Результат интеллектуальной деятельности: Статор отказоустойчивой электрической машины

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к устройству статоров электрических машин, и может быть использовано в электромашиностроении для обеспечения отказоустойчивости.

Известен охлаждаемый статор электрической машины [патент РФ №169096 U1, H02K 1/20, 03.03.2017], содержащий размещенные в пазах магнитопровода статора фазные обмотки с образованием между смежными обмотками и магнитопроводом полостей треугольного сечения, в которых размещен трубчатый теплообменник с образованием контакта с поверхностями обмоток и магнитопровода, образующими указанное треугольное сечение, при этом трубчатый теплообменник выполнен из теплопроводящего силикона так, что 4T/π≥D≥T, где D - внешний диаметр трубчатого теплообменника; Τ - длина профиля указанного треугольного сечения по магнитопроводу.

Недостатком аналога является низкая отказоустойчивость.

Известен статор электрической машины [авт. свид. SU №383161 Α1, H02K 3/24, 23.05.1973], содержащий магнитопровод и обмотку, размещенную в его пазах и выполненную из отдельных стержней, между которыми установлены вентиляционные трубки с встречным прохождением охлаждающего вещества в рядом расположенных трубках, причем указанные вентиляционные трубки имеют сплошную поперечную перегородку в средней части паза, причем каждая пара смежных трубок гидравлически соединена между собой посредством сквозных отверстий, выполненных в сопрягаемых стенках трубок с обеих сторон от поперечной перегородки.

Недостатком аналога является низкая отказоустойчивость.

Известна электрическая машина из композитных материалов [патент RU №200923 U1, 06.12.2019 H02K 21/02; H02K 1/16; H02K 1/20; H02K 1/27; H02K 5/02; H02K 5/16; H01F 1/08], содержащая корпус, в котором размещены статор с расположенной на нем многофазной многополюсной обмоткой, ротор, состоящий из массива блоков постоянных магнитов, содержащий чередующиеся постоянные магниты с радиальной и тангенциальной намагниченностями, на внешней поверхности которого расположена тонкостенная оболочка, при этом корпус выполнен из прессованного композитного материала, зубчатый сердечник статора выполнен из прессованного магнитомягкого порошкового композитного материала, проводники многофазной многополюсной обмотки, расположенные в пазах зубчатого сердечника статора, выполнены из углеродных нанотрубок, причем в пазах зубчатого сердечника статора рядом с проводниками обмотки расположены полые трубки охлаждения из композитного материала с высокой теплопроводностью с возможностью прохождения по ним хладагента, которые соединены между собой и составляют систему охлаждения с одним входом и одним выходом для прохождения хладагента, а чередующиеся постоянные магниты с радиальной и тангенциальной намагниченностями выполнены из полимерных постоянных магнитов, созданных при помощи трехмерной печати, тонкостенная оболочка, расположенная на внешней поверхности ротора, выполнена из углеродных или арамидных волокон, при этом вал, на котором расположен массив блоков постоянных магнитов, содержащий чередующиеся постоянные магниты с радиальной и тангенциальной намагниченностями, выполнен из материала на основе углеродного волокна, подшипники, установленные на валу, выполнены из композитного материала на основе нитрида кремния.

Недостатком аналога является низкая отказоустойчивость.

Известен статор электрической машины с трубчатой системой охлаждения [патент RU №2719287 C1, H02K 3/24, H02K 1/20, 17.04.2020], содержащий магнитопровод с уложенными в нем обмоткой с проводниками и силиконовыми трубками. Обмотка статора расположена внутри силиконовых трубок с возможностью омывания хладагентом поверхности проводников. Силиконовые трубки выполняют также функции пазовой изоляции. В области лобовых частей обмотки силиконовые трубки присоединены к тройникам с возможностью прохождения хладагента через отверстия. Один из тройников имеет отверстие, через которое герметично выведены проводники обмотки.

Наиболее близким по конструкции к заявляемому изобретению является статор электрической машины [патент RU №2025864 C1, H02K 3/24, H02K 1/16, 30.12.1994], содержащий магнитопровод с открытыми прямоугольными пазами, в которых расположена обмотка с упорядоченным расположением круглых проводников в катушечных группах, пазовые части которых выполнены с жесткими гильзами, опрессованными на клее и термически отвержденными, и закреплены в пазах термически отвержденной магнитодиэлектрической массой, в котором поверхность жестких пазовых гильз, обращенная к расточке статора, выполнена с продольными призматическими выступами, а в закрепляющей обмотку в пазах магнитодиэлектрической массе образованы соответствующие продольные впадины.

Недостатком ближайшего аналога является низкая отказоустойчивость.

Задача изобретения - повышение надежности электрической машины за счет повышения ее отказоустойчивости.

Техническим результатом является повышение отказоустойчивости электрической машины благодаря применению конструкции статора, в котором при повышении температуры выше допустимых пределов обеспечивается создание нового теплоизоляционного слоя, возможность пожаротушения, и минимизация тепловыделений обмотки статора.

Поставленная задача решается и указанный результат достигается тем, что в статоре электрической машины, содержащем магнитопровод с открытыми прямоугольными пазами, в которых расположена обмотка, с упорядоченным расположением проводников в катушечных группах, согласно изобретению, пазовые части обмотки разделены слоями - слоем огнеупорной пасты и, с обеих сторон огнеупорной пасты, последовательно слоем изоляции, устойчивой к воздействию хладагента и воздушным зазором с возможностью протекания по нему хладагента.

Кроме того, статор электрической машины, согласно изобретению может быть выполнен с открытыми прямоугольными пазами, выполненными с выступом в центре с возможностью введения слоя огнеупорной пасты.

Кроме того, статор электрической машины, согласно изобретению может быть выполнен с открытыми прямоугольными пазами, выполненными ступенчатой формы в центре с возможностью введения слоя огнеупорной пасты.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показаны конструктивные исполнения формы паза статора и размещения в нем огнеупорной пасты: открытый прямоугольный паз с выступом в центре (а) и открытый прямоугольный паз ступенчатой формы в центре (б).

Предложенное устройство содержит магнитопровод с открытыми прямоугольными пазами, в которых расположена обмотка статора 1, с упорядоченным расположением проводников в катушечных группах, причем пазовые части обмотки разделены слоями - слоем огнеупорной пасты 2 и, с обеих сторон огнеупорной пасты 2, последовательно слоем изоляции 3, устойчивой к воздействию хладагента, например, полиамида, и воздушным зазором с возможностью протекания по нему хладагента.

Достижение отказоустойчивости электрической машины обеспечивается дополнительной изоляцией обмотки огнеупорной пастой, которая при повышении температуры выше допустимых пределов расширяется и создает новый теплоизоляционный слой, обеспечивает возможность пожаротушения и минимизацию тепловыделений обмотки статора.

Статор отказоустойчивой электрической машины работает следующим образом: при протекании тока по обмотке статора 1 в ней образуются потери, выделяющиеся в виде тепловой энергии. При возникновении неисправности обмотки (например, короткого замыкания) проходит ее местный нагрев, при этом температура нагрева может повыситься выше допустимых пределов, в результате которого происходит расширение огнеупорной пасты 2 и создание нового теплоизоляционного слоя в воздушном зазоре 4 и пазовом пространстве, что позволяет снизить температуру нагрева и блокировать возможное возгорание. Таким образом достигается повышение надежности электрической машины и соответственно отказоустойчивости электрической машины. Важным преимуществом заявляемого изобретения является минимизация тепловыделений обмотки статора и обеспечение возможности пожаротушения.