EA037210B1 - Electric motor - Google Patents

Abstract

The invention relates to electrical machine-building, in particular, to building of low- and medium-power electric motors. The electric motor 1 comprises a stator 2 and a rotor including a core secured on a shaft 4. The stator 2 is made of a pack of stator sheets forming a hollow cylinder, the external surface of the cylinder having weld seams located along the stator 2 axis, and a protective coating. The core 3 is formed by stacking of rotor sheets on the shaft 4. The sheets have rectangular cutouts along the contour that form, after stacking, slots directed along the core 3 axis. Permanent magnets are secured into the slots using a glue having a filler of iron powder. The proposed design of the electric motor has a high resistance to adverse environmental impact, sufficient rigidity and leak-tightness, high heat transfer into the ambient environment, and reduced weight and size characteristics, which, in turn, allows for placing the electric motor in areas hard to access for maintenance.

Description

ОБЩЕСТВО МЕЖГОСУДАРСТВЕННАЯ КОРПОРАЦИЯ РАЗВИТИЯ (RU) (72) Изобретатель:SOCIETY INTERSTATE DEVELOPMENT CORPORATION (RU) (72) Inventor:

Овсепян Артем Сергеевич (RU) (74) Представитель:Hovsepyan Artem Sergeevich (RU) (74) Representative:

Ловцов С.В., Левчук Д.В., Вилесов А.С., Коптева Т.В., Ясинский С.Я.Lovtsov S.V., Levchuk D.V., Vilesov A.S., Kopteva T.V., Yasinsky S.Ya.

(RU) (56) US-B2-8541918(RU) (56) US-B2-8541918

US-B2-6777850US-B2-6777850

US-A1-4777397US-A1-4777397

US-A1-20040178692 WO-A1-2005041390 SU-A1-1332468US-A1-20040178692 WO-A1-2005041390 SU-A1-1332468

037210 В1037210 B1

037210 Bl (57) Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к конструкции электродвигателей малой и средней мощности. Электродвигатель (1) содержит статор (2) и ротор, включающий сердечник (3), закрепленный на валу (4). Статор (2) изготовлен из пакета статорных листов, образующих полый цилиндр, на наружной поверхности которого выполнены направленные вдоль оси статора (2) сварные швы и нанесено защитное покрытие. Сердечник (3) образован посредством нашихтовки на вал (4) роторных листов, по контуру имеющих прямоугольные вырезы, после нашихтовки образующие пазы, направленные вдоль оси сердечника (3), в которые вклеены постоянные магниты при помощи клея, имеющего наполнитель в виде железного порошка. Предложенная конструкция электродвигателя обладает высокой стойкостью к воздействиям негативных факторов окружающей среды, необходимой прочностью и герметичностью, хорошей теплоотдачей во внешнюю среду и уменьшенными массогабаритными характеристиками, что в свою очередь позволяет размещать электродвигатель в труднодоступных для обслуживания местах.037210 Bl (57) The invention relates to electrical engineering, in particular to the design of electric motors of low and medium power. The electric motor (1) contains a stator (2) and a rotor including a core (3) fixed on a shaft (4). The stator (2) is made of a stack of stator sheets, forming a hollow cylinder, on the outer surface of which welded seams directed along the stator (2) axis are made and a protective coating is applied. The core (3) is formed by striking rotor sheets on the shaft (4), having rectangular cutouts along the contour, after stripping, forming grooves directed along the axis of the core (3), into which permanent magnets are glued using glue having a filler in the form of iron powder. The proposed design of the electric motor has a high resistance to the effects of negative environmental factors, the required strength and tightness, good heat transfer to the external environment and reduced weight and size characteristics, which in turn makes it possible to place the electric motor in places that are difficult to access for maintenance.

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к конструкции электродвигателей малой и средней мощности.The invention relates to electrical engineering, in particular to the design of electric motors of low and medium power.

Известна конструкция электродвигателя (см. патент RU 2628017, опубл. 19.06.2017 г., H02K 1/20, H02K 5/20, H02K 9/19), содержащая статор, ротор и внутренний циркуляционный контур охлаждения ротора, включающий в себя корпус, имеющий оболочку в форме боковой поверхности цилиндра, при этом внутри корпуса расположен имеющий форму полого цилиндра пакет листов статора, имеющий расположенные на наружной стороне пазы, в которых расположены каналы охлаждения. Пакет листов статора имеет расположенные на наружной стороне, распространяющиеся в осевом направлении углубления, которые являются частью внутреннего циркуляционного контура охлаждения ротора.The design of an electric motor is known (see patent RU 2628017, publ. 06/19/2017, H02K 1/20, H02K 5/20, H02K 9/19), containing a stator, a rotor and an internal circulation circuit for cooling the rotor, including a housing, having a shell in the form of a lateral surface of a cylinder, while inside the housing there is a stack of stator sheets in the form of a hollow cylinder, having grooves located on the outer side in which cooling channels are located. The stator sheet stack has axially extending recesses located on the outside, which are part of the internal circulation circuit for the cooling of the rotor.

Недостатком рассмотренного электродвигателя является сложная система каналов, предназначенных для охлаждения конструктивных элементов электродвигателя, что ухудшает надежность и увеличивает массогабаритные характеристики всего изделия.The disadvantage of the considered electric motor is a complex system of channels designed to cool the structural elements of the electric motor, which worsens the reliability and increases the weight and size characteristics of the entire product.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является вентильно-реактивный электрический двигатель (см. патент RU 131251, опубл. 10.08.2013 г., H02K 29/10), содержащий корпус, внутри которого расположены передний и задний подшипниковые узлы, статор, ротор, жестко закрепленный на валу, а также датчик положения ротора.The closest technical solution (prototype) is a valve-reluctance electric motor (see patent RU 131251, publ. 08/10/2013, H02K 29/10), containing a housing, inside which there are front and rear bearing assemblies, a stator, a rotor, rigidly mounted on the shaft, as well as a rotor position sensor.

Недостатком прототипа является то, что конструкция электродвигателя не обладает необходимой прочностью и герметичностью, также у него недостаточно хорошие теплоотдача и защищенность от воздействия негативных факторов окружающей среды, вследствие чего такая конструкция не позволяет устанавливать электродвигатель в местах, где обслуживание затруднено по определенным причинам.The disadvantage of the prototype is that the design of the electric motor does not have the necessary strength and tightness, it also lacks good heat transfer and protection from negative environmental factors, as a result of which such a design does not allow installing the electric motor in places where maintenance is difficult for certain reasons.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является конструкция электродвигателя с высокой стойкостью к воздействиям негативных факторов окружающей среды, обладающим необходимой прочностью и герметичностью, хорошей теплоотдачей во внешнюю среду и уменьшенными массогабаритными характеристиками.The technical result, which the invention is aimed at, is the design of an electric motor with high resistance to the effects of negative environmental factors, possessing the necessary strength and tightness, good heat transfer to the environment and reduced weight and size characteristics.

Технический результат достигается за счет того, что у электродвигателя, содержащего статор и сердечник, закрепленный на валу, статор изготовлен из пакета статорных листов, образующих полый цилиндр, на наружной поверхности которого выполнены направленные вдоль оси статора сварные швы и затем нанесено защитное покрытие, а сердечник образован посредством нашихтовки на вал роторных листов, которые по контуру имеют прямоугольные вырезы, после нашихтовки образующие пазы, направленные вдоль оси сердечника, в которые прикреплены постоянные магниты.The technical result is achieved due to the fact that in an electric motor containing a stator and a core fixed on the shaft, the stator is made of a package of stator sheets, forming a hollow cylinder, on the outer surface of which welded seams directed along the stator axis are made and then a protective coating is applied, and the core it is formed by means of scribbling on the shaft of rotor sheets, which have rectangular cutouts along the contour, after scribbling forming grooves directed along the axis of the core, into which permanent magnets are attached.

Заявляемое техническое решение поясняется следующими чертежами:The claimed technical solution is illustrated by the following drawings:

на фиг. 1 изображен общий вид электродвигателя;in fig. 1 shows a general view of the electric motor;

на фиг. 2 - поверхность статора;in fig. 2 - stator surface;

на фиг. 3 - закрепленный на валу сердечник;in fig. 3 - core fixed to the shaft;

на фиг. 4 - поверхность сердечника.in fig. 4 - core surface.

Электродвигатель 1 состоит из статора 2 и ротора, включающего сердечник 3, закрепленый на валу 4. Статор 2 изготовлен из статорных листов 5, собранных в пакет и образующих полый цилиндр, на поверхность которого выполнены сварные швы 6, а затем нанесено защитное покрытие 7 и при необходимости кремнийорганическое гидрофобное покрытие 8. Сердечник 3 электродвигателя 1 представляет собой роторные листы 9, нашихтованные и закрепленные на валу 4, которые по контуру имеют прямоугольные вырезы, после нашихтовки образующие пазы 10, в которые приклеиваются клеем 11 постоянные магниты 12. Поверхность сердечника 3 с двух сторон фиксируется алюминиевыми кольцами 13.The electric motor 1 consists of a stator 2 and a rotor, including a core 3, fixed on a shaft 4. Stator 2 is made of stator sheets 5, assembled in a package and forming a hollow cylinder, on the surface of which welded seams 6 are made, and then a protective coating 7 is applied and at necessary, an organosilicon hydrophobic coating 8. The core 3 of the electric motor 1 is rotor sheets 9, embossed and fixed on the shaft 4, which have rectangular notches along the contour, after the embossing they form grooves 10 into which permanent magnets are glued with glue 11 12. The surface of the core 3 from two sides are fixed with aluminum rings 13.

Отличительной особенностью электродвигателя 1 (фиг. 1) является отсутствие корпуса, что обеспечено особенностями конструкции статора 2.A distinctive feature of the electric motor 1 (Fig. 1) is the absence of a housing, which is provided by the design features of the stator 2.

Статор 2 изготовлен из собранных в пакет статорных листов 5, образующих полый цилиндр. Пакет формируется из набранных на оправку по шихтовочному знаку статорных листов 5. Они скреплены между собой, например, по принципу, описанному в патенте США (см. патент US 6777850, опубл. 17.08.2004 г., H02K 15/02, H02K 19/22), где на наружной боковой поверхности пакета статорных листов 5 выполнены сварные швы 6 (фиг. 2). Каждый сварной шов 6 выполнен за один проход по всей длине пакета статорных листов 5. При этом количество сварных швов 6 определяется исходя из прочностного расчета статора 2 и может быть увеличено по мере увеличения его диаметра. Выполнение сварных швов 6 обеспечивает прочность и жесткость конструкции статора 2 электродвигателя 1.Stator 2 is made of stacked stator sheets 5 forming a hollow cylinder. The package is formed from the stator sheets 5 assembled on the mandrel according to the charge mark 5. They are fastened together, for example, according to the principle described in the US patent (see US patent 6777850, publ. 17.08.2004, H02K 15/02, H02K 19 / 22), where welded seams 6 are made on the outer side surface of the stack of stator sheets 5 (Fig. 2). Each welded seam 6 is made in one pass along the entire length of the stack of stator sheets 5. In this case, the number of welded seams 6 is determined based on the strength calculation of the stator 2 and can be increased as its diameter increases. The execution of welds 6 ensures the strength and rigidity of the structure of the stator 2 of the electric motor 1.

Высокую стойкость электродвигателя 1 к воздействиям негативных факторов окружающей среды, хорошую теплоотдачу и герметичность его конструкции обеспечивает нанесение защитного покрытия 7 на сформированный пакет статорных листов 5. На наружную поверхность стянутых в пакет и зафиксированных сварными швами 6 статорных листов 5 электродвигателя 1 напыляется защитное покрытие 7 одним из приведенных способов: вакуумно-конденсационным, газотермическим, плазменным, газодинамическим или лазерным. В качестве материалов защитного покрытия 7 применяются медные или алюминиевые сплавы, нержавеющая сталь, керамика, полимерные материалы, обладающие высокой теплопроводностью, коррозионностойкие, стойкие к механическому воздействию. Материал защитного покрытия 7 выбирается в зависимости от условий эксплуатации электродвигателя 1. Например, напыление нержавеющей стали придает дополнительную прочность статору 2 электродвигателя 1 и защищает отThe high resistance of the electric motor 1 to the effects of negative environmental factors, good heat transfer and tightness of its structure is ensured by the application of a protective coating 7 on the formed package of stator sheets 5. On the outer surface of the 6 stator sheets 5 of the electric motor 1 tightened into a package and fixed by welds, a protective coating 7 of the above methods: vacuum-condensation, gas-thermal, plasma, gas-dynamic or laser. Copper or aluminum alloys, stainless steel, ceramics, polymeric materials with high thermal conductivity, corrosion-resistant, resistant to mechanical stress are used as materials for the protective coating 7. The material of the protective coating 7 is selected depending on the operating conditions of the electric motor 1. For example, the spraying of stainless steel gives additional strength to the stator 2 of the electric motor 1 and protects against

- 1 037210 воздействий негативных факторов окружающей среды (наппример, соляной туман, химикаты). А напыление керамического защитного покрытия 7 обеспечивает защиту от динамического воздействия песка (пыли).- 1,037210 impacts of negative environmental factors (eg salt fog, chemicals). And the spraying of a ceramic protective coating 7 provides protection against the dynamic effects of sand (dust).

Для защиты статора 2 электродвигателя 1 от загрязнений поверх напыленного защитного покрытия 7 следующим слоем может быть нанесен, например, кистью, слой кремнийорганического гидрофобного покрытия 8 холодного отверждения в жидком или пастообразном исходном состоянии с последующей вулканизацией. Нанесение поверх основного защитного покрытия 7 кремнийорганического гидрофобного покрытия 8 препятствует загрязнению поверхности статора 2 электродвигателя 1, которое ухудшает теплопроводные свойства. Например, выбор в качестве материала защитного покрытия 7 статора 2 сплава меди и нанесение поверх него кремнийорганического гидрофобного покрытия 8 обеспечивает хорошую теплопроводность электродвигателя 1 и препятствует его загрязнению, что позволяет устанавливать его в местах, где обслуживание затруднено по определенным причинам.To protect the stator 2 of the electric motor 1 from contamination over the sprayed protective coating 7, the next layer can be applied, for example, with a brush, a layer of a hydrophobic silicone coating 8 of cold curing in a liquid or pasty initial state, followed by vulcanization. The application over the main protective coating 7 of an organosilicon hydrophobic coating 8 prevents contamination of the surface of the stator 2 of the electric motor 1, which deteriorates the thermal conductivity properties. For example, the choice of copper alloy as the material of the protective coating 7 of the stator 2 and the deposition of an organosilicon hydrophobic coating 8 over it ensures good thermal conductivity of the electric motor 1 and prevents it from contamination, which makes it possible to install it in places where maintenance is difficult for certain reasons.

Напыление на статор защитного покрытия обеспечивает не только защиту от воздействия негативных факторов окружающей среды и хорошую герметичность, но и уменьшает массогабаритные характеристики за счет того, что статор выполняет одновременно функции корпуса электродвигателя.Spraying a protective coating on the stator provides not only protection against the effects of negative environmental factors and good tightness, but also reduces the weight and size characteristics due to the fact that the stator simultaneously performs the functions of an electric motor housing.

Сердечник 3 (фиг. 3) электродвигателя 1 состоит из нашихтованных на вал 4 роторных листов 9, которые по контуру имеют прямоугольные вырезы, после нашихтовки образующие пазы 10, направленные вдоль оси сердечника 3, в которые прикрепляются клеем 11 постоянные магниты 12.The core 3 (Fig. 3) of the electric motor 1 consists of rotor sheets 9, which are welded onto the shaft 4, which have rectangular cutouts along the contour, after shaping, forming grooves 10 directed along the axis of the core 3, into which permanent magnets 12 are attached with glue 11.

В процессе изготовления роторного листа 9 имеется определенная погрешность его изготовления, поэтому поверхность образованного паза 10 получается ступенчатой (фиг. 4). Для снижения магнитного сопротивления при приклеивании постоянных магнитов 12 в пазы 10 применяют клей 11, в состав которого добавлен наполнитель - железный порошок. Тем самым после установки магнита 12 в паз 10 между поверхностью магнита 12 и поверхностью паза 10 образуется зазор, заполненный клеем 11. За счет того, что в него добавлен железный порошок, он обладает увеличенной магнитной проводимостью. Для более надежной фиксации магнитов 12 поверхность сердечника 3 с двух сторон фиксируется алюминиевыми кольцами 13. Применение при изготовлении сердечника 3 клея 11, в состав которого входит порошок, улучшает его электромагнитные характеристики.In the process of manufacturing the rotor sheet 9, there is a certain error in its manufacture, therefore, the surface of the formed groove 10 is stepped (Fig. 4). To reduce the magnetic resistance when gluing permanent magnets 12 into the grooves 10, glue 11 is used, to which a filler is added - iron powder. Thus, after the magnet 12 is installed in the groove 10, a gap is formed between the surface of the magnet 12 and the surface of the groove 10 and is filled with an adhesive 11. Due to the addition of iron powder, it has an increased magnetic conductivity. For a more reliable fixation of the magnets 12, the surface of the core 3 is fixed on both sides with aluminum rings 13. The use of glue 11, which contains powder, in the manufacture of the core 3, improves its electromagnetic characteristics.

Предложенная конструкция электродвигателя обладает высокой стойкостью к воздействиям негативных факторов окружающей среды, необходимой прочностью и герметичностью, хорошей теплоотдачей во внешнюю среду и уменьшенными массогабаритными характеристиками.The proposed design of the electric motor has a high resistance to the effects of negative environmental factors, the required strength and tightness, good heat transfer to the external environment and reduced weight and size characteristics.

Claims (8)

1. Электродвигатель, содержащий статор и ротор, включающий закрепленный на валу сердечник, отличающийся тем, что статор изготовлен из пакета статорных листов, образующих полый цилиндр, на наружной поверхности которого выполнены направленные вдоль оси статора сварные швы и нанесено защитное покрытие, а сердечник выполнен из нашихтованных на вал роторных листов, по контуру имеющих прямоугольные вырезы, после нашихтовки образующие пазы, направленные вдоль оси сердечника, в которые прикреплены постоянные магниты.1. An electric motor containing a stator and a rotor, including a core fixed to the shaft, characterized in that the stator is made of a stack of stator sheets forming a hollow cylinder, on the outer surface of which welds directed along the stator axis are made and a protective coating is applied, and the core is made of rotor sheets rolled onto the shaft, having rectangular cutouts along the contour, after being rolled forming grooves directed along the axis of the core, into which permanent magnets are attached. 2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала защитного покрытия использован медный сплав.2. An electric motor according to claim 1, characterized in that a copper alloy is used as the material of the protective coating. 3. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала защитного покрытия использован алюминиевый сплав.3. An electric motor according to claim 1, characterized in that an aluminum alloy is used as the material of the protective coating. 4. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала защитного покрытия использована нержавеющая сталь.4. An electric motor according to claim 1, characterized in that stainless steel is used as the material of the protective coating. 5. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала защитного покрытия использована керамика.5. An electric motor according to claim 1, characterized in that ceramic is used as the material of the protective coating. 6. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала защитного покрытия использованы полимерные материалы.6. An electric motor according to claim 1, characterized in that polymeric materials are used as the material of the protective coating. 7. Электродвигатель по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, или 6, отличающийся тем, что поверх напыленного защитного покрытия вторым слоем нанесен слой кремнийорганического гидрофобного покрытия.7. An electric motor according to claim 1, or 2, or 3, or 4, or 5, or 6, characterized in that a layer of an organosilicon hydrophobic coating is applied over the sprayed protective coating with a second layer. 8. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что постоянные магниты прикреплены при помощи клея, имеющего наполнитель в виде железного порошка.8. An electric motor according to claim 1, characterized in that the permanent magnets are attached with an adhesive having an iron powder filler.