статора электрических машин вокруг зубцов. Оно может быть использовано в электрических двигателях и генераторах.
Известна обмотка статора электрической машины, катушки которой выполнены вокруг зубцов с коронками, причем каждый паз заполнен проводниками полностью (181 с., Юферов Ф.М. «Электрические машины автоматических устройств: Учеб. Для студентов вузов, обучающихся по спец. «Электромеханика» - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1988. - 479 с.) - [1].
Ее недостатком является необходимость намотки катушки вокруг зубца с коронкой и плохая ремонтопригодность.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является обмотка статора электрической машины, катушки которой выполнены вокруг зубцов без коронок, а наружные поверхности катушек на активной длине параллельны оси зубцов (8 с., Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. «Вентильно-индукторные двигатели». - М.: Издательство МЭИ, 2003. - 70 с.) - [2].
Ее недостатком является частичное использование площади окна под обмотку, что ухудшает энергетические показатели электрической машины.
Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в уменьшении мощности потерь в обмотке статора при сохранении МДС и технологичности изготовления, а также ее ремонтопригодности за счет увеличения площади поперечного сечения катушки.
Технический результат достигается тем, что обмотка статора электрической машины, катушки которой выполнены вокруг зубцов без коронок, имеет четные катушки, имеющие на активной длине наружные поверхности в виде плоскостей, параллельных осям своих зубцов, а нечетные катушки имеют на активной длине наружные поверхности в виде плоскостей, параллельных осям соседних зубцов, при этом катушки выполнены с возможностью установки сначала нечетных катушек, а затем четных.
Сущность заявленного изобретения поясняется на Фиг.1 и Фиг.2, где:
Фиг.1 - поперечное сечение электрической машины с предлагаемой обмоткой статора;
Фиг.2 - поперечное сечение электрической машины с традиционной обмоткой статора.
Здесь: 1 - нечетные катушки, 2 - четные катушки, 3 - зубцы статора без коронок, 4 - спинка статора.
Статор имеет спинку 4, зубцы без коронок 3, на которых расположены нечетные катушки 1 и четные катушки 2.
Нечетные катушки 1 имеют на активной длине наружные поверхности в виде плоскостей, параллельных осям соседних зубцов, а четные катушки имеют на активной длине наружные поверхности в виде плоскостей, параллельных осям своих зубцов, причем при сборке сначала устанавливаются нечетные катушки 1, а затем четные 2. Площади поперечного сечения на активной длине, занимаемые нечетными 1 и четными 2 катушками, равны. Катушки плотно примыкают друг к другу, а размеры зубцов позволяют установить на зубцы нечетные катушки 1 (L1<L2).
Предлагаемая обмотка статора электрической машины позволяет полностью использовать межзубцовое пространство статора, сохраняя при этом возможность отдельной намотки катушек и последующей их установки на зубцы, что улучшает технологичность изготовления обмотки статора и повышает ремонтопригодность.
Мощность потерь в катушке можно рассчитать по следующей формуле:
ΔP=k1ρj2Slcp,
где k1 - коэффициент, учитывающий заполнение медью, ρ - удельное сопротивление меди, j - плотность тока, S - площадь поперечного сечения катушки, lcp - средняя длина витка.
МДС катушки считаем постоянной и равной:
F=k2jS=const,
где k2 - коэффициент.
Тогда плотность тока в катушке равна:
.
С учетом последнего, формула расчета мощности потерь в катушке примет вид
.
Площадь поперечного сечения катушки на Фиг.2
S1=86,33 мм2.
Площадь поперечного сечения катушки на Фиг.1
S2=112,8 мм2.
Площадь поперечного сечения катушки на Фиг.1 увеличилась на
.
Мощность потерь в катушках на Фиг.2 и Фиг.1 соответственно равны:
, 
,
где 
.
Мощность потерь в катушке на Фиг.1 по отношению к мощности потерь на Фиг.2 составляет
.
Таким образом, использованием предлагаемой формы катушек обмотки статора удалось уменьшить потери в обмотке на 23,5%, сохранив при этом ее МДС, технологичность сборки обмотки статора и ее ремонтопригодность.
Обмотка статора электрической машины, катушки которой выполнены вокруг зубцов без коронок, отличающаяся тем, что четные катушки имеют на активной длине наружные поверхности в виде плоскостей, параллельных осям своих зубцов, а нечетные катушки имеют на активной длине наружные поверхности в виде плоскостей, параллельных осям соседних зубцов, при этом катушки выполнены с возможностью установки сначала нечетных катушек, а затем четных.
