СТАТОРНЫЙ УЗЕЛ
STATOR ASSEMBLY

1810697
СТАТОРНЫЙ УЗЕЛ
Область техники
Изобретение относится к статорному узлу для электродвигателя.
Предшествующий уровень техники
Электродвигатели обычно содержат роторный узел и статорный узел. Статорный узел в бесщеточном электродвигателе с постоянными магнитами содержит сердечник статора и обмотку. Обмотка намотана вокруг части сердечника статора и обычно расположена на катушке, которая прикреплена к сердечнику статора. Наматывание обмотки на катушку можно осуществлять перед прикреплением катушки к сердечнику статора или после крепления. Наматывание обмотки на катушку перед креплением катушки к сердечнику статора позволяет легко выполнять операцию наматывания. Однако это ограничивает форму сердечника статора. Более часто катушку сначала получают формованием на сердечнике статора, после чего вокруг нее наматывают обмотку. Однако это может сильно усложнить операцию наматывания. Для выполнения сложных операций наматывания может потребоваться специальное оборудование, что значительно увеличит стоимость изготовления электродвигателя.
Обычно сердечник статора прикреплен к корпусу электродвигателя, так что позиционирование сердечника статора относительно других компонентов электродвигателя, например, относительно роторного узла, можно тщательно контролировать с очень жестким допуском. Однако использование сердечников статоров для такого позиционирования может сделать их дорогостоящими в отношении обеспечения жесткого допуска, а также может сделать их большими и громоздкими. Это увеличивает стоимость и массу всего электродвигателя.
Соответственно, требуется электродвигатель, содержащий усовершенствованный статорный узел, который может способствовать уменьшению вышеописанных проблем.
Раскрытие изобретения
Изобретение предлагает четырехполюсный статорный узел, включающий в себя: узел катушки и два c-образных сердечника статора, причем каждый c-образный сердечник статора содержит спинку и первое и второе плечи полюсов, отходящие от спинки. Узел катушки содержит первую и вторую части катушки, причем каждая часть катушки содержит два полых плеча катушки, и каждое плечо катушки ограничивает паз для размещения плеча полюса, и обмотку, намотанную вокруг каждого плеча катушки. Указанные c-образные сердечники статора выполнены так, что каждый c-образный сердечник статора соединяет мостом обе части катушки, причем одно из первого и второго плеч полюсов проходит через паз в первой части катушки, а другое из первого и второго плеч полюсов проходит через паз во второй части катушки, и плечи полюсов закреплены в пазах адгезивом.
В результате обмотки могут быть намотаны вокруг каждой из частей катушки по отдельности с помощью несложной процедуры наматывания, и затем после сборки статорного узла части катушки надежно удерживаются вместе c-образными сердечниками статора, которые соединяют мостом обе части. Это позволяет получить более быстрый и более простой процесс изготовления, который может снизить расходы на изготовление статорного узла и, следовательно, также и стоимость электродвигателя.
Каждая из первой и второй частей катушек может содержать полукруглые углубления. Указанные полукруглые углубления в каждой части катушки могут образовывать часть цилиндрического отверстия в узле катушки. Когда во время сборки две части катушки сводят вместе, два полукруглых углубления образуют цилиндрическое отверстие в узле катушки. В этом цилиндрическом отверстии можно размещать магнит роторного узла, когда статорный узел собирают в электродвигателе, и, кроме того, цилиндрическое отверстие обеспечивает высокий уровень контроля во время относительного позиционирования магнита и сердечников статора.
Полуцилиндрическое отверстие может содержать два окна для рабочих поверхностей полюсов, представляющие собой внутреннее окончание каждого из пазов в соответствующей части катушки. Соответственно, указанные окна обеспечивают надлежащее магнитное взаимодействие между c-образным сердечником статора и магнитом, расположенным внутри цилиндрического отверстия, благодаря тому, что окна для рабочих поверхностей полюсов находятся в непосредственной близости от магнита.
Каждое плечо полюса каждого c-образного сердечника статора может содержать рабочую поверхность полюса на противоположном конце плеча полюса относительно спинки. Каждое плечо полюса может содержать канавку для адгезива, расположенную вблизи рабочей поверхности полюса. Это обеспечивает прочную связь между узлом катушки и c-образным сердечником статора рядом с рабочей поверхностью полюса для уменьшения изгибания плеч полюсов.
Каждая рабочая поверхность полюса может быть расположена в окне для рабочей поверхности полюса и образовывать часть стенки полуцилиндрического углубления. Соответственно, рабочие поверхности полюсов могут быть расположены максимально близко к магниту, расположенному внутри цилиндрического отверстия, и могут обеспечивать улучшенное магнитное взаимодействие между сердечниками статора и магнитом.
Каждая катушка может содержать наружный буртик. Указанный буртик предназначен для удерживания обмоток на месте на плечах катушки и снижает риск смещения обмоток.
Узел катушки может содержать одно или более крепежных углублений. Каждая часть узла катушки может содержать крепежное углубление. Соответственно, узел катушки можно легко прикрепить к корпусу или другому компоненту во время его установки в электродвигатель. Весь статорный узел можно прикрепить к электродвигателю посредством одного или более крепежных углублений в узле катушки.
По другому аспекту изобретение предлагает электродвигатель, содержащий статорный узел, описанный в любом из предыдущих изложений, роторный узел и корпус.
В результате упрощаются изготовление и сборка электродвигателя благодаря преимуществам статорного узла, описанного выше. В свою очередь, можно свести к минимуму стоимость электродвигателя и соответствующие расходы на изготовление.
Роторный узел может содержать постоянный магнит, прикрепленный к поворотному валу, и роторный узел может быть расположен таким образом, что постоянный магнит будет расположен между c-образными сердечниками статора. Постоянный магнит может быть четырехполюсным магнитом, так чтобы каждый полюс взаимодействовал с каждой из рабочих поверхностей полюсов в статорном узле, который содержит два c-образных сердечника статора.
Узел катушки может быть прикреплен к корпусу, причем корпус содержит один или более выступов, которые вставляют в одно или более углублений в узле катушки, и один или более выступов могут быть закреплены в одном или более углублениях адгезивом.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания изобретения далее в качестве примера приведено описание вариантов осуществления изобретения со ссылками на чертежи.
На фиг. 1 показан статорный узел;
на фиг. 2 – часть катушки;
на фиг. 3 – электродвигатель, содержащий статорный узел на фиг. 1, в разобранном виде;
на фиг. 4 – корпус электродвигателя на фиг. 3, вид в разрезе; и
на фиг. 5 – статорный узел и роторный узел электродвигателя на фиг. 3, вид в разрезе.
Варианты осуществления изобретения
На фиг. 1 показан статорный узел 10. Статорный узел 10 содержит два c-образных сердечника 20 статора и узел 12 катушки. Каждый c-образный сердечник 20 статора (также именуемый как c-сердечник) содержит спинку 22 и два плеча 24 полюсов, которые отходят от спинки 22. На конце каждого плеча 24 полюса расположена рабочая поверхность 26 полюса. На наружной стороне каждого плеча 24 полюса за рабочей поверхностью 26 полюса расположена канавка 28, которая проходит по осевой длине плеча 24 полюса. Указанная канавка 28 создает объем, в который может быть помещен адгезив, и эта область обеспечивает прочную адгезионную связь между c-сердечником и узлом 12 катушки. Следует принять во внимание, что благодаря наличию рабочих поверхностей 26 полюсов на концах плеч 24 полюсов существует возможность изгибания плеч 24 полюсов под действием переменных сил магнитного поля, когда магнит вращается рядом с c-сердечником 20. Любое перемещение рабочих поверхностей полюсов относительно магнита может оказывать отрицательное воздействие на рабочие характеристики электродвигателя. Следовательно, благодаря размещению канавки 28 вблизи рабочей поверхности 26 полюса любое перемещение рабочей поверхности 26 полюса сводится к минимуму. Понятие «вблизи» означает, что канавка 28 и рабочая поверхность 26 полюса расположены достаточно близко друг к другу, так что адгезионная связь сводит к минимуму любое перемещение рабочей поверхности 26 полюса, когда магнит ротора вращается рядом с c-сердечником 20.
Как вариант, плечи 24 полюсов могут не содержать никаких канавок. В этом случае адгезив может быть нанесен вдоль значительной части наружной стороны каждого плеча полюса, так чтобы обеспечить большую площадь склеивания плеча полюса и узла катушки. Это позволяет получить прочную адгезионную связь, создающую такой же эффект в отношении сведения к минимуму любого перемещения рабочей поверхности 26 полюса во время вращения магнита ротора.
На каждом c-сердечнике 20 рабочая поверхность 26 полюса на конце одного плеча 24 полюса отличается от рабочей поверхности полюса на конце другого плеча полюса этого c-сердечника 20. Причина такой асимметрии между рабочими поверхностями 26 полюсов связана с увеличением выпуклости. Увеличенная выпуклость создает условия для расположения ротора в конкретном положении относительно сердечников статора, когда он не вращается, так чтобы электродвигатель можно было легко повторно запустить в конкретном направлении. Если бы обе рабочие поверхности 26 полюсов на c-сердечниках были одинаковыми, было бы сложно создать условия для вращения ротора в требуемом направлении при запуске электродвигателя.
Узел катушки 12 содержит две части 14 катушки. Одна часть 14 катушки подробно показана на фиг. 2. Каждая часть 14 катушки содержит два полых плеча 16 катушки, отходящих наружу, каждое из которых имеет на конце буртик 34. Плечи 16 катушки ограничивают пазы 17, в которые могут быть помещены плечи 24 полюсов c-сердечников 20. Вокруг плеч 16 катушки могут быть намотаны обмотки (не показаны) для возбуждения магнитного поля в c-сердечниках 20, и буртики 34 предназначены для удерживания обмоток на месте на плечах 16 катушки. Пазы 17 в плечах 16 катушки позволяют вставлять плечи 24 полюсов c-сердечников 20 в узел 12 катушки, так чтобы обмотка была расположена вокруг каждого плеча 24 полюса. На фиг. 1 показано, как собирают статорный узел 10 посредством вставления c-сердечников 20 в узел 12 катушки, стрелками S, после примыкания обеих частей катушки друг к другу. Указанные c-сердечники 20 выполнены таким образом, что каждый c-сердечник 20 соединяет обе части 14 катушки, причем одно плечо 24 полюса проходит через паз в первой части катушки, и другое плечо 24 катушки проходит через паз во второй части катушки.
Благодаря тому, что c-сердечники 20 соединяют мостом две части 14 катушки, эти две части 14 катушки надежно удерживаются вместе c-образными сердечниками 20 статора. Причина использования двух отдельных частей 14 катушки состоит в том, что это облегчает наматывание обмоток вокруг плеч 16 катушки, когда части катушки разделены. Как можно видеть на фигурах, буртики 34 примыкают друг к другу, когда части 14 катушки расположены вместе, так что между ними не существует никакого зазора. Без разделения узла 12 катушки на две отдельные части было бы сложно и затратно наматывать обмотки вокруг плеч 16 катушки, поскольку пришлось бы пропускать проволоку обмотки через зазор между плечами 16 катушки.
Каждая часть 14 катушки содержит полуцилиндрическое углубление 15, и когда две части 14 катушки соединяют вместе, каждое из полуцилиндрических углублений 15 образует часть цилиндрического отверстия 18 в центре узла 12 катушки 12. Полуцилиндрическое углубление 15 на каждой части 14 катушки имеет два окна 32, которые представляют собой окончания пазов 17 каждого плеча 16 катушки внутри узла 12 катушки 12. Когда статорный узел 10 полностью собран, рабочие поверхности 26 полюсов c-сердечников 20 расположены в окнах 32 и образуют часть стенки отверстия 18.
Узел 12 катушки также содержит крепежные углубления 19, которые обеспечивают закрепление статорного узла 10 в электродвигателе. Каждая часть 14 катушки содержит одно крепежное углубление 19, и далее приведено подробное описание закрепления статорного узла 10 в электродвигателе.
На фиг. 3 представлен электродвигатель 40, вид в перспективе в разобранном состоянии. Электродвигатель 40 содержит вышеописанный статорный узел 10, а также содержит корпус 50 и роторный узел 60. Корпус 50 содержит внутреннюю стенку 51 и наружную стенку 52. Наружная стенка 52 окружает внутреннюю стенку 51, так что между ними образован кольцевой канал 54. Между внутренней стенкой 51 и наружной стенкой 52 через кольцевой канал 54 проходит ряд диффузорных лопастей 53. Роторный узел 60 содержит вал 61, магнит 62, подшипниковый узел 63 и крыльчатку 64. В собранном состоянии магнит 62, подшипниковый узел 63 и крыльчатка 64 закреплены непосредственно на валу 61 по одному или в комбинации с помощью неподвижной посадки и адгезива. Магнит 62 является постоянным магнитом со связками такого типа, который обычно используют в бесщеточных электродвигателях с постоянными магнитами, и в показанном примере магнит 62 является четырехполюсным постоянным магнитом.
Роторный узел 60 поддерживается в корпусе 50 внутренней стенкой 51. Подшипниковый узел 63 закреплен внутри отверстия, ограничиваемого внутренней стенкой 51, так что внутренняя стенка 51 корпуса 50 выполняет функцию защитной гильзы вокруг подшипникового узла 63. Это устраняет необходимость в отдельной защитной гильзе для подшипникового узла 63 и способствует уменьшению размера и массы электродвигателя 40. Когда электродвигатель 40 полностью собран, магнит 62 проходит за внутреннюю стенку 51 корпуса 50, так что он расположен полностью внутри статорного узла 10 между c-сердечниками 20.
Для ясности, понятие «осевой» означает «в направлении оси, продолжающейся вдоль оси вращения электродвигателя 40», как показано с помощью оси A-A на фиг. 3. Кроме того, понятия «выше по потоку» и «ниже по потоку», означающие направления, относятся к направлению воздушного потока через электродвигатель во время использования и также обозначены двусторонней стрелкой на фиг. 3.
На фиг. 4 показан корпус 50 в разрезе. Внутренняя стенка 51 является цилиндрической и ограничивает отверстие 55. Внутренняя стенка 51 поддерживает роторный узел 60 внутри отверстия 55, когда электродвигатель 40 собран. Кроме того, внутренняя стенка 51 имеет выступ 56, который отходит от одного конца внутренней стенки 51 в осевом направлении. В частности, выступ проходит в осевом направлении в направлении ниже по потоку. Выступ 56 обеспечивает место установки, в котором можно легко установить статорный узел 10 для его прикрепления к корпусу 50. На фиг. 4 показан один выступ 56, однако может быть обеспечено множество выступов 56 в зависимости от количества крепежных углублений 19, выполненных в статорном узле 10, и других требований к электродвигателю. Выступы 56 расположены таким образом, что их можно поместить внутри крепежных углублений 19 узла 12 катушки 12. Выступы 56 и крепежные углубления 19 могут иметь соответствующие размеры, так что выступы плотно входят внутрь углублений и образуют неподвижную посадку. Как вариант, углубления 19 могут быть достаточно большими для обеспечения размещения выступов 56, а также некоторого объема адгезива. В этом случае во время сборки электродвигателя 40 адгезив может быть нанесен внутрь углублений или снаружи выступов или на обе указанные поверхности перед сведением вместе статорного узла 10 и корпуса 50.
Углубление 19 в узле 12 катушки позволяет прикреплять статорный узел 10 к корпусу 50 электродвигателя 40, используя узел 12 катушки, а не сами сердечники 20 статора. Соответственно, c-сердечники 20 не должны иметь большие размеры. Это способствует уменьшению стоимости и массы статорного узла и, следовательно, также всего электродвигателя. Кроме того, поскольку единственной функцией c-сердечников 20 является создание пути магнитного потока, по которому проходят силовые линии (т.е. отсутствуют факторы в отношении конструкции и крепления, которые необходимо учитывать для c-сердечников 20), допускается бóльшая свобода выбора при проектировании c-сердечников с целью оптимизации их формы и размеров для уменьшения магнитного насыщения.
На фиг. 5 показан вид в разрезе по статорному узлу 10 и валу 61 и магниту 62 роторного узла 60. Центральный участок каждой части 14 катушки содержит крепежное углубление 19. Одна из частей 14 катушки содержит плечи 16A и 16D, а другая из частей 14 катушки содержит плечи 16B и 16C. Обмотки 70A-D намотаны вокруг каждого из плеч 16A-D катушки и удерживаются на месте буртиками 34A-D, соответственно. Обеспечено два c-сердечника 20, причем первый c-сердечник содержит плечи 24A и 24B полюсов, а другой c-сердечник содержит плечи 24C и 24D полюсов. На концах каждого из плеч 24A-D полюсов, соответственно, обеспечены рабочие поверхности 26A-D полюсов. Указанные c-сердечники 20 расположены таким образом, что плечи 24A-D полюсов проходят через пазы в плечах 16A-D катушки и, таким образом, что каждый c-сердечник 20 соединяет обе части 14 катушки. Например, как показано на фиг. 5, плечо 24A полюса одного из c-сердечников проходит через паз в плече 16A катушки одной из частей катушки, в то время как плечо 24B полюса того же самого c-сердечника проходит через паз в плече 16B катушки в другой части катушки. То же самое относится к другому из двух c-сердечников: плечо 24C полюса проходит через паз в плече 16C катушки в одной части катушки, в то время как плечо 24D полюса проходит через паз в плече 16D катушки другой части катушки.
Соответственно, благодаря использованию выполненных таким образом c-сердечников, обмотки 70A-D расположены вокруг каждого из плеч 24A-D полюсов, соответственно, и когда ток проходит через обмотки 70A-D, магнитное поле индуцируется через c-сердечники 20 и на рабочих поверхностях 26A-D полюсов.
Вал 61 и магнит 62 роторного узла 60 расположены внутри статорного узла 10 между c-сердечниками и внутри цилиндрического отверстия, которое образовано двумя полуцилиндрическими углублениями частей 14 катушки. Магнит 62 имеет четыре полюса (не показаны), которые магнитным путем взаимодействуют с четырьмя рабочими поверхностями 26A-D полюсов во время работы электродвигателя 40.
Несмотря на то, что были описаны конкретные варианты осуществления, следует принять во внимание, что могут быть выполнены различные модификации без отклонения от объема прав, определяемого формулой изобретения.