Результат интеллектуальной деятельности: Стартер-генератор с обмоткой статора с проводниками разного поперечного сечения

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в стартер-генераторных системах электрического транспорта.

Известен асинхронный генератор с восьмиполюсной сгаторной обмоткой [патент RU №2516012 A1, H02K 17/04, H02K 3/28, 20.05.2014], содержащей конденсаторы возбуждения, двадцать четыре катушечные группы, соединенные определенным образом, в которой при диаметральном шаге расположения сторон катушек частей фазных обмоток, с большим и малым токами в одних и тех же пазах можно выполнять катушки частей обмоток проводом разного сечения, что до определенного уровня степени загрузки (до 50-60%) способствует заметному снижению потерь в статорной обмотке.

Недостатком аналога является невозможность обеспечения нескольких режимов работы, в частности стартерного и генераторного.

Известна энергоэффективная электрическая машина с компактными лобовыми частями обмотки [RU №2602511, H02K 3/28, опубл. 20.11.2016], включающая сердечники статора и ротора, разделенные воздушным зазором, в прямоугольной формы пазах по крайней мере одного из которых расположены активные прямоугольной формы проводники слоев фаз волновой обмотки, включающие активные проводники выводов фаз, а над поверхностями торцевых зон этого сердечника расположены лобовые проводники обмотки, включающие лобовые проводники витков и витковых групп, при этом площади мест соединения по меньшей мере большинства лобовых и активных проводников меньше усредненной по длине паза площади поперечного сечения активных проводников, а части лобовых проводников витков обмотки, расположенные параллельно торцевым поверхностям сердечника, в большинстве находятся между местами соединения лобовых и активных проводников, при этом она снабжена дополнительными проводниками, а обмотка выполнена в виде по меньшей мере двух частей, разнесенных по высоте пазов, имеющих по два слоя активных проводников, одинаковое число фаз и полюсов, причем одноименные фазы этих частей соединены дополнительными проводниками так, что их совокупность образует фазы полной обмотки электрической машины.

Недостатком аналога является невозможность обеспечения нескольких режимов работы, в частности стартерного и генераторного.

Известен статор электрического двигателя [US 2018152070 А1, H02K 1/14; H02K 3/12; H02K 3/18; H02K 3/28, опубл. 31.05.2018], содержащий полый стальной сердечник с пазами, в которые уложено множество катушек в несколько слоев причем, по меньшей мере, в одном (нижнем) слое площадь поперечного сечения проводников обмотки, меньше, чем площадь поперечного сечения проводников (секций) во внешнем слое обмотки.

Недостатком аналога является невозможность обеспечения нескольких режимов работы, в частности стартерного и генераторного.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению приходится электрическая машина, в частности генератор с когтеобразными полюсами для автомобиля [WO 2008080966, H02K 15/03, H02K 3/12, H02K 3/28, H02K 15/04, опубл. 10.07.2008] с обмоткой статора, состоящей из нескольких частей, при этом, по крайней мере одна часть обмотки имеет поперечное сечение проводника, которое отличается от поперечного сечения другой части обмотки.

Недостатком ближайшего аналога является сложная технология сборки и ограниченные функциональные возможности, в частности невозможность обеспечения нескольких режимов работы.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей, повышение коэффициента полезного действия и надежности электрической машины за счет снижения нагрева обмотки статора.

Технический результат - снижение нагрева обмотки статора благодаря выполнению части обмотки из провода большего сечения и обеспечение работы в стартерном и генераторном режимах.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в стартер-генераторе с обмоткой статора, состоящей из нескольких частей, по крайней мере одна часть обмотки статора имеет поперечное сечение проводника, отличающееся от поперечного сечения другой части обмотки статора, согласно изобретению, части обмотки статора с разным поперечным сечением проводника разделены отпайками, разомкнутыми при работе в стартерном режиме с возможностью протекания тока по всей обмотке статора и замкнутыми при работе в генераторном режиме, с формированием нейтрали, с возможностью протекания тока по части обмотки статора с проводниками большего поперечного сечения

Существо изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема обмотки статора.

Стартер-генератор представляет собой электрическую машину обратимого действия, обмотка статора которой состоит из нескольких частей 1, 1', 1'' и 2, 2', 2'', разделенных отпайками D, D', D'', при этом первая часть обмотки статора 1, 1', 1'' выполнена из проводника большего поперечного сечения, чем вторая часть обмотки статора 2, 2', 2''. При работе в стартерном режиме отпайки D, D', D'' разомкнуты, а при работе в генераторном режиме отпайки D, D', D'' замкнуты и формируют нейтраль.

Стартер-генератор работает следующим образом.

Существует два основных режима работы: 1) стартерный режим; 2) генераторный режим.

В стартерном режиме блок управления стартер-генератором (на фиг. не показан) подает сигнал на преобразователь частоты, соединенный с обмоткой статора. Далее преобразователь частоты подает напряжение на обмотку статора и в результате электромагнитного взаимодействия ротор начинает вращаться. Так как в стартерном режиме частота вращения ротора низкая, а, следовательно низкая противо-ЭДС и высокий ток, то для снижения тока и увеличения противо-ЭДС необходимо использовать большое число витков, т.е. используется вся обмотка статора (части обмотка статора 1, 1', 1'' и 2, 2', 2''), а отпайки D, D', D'' разомкнуты, то есть в данном режиме ток протекает по всей обмотке статора.

После запуска двигателя блок управления стартер-генератором переключает его в генераторный режим и он работает как источник электроэнергии. Так как в генераторном режиме частота вращения ротора высокая, то противо-ЭДС высокая, а ток небольшой, следовательно, нет необходимости применять большое число витков, и используются части обмотки статора 1, 1', 1'', (с большим поперечным сечением) а отпайки D, D', D'' формируют нейтраль. При работе на все витки (при использовании частей обмотки статора 1, 1', 1'' и 2, 2', 2'', то есть всей обмотки статора) будет высокое напряжение, которое нужно ограничивать, что усложняет конструкцию блока управления.

Достижение повышенного коэффициента полезного действия обеспечивается снижением потерь в генераторном режиме, обусловленных нагревом обмотки статора, путем подключения к части обмотки статора с проводниками большего поперечного сечения. Так как уровень удельной тепловой нагрузки статора определяется плотностью тока в обмотке, то снижение плотности тока за счет применения проводника с большим поперечным сечением позволит уменьшить нагрев стартер-генератора.

Таким образом, заявленное изобретение обеспечивает снижение нагрева и потерь в обмотке статора и как следствие увеличение коэффициента полезного действия и надежности стартер-генератора, а также обеспечивает работу в стартерном и генераторном режимах.