[RU]

1. Способ (20) изготовления статора (1) электрической машины, содержащего сердечник (2), имеющий основное тело и множество аксиально расположенных пазов (8), предназначенных для установки стержневых проводников (5, 5', 5"), образующих стержневую обмотку статора, включающий этапы, на которых осуществляют установку (23) по меньшей мере одного предварительно профилированного изоляционного листа (10) по меньшей мере в одном соответствующем пазу (8); термоформование (25) предварительно профилированного изоляционного листа (10) внутри соответствующего паза (8) по всей осевой длине паза (8) или по всей длине основного участка паза для придания указанному предварительно профилированному изоляционному листу (10) стабильной формы; введение (26) в соответствующие пазы всех стержневых проводников (5, 5', 5"), при этом этап (25) термоформования включает процесс введения предварительно нагретого формующего инструмента (53) в паз для прижатия размещенного в пазу (8) предварительно профилированного листа (10) к внутренним стенкам паза (8) с последующим извлечением указанного формующего инструмента.

2. Способ (20) по п.1, отличающийся тем, что включает этап предварительного нагрева формующего инструмента (53) до температуры 120°С или выше.

3. Способ (20) по п.1 или 2, отличающийся тем, что формующий инструмент (53) содержит по меньшей мере один стержень, предназначенный для введения в осевом направлении в соответствующий паз (8).

4. Способ (20) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что включает этап (24) развальцовки концевого участка (10") указанного изоляционного листа (10), выступающего из сердечника статора, при этом этап (24) развальцовки включает процесс введения конического развальцовочного инструмента (54) внутрь указанного выступающего концевого участка изоляционного листа так, что формующий инструмент (53) вводят по скользящей посадке в посадочное место (55) корпуса, который заканчивается указанным коническим развальцовочным инструментом (54), при этом этап формообразования включает процесс подготовки указанного формующего инструмента для введения в указанное посадочное место.

5. Устройство (50) для изготовления статора (1) путем использования способа по п.1, содержащего сердечник (2), имеющий основное тело и множество расположенных в нем аксиально пазов (8), предназначенных для установки стержневых проводников (5, 5', 5"), образующих стержневую обмотку статора, при этом в указанном пазу (8) расположен по меньшей мере один соответствующий предварительно профилированный изоляционный лист (10), содержащий по меньшей мере один нагреваемый формующий инструмент (53), обеспечивающий возможность вдавливания внутрь соответствующего паза (8) предварительно профилированного изоляционного листа (10) с прижатием его к стенкам паза (8).

6. Устройство (50) по п.5, отличающееся тем, что нагреваемый формующий инструмент (53) содержит по меньшей мере один стержень, предназначенный для аксиального введения в указанный паз.

7. Устройство (50) по п.6, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере один конический развальцовочный инструмент (54), предназначенный для развальцовки концевого участка (10') изоляционного листа (10), и выступающий из сердечника статора, причем конический развальцовочный инструмент (54) содержит торцевое отверстие, через которое может проходить формующий инструмент (53).

8. Статор (1) электрической машины, изготовленный способом по п.1, содержащий стержневую обмотку, образованную множеством стержневых проводников (5, 5', 5); сердечник (2) статора, имеющий множество пазов (8), в каждом из которых установлен по меньшей мере один соответствующий стержневой проводник (5, 5', 5") и по меньшей мере один соответствующий изоляционный лист (10), причем сердечник (2) статора аксиально продолжается в высоту между противолежащими первой поверхностью (3) и второй поверхностью (4), отличающийся тем, что указанная высота составляет 100 мм или более; коэффициент заполнения паза (8) сердечника, определяемый как отношение между общим токопроводящим сечением по меньшей мере одного стержневого проводника, размещенного в пазу, и поперечным сечением паза без изоляционного листа (10) составляет 80% или более.

9. Статор (1) по п.8, отличающийся тем, что указанная высота составляет 150 мм или более.

10. Статор (1) по любому из пп.8 или 9, отличающийся тем, что коэффициент заполнения паза составляет 85% или более.

11. Статор (1) по любому из пп.9 или 10, отличающийся тем, что минимальный размер поперечного сечения стержневого проводника составляет 3,5 мм или менее.

12. Статор (1) по п.11, отличающийся тем, что указанный минимальный размер поперечного сечения стержневого проводника составляет 3 мм или менее.

13. Электрическая машина, содержащая ротор и статор (1) по любому из пп.8-12.

14. Электрический или гибридный привод транспортного средства, содержащий электрическую машину по п.13.

(57) Реферат / Формула:

1. Способ (20) изготовления статора (1) электрической машины, содержащего сердечник (2), имеющий основное тело и множество аксиально расположенных пазов (8), предназначенных для установки стержневых проводников (5, 5', 5"), образующих стержневую обмотку статора, включающий этапы, на которых осуществляют установку (23) по меньшей мере одного предварительно профилированного изоляционного листа (10) по меньшей мере в одном соответствующем пазу (8); термоформование (25) предварительно профилированного изоляционного листа (10) внутри соответствующего паза (8) по всей осевой длине паза (8) или по всей длине основного участка паза для придания указанному предварительно профилированному изоляционному листу (10) стабильной формы; введение (26) в соответствующие пазы всех стержневых проводников (5, 5', 5"), при этом этап (25) термоформования включает процесс введения предварительно нагретого формующего инструмента (53) в паз для прижатия размещенного в пазу (8) предварительно профилированного листа (10) к внутренним стенкам паза (8) с последующим извлечением указанного формующего инструмента.

2. Способ (20) по п.1, отличающийся тем, что включает этап предварительного нагрева формующего инструмента (53) до температуры 120°С или выше.

3. Способ (20) по п.1 или 2, отличающийся тем, что формующий инструмент (53) содержит по меньшей мере один стержень, предназначенный для введения в осевом направлении в соответствующий паз (8).

4. Способ (20) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что включает этап (24) развальцовки концевого участка (10") указанного изоляционного листа (10), выступающего из сердечника статора, при этом этап (24) развальцовки включает процесс введения конического развальцовочного инструмента (54) внутрь указанного выступающего концевого участка изоляционного листа так, что формующий инструмент (53) вводят по скользящей посадке в посадочное место (55) корпуса, который заканчивается указанным коническим развальцовочным инструментом (54), при этом этап формообразования включает процесс подготовки указанного формующего инструмента для введения в указанное посадочное место.

5. Устройство (50) для изготовления статора (1) путем использования способа по п.1, содержащего сердечник (2), имеющий основное тело и множество расположенных в нем аксиально пазов (8), предназначенных для установки стержневых проводников (5, 5', 5"), образующих стержневую обмотку статора, при этом в указанном пазу (8) расположен по меньшей мере один соответствующий предварительно профилированный изоляционный лист (10), содержащий по меньшей мере один нагреваемый формующий инструмент (53), обеспечивающий возможность вдавливания внутрь соответствующего паза (8) предварительно профилированного изоляционного листа (10) с прижатием его к стенкам паза (8).

6. Устройство (50) по п.5, отличающееся тем, что нагреваемый формующий инструмент (53) содержит по меньшей мере один стержень, предназначенный для аксиального введения в указанный паз.

7. Устройство (50) по п.6, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере один конический развальцовочный инструмент (54), предназначенный для развальцовки концевого участка (10') изоляционного листа (10), и выступающий из сердечника статора, причем конический развальцовочный инструмент (54) содержит торцевое отверстие, через которое может проходить формующий инструмент (53).

8. Статор (1) электрической машины, изготовленный способом по п.1, содержащий стержневую обмотку, образованную множеством стержневых проводников (5, 5', 5); сердечник (2) статора, имеющий множество пазов (8), в каждом из которых установлен по меньшей мере один соответствующий стержневой проводник (5, 5', 5") и по меньшей мере один соответствующий изоляционный лист (10), причем сердечник (2) статора аксиально продолжается в высоту между противолежащими первой поверхностью (3) и второй поверхностью (4), отличающийся тем, что указанная высота составляет 100 мм или более; коэффициент заполнения паза (8) сердечника, определяемый как отношение между общим токопроводящим сечением по меньшей мере одного стержневого проводника, размещенного в пазу, и поперечным сечением паза без изоляционного листа (10) составляет 80% или более.

9. Статор (1) по п.8, отличающийся тем, что указанная высота составляет 150 мм или более.

10. Статор (1) по любому из пп.8 или 9, отличающийся тем, что коэффициент заполнения паза составляет 85% или более.

11. Статор (1) по любому из пп.9 или 10, отличающийся тем, что минимальный размер поперечного сечения стержневого проводника составляет 3,5 мм или менее.

12. Статор (1) по п.11, отличающийся тем, что указанный минимальный размер поперечного сечения стержневого проводника составляет 3 мм или менее.

13. Электрическая машина, содержащая ротор и статор (1) по любому из пп.8-12.

14. Электрический или гибридный привод транспортного средства, содержащий электрическую машину по п.13.

---

Евразийское 023724 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2016.07.29
(21) Номер заявки 201201231
(22) Дата подачи заявки
2010.03.03
(51) Int. Cl. H02K3/34 (2006.01) H02K15/12 (2006.01)
(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТАТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ И СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ С ВЫСОКИМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ЗАПОЛНЕНИЯ ПАЗА СЕРДЕЧНИКА
(43) 2013.02.28 (56) EP-A2-0321223
(86) PCT/IT2010/000092 nE^^Wtin
(87) WO 2011/108013 2011.09.09 и^Ш-бЗ^бтВ
(71) (73) Заявитель и патентовладелец: US-B1-6989622
ТЕКНОМАТИК С.П.А. (IT) US-A-6040650
(72) Изобретатель:
Гуэрчони Санте (IT)
(74) Представитель:
Фелицына С.Б. (RU)
(57) Предлагается способ (20) изготовления статора (1) электрической машины, а именно статора, содержащего сердечник (2), при этом сердечник статора содержит основное тело и множество пазов (8), которые аксиально углубляются в основное тело и предназначены для вмещения стержневых проводников (5, 5', 5"), образующих стержневую обмотку статора. Способ (20) включает следующие этапы: размещение (23) по меньшей мере одного предварительно профилированного изоляционного листа (10) по меньшей мере в одном из указанных пазов (8); термоформование (26) предварительно профилированного изоляционного листа (10) внутри паза по всей осевой протяженности паза (8) или по всей протяженности основного участка паза для придания указанному предварительно профилированному изоляционному листу (10) регулярной и стабильной формы. Описанный способ обеспечивает изготовление статоров со стержневой обмоткой, сердечник которых имеет относительно большую высоту и высокий коэффициент заполнения паза.
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для изготовления статора электрической машины. Настоящее изобретение также относится к статору электрической машины с высоким коэффициентом заполнения паза сердечника.
Как известно, при изготовлении статора электрической машины формируют сердечник с множеством пазов для множества стержневых проводников, которые вводятся в вышеупомянутые пазы и при соединении разными способами друг с другом образуют одну или более обмоток статора. Вышеупомянутые обмотки статора, образованные стержневыми проводниками, обычно называют стержневыми обмотками статора.
При изготовлении вышеописанных статоров необходимо обеспечить соответствующую изоляцию между отдельными стержневыми проводниками, размещенными в одном и том же пазу, и/или изолировать стержневые проводники от внутренних стенок пазов сердечника статора, в связи с чем предусмотрен процесс введения в каждый паз соответствующего листового электроизоляционного материала, который может являться, например, композиционным материалом. Как известно, исходя из предназначения статора, формы и типа паза, количества проводников, вводимых в один и тот же паз, проводят предварительное профилирование вышеуказанного изоляционного листа перед введением в соответствующий паз. Например, известны предварительно профилированные изоляционные листы "С"-образной, "U''-образной, "S''-образной и "Z''-образной формы (наряду с множеством листов другой формы). Исходя из предназначения статора, в один и тот же паз также можно ввести два или более предварительно профилированных изоляционных листа.
Как правило, и в конкретном случае, но не исключительно, процесс введения стержневых проводников в пазы, по меньшей мере, частично автоматизирован, при этом предварительно профилированные изоляционные листы вводятся в пазы до заполнения пазов стержневыми проводниками. В способах изготовления статора согласно известному уровню техники после введения предварительно профилированных изоляционных листов в паз может быть предусмотрен процесс развальцовки концевых участков предварительно профилированных изоляционных листов, которые аксиально выступают из сердечника статора, по меньшей мере, со стороны введения стержневых проводников. Таким образом, указанные развальцованные участки выполняют функцию направляющих в процессе введения стержневых проводников в сердечник статора и одновременно выполняют функцию стопорных элементов, предотвращающих вытягивание изоляционных листов из пазов в процессе введения стержневых проводников в пазы.
В публикации патентной заявки США 2009/0265909 описан способ изготовления статора, включающий этап размещения соответствующих предварительно профилированных изоляционных листов в пазах сердечника статора; этап размотки множества стержневых проводников со скручивающего устройства для создания полной обмотки и этап одновременного введения в пазы проводников, образующих обмотку.
Известно, что технические характеристики электрической машины зависят от коэффициента заполнения паза сердечника статора, и желательно, чтобы указанный коэффициент был высоким, насколько это возможно. Однако при удовлетворении указанных требований можно столкнуться с трудностями и проблемами, которые могут возникнуть, если вводить в пазы стержневые проводники, которые предварительно были оснащены, соответственно, одним или несколькими изоляционными листами. Практически, высокий коэффициент заполнения паза сердечника достигается при наружном диаметре проводников, который обеспечивает максимально возможное заполнение остаточного пространства в пазах после размещения изоляционного материала. Предел указанного оптимального размера проводников определяется сопротивлением трению скольжения, которое возникает при введении стержневых проводников в пазы. В частности, если пазы и, следовательно, также стержневые проводники имеют относительно большую протяженность, например более 10 см, в частности, но не исключительно, то при применении автоматизированного заполнения пазов и, в частности, но не исключительно, при одновременном заполнении всех или почти всех пазов размер поперечного сечения стержневых проводников необходимо поддерживать в определенных пределах, чтобы при введении в пазы избежать нежелательного блокирования стержневых проводников в остаточном пространстве (т.е. в пространстве, остающемся в пазу после размещения предварительно конфигурированного изоляционного материала). Эта проблема, в частности, но не исключительно, существует, если проводники имеют относительно небольшое поперечное сечение или поперечное сечение, в котором по меньшей мере один из геометрических размеров является относительно небольшим. В этом случае, фактически, имеется риск блокирования стержневых проводников, приводящего к непредсказуемому изгибу указанных стержневых проводников, что при автоматизированном процессе одновременного введения множества стержневых проводников в пазы вызовет остановку процесса и приведет к неисправимому повреждению стержневых проводников, исключающему их повторное использование.
В связи с вышесказанным в настоящее время не представляется возможным изготовить статоры с коэффициентом заполнения паза более 80% (рассчитываемым как отношение поперечного сечения стержневого проводника без изоляционной эмали к поперечному сечению паза без изоляционного листа) и, в частности, более 85% при длине, равной 100 мм или более и, в частности, более 150 мм и даже превышающей 200 мм, в частности, но не исключительно, при минимальном геометрическом размере попе
речного сечения стержневого проводника (измеренном с возможным включением изоляционной эмали), который составляет 3,3 мм или менее и, в частности, менее 3,0 мм, например составляет от 2,8 до 2,9 мм.
Таким образом, существует необходимость в способе изготовления статора электрической машины, который позволит исключить описанные выше недостатки известного уровня техники.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ, который будет соответствовать вышеуказанным запросам.
Для решения указанной задачи предлагается способ изготовления статора, который, в общем, определен в первом пункте прилагаемой формулы изобретения и, конкретно, в зависимых пунктах формулы изобретения и представлен со ссылкой на несколько частных вариантов осуществления изобретения.
Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в том, что предложить устройство, применяемое при изготовлении статора и, в частности, устройство, применяемое для придания предварительно профилированным изоляционным листам регулярной и стабильной формы.
Дополнительная задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить статор со стержневой обмоткой, сердечник которого будет иметь высокий коэффициент заполнения паза.
Сущность изобретения будет хорошо понятна из следующего подробного описания не ограничивающих иллюстративных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1 - схематичный вид сбоку варианта статора электрической машины, содержащего сердечник и стержневую обмотку.
Фиг. 2 - схематичный вид сверху участка сердечника статора, на котором показаны два паза, предназначенные для заполнения предварительно профилированными изоляционными листами и стержневыми проводниками.
Фиг. 3 - схематичный вид сверху участка сердечника статора, на котором показаны два паза, заполненные изоляционными листами и стержневыми проводниками.
Фиг. 4 - блок-схема способа изготовления статора, представленного на фиг. 1.
Фиг. 5 - вид спереди устройства, применяемого для осуществления нескольких этапов способа изготовления статора, блок-схема которого показана на фиг. 4 (некоторые участки устройства показаны в разрезе).
Фиг. 6 - увеличенный вид спереди в разрезе одного из участков устройства, показанного на фиг. 5. Фиг. 7 - вид сбоку в разрезе устройства, показанного на фиг. 5.
На чертежах эквивалентные или аналогичные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
В контексте настоящего изобретения определение "плоский" или "квадратный" стержневой проводник обозначает стержневой проводник, имеющий четыре, по существу, плоские стороны, при этом смежные стороны соединены, как правило, закругленными углами.
Следовательно, термин "плоский" или "квадратный" или эквивалентные термины, используемые для описания поперечного сечения стержневого проводника, используются в общем смысле и не должны интерпретироваться как исключающие закругленные углы, которые соединяют плоские стороны указанных стержневых проводников. Под определением "плоский проводник" подразумевается проводник, расстояние между двумя противоположными сторонами которого больше, чем расстояние между двумя другими противоположными сторонами. В контексте настоящего изобретения определение "прямоугольный проводник" обобщает понятия "плоский проводник" и "квадратный проводник", при этом квадратный проводник, четыре стороны которого имеют одинаковые размеры, является разновидностью прямоугольного проводника.
Статор, обозначенный в целом на чертежах позицией 1, содержит сердечник 2. К примеру, статор 1 может представлять собой статор электрической машины, например электродвигателя транспортного средства с электрическим или гибридным приводом.
Указанный статор может также использоваться в электрической машине, действующий как генератор, или поочередно выполняющей функцию двигателя и функцию генератора. На прилагаемых чертежах представлен только статор такой электрической машины, так как подразумевается, что остальные части электрической машины или в целом привода электрического или гибридного транспортного средства широко известны специалистам в данной области техники.
Обычный сердечник 2 статора представляет собой многослойное трубчатое тело, изготовленное, например, из магнитного материала, которое расположено аксиально между двумя противолежащими поверхностями 3, 4 (по оси Z-Z).
Тело сердечника 2 статора содержит множество аксиально направленных пазов 8, предназначенных для установки прямоугольных стержневых проводников 5, 5', 5", образующих по меньшей мере одну стержневую обмотку статора. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения поверхность прямоугольных стержневых проводников 5, 5', 5" покрыта слоем изоляционного материала, например, такого как изоляционная эмаль на основе смолы.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения обмотка, образованная прямоугольными стержневыми проводниками 5, 5', 5", содержит первый набор стандартных проводников 5, которые являются стержневыми проводниками U-образной формы (также называемых "шпилечными
проводниками"), и второй набор специальных проводников 5', 5", которые представляют собой, например, контакты 5' и перемычки 5". Проводники U-образной формы имеют согнутый участок 6, который выступает из поверхности 3 сердечника 2 статора или поверхности 3 ввода, и два свободных концевых участка 7, которые выступают из противолежащей поверхности 4 сердечника 2 статора или с внешней стороны 4 шва.
Расстояние между двумя поверхностями 3, 4 определяет высоту H_s или осевую протяженность сердечника статора. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения указанная высота H_s составляет 100 мм или более. В соответствии с одним из дополнительных вариантов осуществления изобретения указанная высота H_s составляет 150 мм или более, например составляет примерно 160 мм. Согласно другому дополнительному варианту осуществления изобретения указанная высота H_s составляет 200 мм или более.
Описанное выше известно специалистам в данной области техники, в связи с чем далее не будет конкретизироваться.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения вышеуказанные стержневые проводники 5, 5', 5" представляют собой плоские медные проводники, т.е. проводники, в которых расстояние между двумя противоположными поверхностями больше, чем расстояние между двумя другими противоположными поверхностями.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения прямоугольные стержневые проводники имеют поперечное сечение, в котором минимальный геометрический линейный размер (включающий возможную изоляционную эмаль), составляет 3,5 мм или менее. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения указанный минимальный размер (включающий возможную изоляционную эмаль) составляет 3,0 мм или менее. Например, указанный минимальный размер (включающий возможную изоляционную эмаль) равен 2,9 или 2,8 мм. Относительно прямоугольных стержневых проводников подразумевается, что расстояние по меньшей мере между двумя противоположными сторонами указанных проводников, определяющее толщину проводников, может находиться в вышеуказанном диапазоне, а расстояние между другими двумя противоположными сторонами имеет произвольный размер, который может находиться или не находиться в вышеуказанном диапазоне.
На фиг. 2 и 3 показаны пазы 8 сердечника 2 статора, причем через каждый паз 8 проходит по меньшей мере один из вышеуказанных стержневых проводников 5, 5', 5" и каждый паз вмещает лист 10 или оболочку 10, изготовленную из изоляционного материала. Специалистам в данной области техники известно, что изоляционный лист 10 подбирается так, чтобы по характеристикам он полностью соответствовал рабочей электрической мощности и рабочей температуре статора электрической машины.
В соответствии с одним из возможных иллюстративных и неограничительных вариантов осуществления изобретения изоляционный лист является многослойным листом, содержащим два слоя материала TufQUIN(tm) (3M(tm)), которые соединены, например, посредством клея, с двумя противоположными поверхностями центрального листа из полиэфира.
В соответствии с одним из возможных вариантов осуществления изобретения паз 8 является пазом открытого типа, т.е. имеет устье 9, которое обращено к внутренней стороне основной трубчатой части сердечника 2.
Согласно варианту осуществления изобретения через каждый паз 8 проходит по меньшей мере одна пара прямоугольных стержневых проводников 5, 5', 5", при этом каждый паз вмещает лист изоляционного материала, имеющий S-образное поперечное сечение. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, если стержневые проводники являются плоскими, то два стержневых проводника располагаются в одном и том же пазу таким образом, чтобы узкие стороны указанных проводников были выровнены по одной линии, как показано на фиг. 3.
Если через каждый паз 8 проходит более двух стержневых проводников 5, 5', 5", то в каждом пазу 8 может быть предусмотрено размещение нескольких предварительно профилированных изоляционных листов 10 S-образной формы, например для каждой пары стержневых проводников, которые проходят через паз 8, может быть размещен один предварительно профилированный изоляционный лист 10 S-образной формы. Согласно альтернативному варианту осуществления изобретения, не проиллюстрированному на чертежах, в каждый паз 8, в котором размещен один предварительно профилированный изоляционный лист U-образной формы, изолирующий стержневые проводники от внутренних стенок паза, но не изолирующий друг от друга стержневые проводники, расположенные в одном пазу, можно, например, вставить один изоляционный лист, даже в присутствии нескольких пар стержневых проводников в пазу 8, чтобы изолировать друг от друга стержневые проводники, расположенные в одном пазу. В данном случае указанные проводники снабжены надлежащей наружной изоляционной оболочкой.
Согласно дополнительным вариантам осуществления изобретения, не проиллюстрированным чертежами, предварительно профилированный изоляционный лист 10, вставляемый в паз, вместо поперечного сечения "S''-образной формы может иметь поперечное сечение кольцеобразной формы, "С"-образной формы, "Z''-образной формы и т.д.
В контексте настоящего изобретения под "предварительно профилированным" изоляционным листом подразумевается изоляционный лист, который перед введением в паз подвергался технологическому
процессу формообразования, в результате чего приобрел форму, отличающуюся от плоской или приблизительно плоской формы. Технологические процессы вышеуказанного типа известны специалистам в данной области техники и, в общем, заключаются в проведении операции изгиба изоляционных листов, имеющих плоскую или приблизительно плоскую форму, для придания листам "S''-образной формы, "С"-образной формы, "U''-образной формы, "Z''-образной формы и т.д. Под "приблизительно плоской" формой подразумевается форма, отличающаяся от совершенно плоской формы, например слегка криволинейная форма, которую изоляционный лист может принять в результате хранения в намотанном состоянии вокруг держателя.
На фиг. 4 представлена упрощенная блок-схема варианта способа 20 изготовления статора 1, который был описан выше.
Способ 20 изготовления статора включает этап 21 предварительной подготовки стержневой обмотки статора, образуемой стержневыми проводниками 5, 5', 5", которые вводятся в пазы 8 сердечника 2 статора. Следует отметить, что этап 21 предварительной подготовки, по существу, заключается в предварительном формировании стержневых проводников посредством введения стержневых проводников в формирующее устройство и скручивания их в формирующем устройстве. Также следует отметить, что этап 21 предварительной подготовки включает непосредственно операцию извлечения стержневых проводников из формирующего устройства при использовании, в качестве не ограничивающего примера, устройства для извлечения и зажимного устройства, как описано в патентной заявке США 2009/0265909.
Способ 20 изготовления статора также включает этап 22 размещения по меньшей мере одного предварительно профилированного изоляционного листа 10 (например, "S''-образной формы, или "U''-образной формы, или "Z''-образной формы т.д.) по меньшей мере в одном из пазов 8. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения этап 22 размещения профилированного изоляционного листа заключается в одновременном или последовательном размещении во всех пазах по меньшей мере одного предварительно профилированного надлежащим образом изоляционного листа 10.
Способ 20 изготовления статора также включает этап 25 термоформования в пазу 8 по меньшей мере одного предварительно профилированного изоляционного листа, размещенного в пазу, по всей осевой протяженности паза 8 или по всей протяженности основного участка паза. В контексте настоящего изобретения под "основным участком" паза подразумевается участок, длина которого превышает или равна 75% глубины паза. Предпочтительно вышеупомянутый этап 25 термоформования проводится одновременно для всех предварительно профилированных изоляционных листов 10, размещенных в пазах 8 сердечника 2 статора.
В контексте настоящего изобретения под "термоформованием" в пазу 8 предварительно профилированного изоляционного листа 10 подразумевается процесс изменения формы предварительно профилированного изоляционного листа 10 после размещения последнего в пазу 8 с целью придания изоляционному листу требуемой и устойчивой формы. Другими словами, цель этапа 25 термоформования состоит в том, чтобы в соответствующем пазу 8 придать предварительно профилированному изоляционному листу 10 регулярную и стабильную форму, т.е. создать профиль, по существу, позволяющий оптимизировать оставшееся пространство в пазу 8, благодаря чему облегчается введение стержневых проводников 5, 5', 5". Указанная оптимизация проводится с целью улучшения адгезии изоляционного листа 10 к внутренним стенкам паза 8, и/или обеспечения соответствующих пазу изгибов изоляционного листа 10, и/или сглаживания возможных неоднородностей на поверхности изоляционного листа 10. Установлено, что при предпочтительном проведении вышеуказанной операции термоформования в пазу внутренние стенки паза 8 действуют в качестве опоры, необходимой в процессе указанной операции.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения на этапе 25 термоформования проводится операция вдавливания внутрь соответствующего паза 8 по меньшей мере одного, размещенного в пазу, предварительно профилированного изоляционного листа 10 посредством нагретого формующего инструмента 53, который затем удаляется. Следует отметить, что нагретый формующий инструмент 53 в процессе введения и последующего удаления скользит по свободной поверхности изоляционного листа 10, прижимая изоляционный лист 10 к внутренним стенкам паза 8, в результате чего происходит оптимизация профиля предварительно профилированного изоляционного листа 10 в пазу 8. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения способ 20 изготовления статора до проведения этапа 25 термоформования включает этап 23 предварительного нагрева формующего инструмента 53 до температуры 120°С или выше и предпочтительно до температуры 150°С или выше.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения формующий инструмент 53 содержит по меньшей мере один стержень 53, при этом этап термоформования включает операцию введения стержня 53 внутрь соответствующего паза с последующим проталкиванием стержня 53 вперед относительно сердечника 2 статора, а также включает операцию извлечения стержня 53 из паза 8 посредством перемещения стержня назад относительно сердечника 2 статора.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения длина стержня 53, предпочтительно, но неограничительно, должна быть больше или равна осевой глубине паза 8, к тому же, стержень вводится в паз 8 таким образом, что от стороны ввода 3 стержень проходит через весь паз и достигает конечного положения, при котором свободный концевой участок стержня 53 выступает из сердечника 2
статора с внешней стороны 4 шва. Несомненно, что в этом случае термоформование происходит по всей протяженности паза 8 сердечника.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения при условии, что паз 8 предусмотрен для вмещения нескольких стержневых проводников 5, 5', 5", образующих обмотку статора, и предварительно профилированный изоляционный лист 10 имеет одну или более промежуточных перегородок 11 (например, при использовании предварительно профилированного изоляционного листа с поперечным сечением "S''-образной формы, как показано на фиг. 3), формующий инструмент 53 будет содержать несколько стержней 53, количество которых равно количеству стержневых проводников 5, 5', 5", размещаемых в одном и том же пазу 8. Например, если каждый паз 8 предназначен для размещения пары стержневых проводников 5, 5', 5" и предварительно профилированного изоляционного листа 10 с поперечным сечением, по существу, S-образной формы, то нагреваемый формующий инструмент 53 (как в ранее представленном варианте осуществления изобретения) будет содержать два стержня 53, предназначенных для одновременного введения в один и тот же паз 8.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения способ 20 изготовления статора включает этап 24 развальцовки концевого участка 10' изоляционного листа 10, выступающего из сердечника 2 статора со стороны осевого конца указанного сердечника, и, предпочтительно, со стороны поверхности 3 ввода. Этап 24 развальцовки включает процесс введения конического развальцовоч-ного инструмента 54 в указанный выступающий концевой участок 10'. Предпочтительнее, со ссылкой на фиг. 6, формующий инструмент 53 вмещается по скользящей посадке в посадочное место 55 корпуса, который заканчивается коническим развальцовочным инструментом 54, при этом конический и полый развальцовочный инструмент 54 имеет на конце отверстие, которое обеспечивает прохождение формующего инструмента 53. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения развальцо-вочный инструмент 54 является инструментом, который удобно предварительно нагревать. Кроме того, также ясно, что на этапе 24 развальцовки можно выполнить развальцовку одновременно концевых участков всех изоляционных листов 10, размещенных в сердечнике статора 2, причем для выполнения указанного этапа используется множество конических развальцовочных инструментов 54 в кольцевом порядке.
Этап 24 развальцовки может быть выполнен перед этапом 25 термоформования или, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, одновременно или, по меньшей мере, с частичным совмещением во времени с этапом 25 термоформования. Следует отметить, что согласно варианту, представленному на фиг. 5, формующие инструменты 53 принудительно скользят в полом корпусе 55, в то время как конический развальцовочный инструмент 54 развальцовывает выступающий участок 10' изоляционного листа 10.
В одном из вариантов осуществления изобретения согласно блок-схеме, представленной на фиг. 4, способ 20 изготовления статора включает этап 25 термоформования, после которого проводится этап 26 введения в соответствующие пазы всех стержневых проводников 5, 5', 5", предварительно сформированных на этапе 21 предварительной подготовки. Благодаря проведению этапа термоформования изоляционного листа 10 в пазу 8, без сомнения, как и ожидалось, облегчается этап 26 введения стержневых проводников, при этом на указанном этапе также можно вводить стержневые проводники относительно большой длины и относительно малого сечения. Наряду с этим, на указанном этапе введения стержневых проводников можно достичь высокого коэффициента заполнения паза 8 сердечника.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения способ 20 изготовления статора включает заключительный этап 27 сгибания и сварки концевых участков стержневых проводников, которые выступают из сердечника 2 статора с внешней стороны 4 шва. По существу, указанный этап 27 известен специалистам в данной области техники, в связи с чем в дальнейшем описании не будет конкретизироваться.
Со ссылкой на фиг. 5-7 будет описан вариант устройства 50, применяемого при изготовлении статора и, в частности, формообразующего устройства 50, обеспечивающего стабилизацию формы по меньшей мере одного предварительно профилированного изоляционного листа на этапе 25 термоформования, который может быть проведен после размещения предварительно профилированного изоляционного листа в сердечнике статора. В соответствии с описываемым ниже вариантом осуществления изобретения формообразующее устройство 50 также используется при проведении этапа 23 предварительного нагрева и этапа 24 развальцовки, которые были описаны ранее.
Устройство 50 содержит трубчатый корпус 52, предназначенный для вмещения нагретого формующего инструмента 53. Например, трубчатый корпус 52 является неотъемлемой частью опорной плиты 51, предусмотренной для подвешивания устройства 50 на несущей поперечине или балке (не показано на чертежах), например вертикально подвижной (вдоль оси Z-Z) относительно опоры и рабочей поверхности 60. Трубчатый корпус 52, в частности, вмещает множество нагреваемых формующих стержней 53, образующих пары, которые размещены вокруг рабочей оси z1 устройства 50. При функционировании устройства 50 рабочая ось z1 выровнена с осью Z-Z сердечника 2 статора. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения каждая пара нагреваемых формующих стержней 53 содержит первый и второй стержни, расположенные близко друг к другу и радиально выровненные.
Нагреваемые формующие стержни 53 являются неотъемлемой частью одной и той же опорной плиты 56, способной перемещаться в осевом направлении вдоль рабочей оси z1 под действием линейного двигателя, который может быть электрическим, пневматическим или гидравлическим и содержит подвижный поршень 57, а также цилиндр 58.
Для нагреваемых формующих стержней 53 предусмотрено посадочное место 55, которое оперативно нагревается при помощи распределяющего тепло нагревательного элемента 59, предусмотренного в оборудовании для осуществления способа 20 изготовления статора. Таким образом, когда нагреваемые формующие стержни 53 размещаются в посадочном месте 55, они также оперативно нагреваются при помощи распределяющего тепло нагревательного элемента 59. Например, указанные стержни нагреваются до температуры 120°С или выше и, например, до температуры, находящейся в диапазоне от 120 до 160°С, предпочтительно до температуры 150°С. Однако следует отметить, что температура представляет собой параметр, зависящий от конструкции, и может быть установлена специалистами в данной области техники на основании характеристик предварительно профилированного изоляционного листа 10 с целью достижения требуемого эффекта термоформования.
Образующие группу формующие стержни 53, нагретые до требуемой рабочей температуры, под действием двигателя 57, 58, могут аксиально перемещаться и при скольжении проникают в соответствующие пазы 8 сердечника 2 статора. Указанный процесс проводится для выполнения описанного выше этапа 25 термоформования предварительно профилированных изоляционных листов 10.
Результаты проведенных экспериментальных испытаний позволили установить, что отсутствует необходимость длительной выдержки нагретых формующих стержней 53 в пазах 8. Вернее, достаточно короткой выдержки нагретых формующих стержней 53 в пазах 8 (например, порядка от 0,5 до 2 с и предпочтительно 1 с) между введением и извлечением формующих стержней 53.
Оборудование для осуществления способа 20 изготовления статора может быть оснащено устройством 50, в котором множество трубчатых и конических развальцовочных инструментов 54, поджимаемых формующими стержнями 53 с целью развальцовки выступающих концевых участков 10' изоляционных листов 10, для удобства объединены по меньшей мере в одну кольцевую группу, благодаря чему с помощью одного и того же устройства 50 могут быть выполнены как этап 24 развальцовки концевых участков изоляционных листов, так и этап 25 термоформования изоляционных листов в пазах. Следует отметить, что для нагрева трубчатых конических развальцовочных инструментов 54 предпочтительным является использование в составе оборудования распределяющего тепло нагревательного элемента 59.
В конечном счете следует отметить, что оборудование для осуществления способа 20 изготовления статора может быть снабжено опорной и рабочей поверхностью 60, предназначенной для поддержания сердечника 2 статора в устойчивом положении, как показано на фиг. 7. Само собой разумеется, что такая поверхность 60, по существу, может быть поверхностью, вращающейся вокруг вертикальной оси z2, и устройство для осуществления способа 20 изготовления статора, без сомнения, может входить в состав определенной машины или, альтернативно, оно может являться одним из множества рабочих модулей, расположенных под углом друг к другу. При вращении поверхности 60 сердечник 2 статора может перемещаться между модулями, что позволяет проводить нескольких отдельных рабочих этапов.
Испытания в эксплуатационных условиях показали, что способ и устройство согласно изобретению, описанные выше, позволяют полностью решить поставленные задачи, поскольку дают возможность изготовить статоры, имеющие относительно большую высоту (по оси Z-Z) или "осевую протяженность" и отличающиеся высоким коэффициентом заполнения паза, чему способствует процесс термоформования предварительно профилированных изоляционных листов в пазу, позволяющий стабилизировать форму и оптимизировать профиль предварительно профилированных изоляционных листов непосредственно в пазу и облегчающий, таким образом, введение стержневых проводников 5 в пазы 8.
В частности, испытания в эксплуатационных условиях показали, что изготовленный статор имеет следующие отличия:
сердечник имеет высоту 100 мм или более;
коэффициент заполнения паза 8 сердечника, определяемый как отношение поперечного сечения по меньшей мере одного стержневого проводника, размещенного в пазу, к поперечному сечению паза без изоляционного листа 10 составляет 80% или более.
Удалось достичь высоты статора вышеуказанного типа, которая составляет, в частности, 150 мм и более, а также удалось достичь высоты статора, которая составляет, в частности, 200 мм и более.
Удалость достичь коэффициента заполнения паза статора вышеуказанного типа, который составляет, в частности, 85% и более.
Удалость достичь минимального геометрического размера поперечного сечения стержневого проводника статора вышеуказанного типа, который составляет, в частности, 3,5 мм и менее, в частности 3 мм и менее.
Несомненно, специалисты в данной области техники могут выполнить многочисленные модификации и предложить варианты вышеописанного способа и устройства, отвечающие определенным и специальным требованиям, при этом всевозможные модификации и варианты не выходят за рамки объема изобретения, определенного в нижеследующей формуле изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ (20) изготовления статора (1) электрической машины, содержащего сердечник (2), имеющий основное тело и множество аксиально расположенных пазов (8), предназначенных для установки стержневых проводников (5, 5', 5"), образующих стержневую обмотку статора, включающий этапы, на которых осуществляют
установку (23) по меньшей мере одного предварительно профилированного изоляционного листа (10) по меньшей мере в одном соответствующем пазу (8);
термоформование (25) предварительно профилированного изоляционного листа (10) внутри соответствующего паза (8) по всей осевой длине паза (8) или по всей длине основного участка паза для придания указанному предварительно профилированному изоляционному листу (10) стабильной формы;
введение (26) в соответствующие пазы всех стержневых проводников (5, 5', 5"),
при этом этап (25) термоформования включает процесс введения предварительно нагретого формующего инструмента (53) в паз для прижатия размещенного в пазу (8) предварительно профилированного листа (10) к внутренним стенкам паза (8) с последующим извлечением указанного формующего инструмента.
2. Способ (20) по п.1, отличающийся тем, что включает этап предварительного нагрева формующего инструмента (53) до температуры 120°С или выше.
3. Способ (20) по п.1 или 2, отличающийся тем, что формующий инструмент (53) содержит по меньшей мере один стержень, предназначенный для введения в осевом направлении в соответствующий паз (8).
4. Способ (20) по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что включает этап (24) развальцовки концевого участка (10") указанного изоляционного листа (10), выступающего из сердечника статора, при этом этап (24) развальцовки включает процесс введения конического развальцовочного инструмента (54) внутрь указанного выступающего концевого участка изоляционного листа так, что формующий инструмент (53) вводят по скользящей посадке в посадочное место (55) корпуса, который заканчивается указанным коническим развальцовочным инструментом (54), при этом этап формообразования включает процесс подготовки указанного формующего инструмента для введения в указанное посадочное место.
5. Устройство (50) для изготовления статора (1) путем использования способа по п.1, содержащего сердечник (2), имеющий основное тело и множество расположенных в нем аксиально пазов (8), предназначенных для установки стержневых проводников (5, 5', 5"), образующих стержневую обмотку статора, при этом в указанном пазу (8) расположен по меньшей мере один соответствующий предварительно профилированный изоляционный лист (10), содержащий по меньшей мере один нагреваемый формующий инструмент (53), обеспечивающий возможность вдавливания внутрь соответствующего паза (8) предварительно профилированного изоляционного листа (10) с прижатием его к стенкам паза (8).
6. Устройство (50) по п.5, отличающееся тем, что нагреваемый формующий инструмент (53) содержит по меньшей мере один стержень, предназначенный для аксиального введения в указанный паз.
7. Устройство (50) по п.6, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере один конический раз-вальцовочный инструмент (54), предназначенный для развальцовки концевого участка (10') изоляционного листа (10), и выступающий из сердечника статора, причем конический развальцовочный инструмент (54) содержит торцевое отверстие, через которое может проходить формующий инструмент (53).
8. Статор (1) электрической машины, изготовленный способом по п.1, содержащий стержневую обмотку, образованную множеством стержневых проводников (5, 5', 5);
сердечник (2) статора, имеющий множество пазов (8), в каждом из которых установлен по меньшей мере один соответствующий стержневой проводник (5, 5', 5") и по меньшей мере один соответствующий изоляционный лист (10), причем сердечник (2) статора аксиально продолжается в высоту между противолежащими первой поверхностью (3) и второй поверхностью (4), отличающийся тем, что
указанная высота составляет 100 мм или более;
коэффициент заполнения паза (8) сердечника, определяемый как отношение между общим токо-проводящим сечением по меньшей мере одного стержневого проводника, размещенного в пазу, и поперечным сечением паза без изоляционного листа (10) составляет 80% или более.
9. Статор (1) по п.8, отличающийся тем, что указанная высота составляет 150 мм или более.
10. Статор (1) по любому из пп.8 или 9, отличающийся тем, что коэффициент заполнения паза составляет 85% или более.
11. Статор (1) по любому из пп.9 или 10, отличающийся тем, что минимальный размер поперечного сечения стержневого проводника составляет 3,5 мм или менее.
12. Статор (1) по п.11, отличающийся тем, что указанный минимальный размер поперечного сечения стержневого проводника составляет 3 мм или менее.
13. Электрическая машина, содержащая ротор и статор (1) по любому из пп.8-12.
14. Электрический или гибридный привод транспортного средства, содержащий электрическую машину по п.13.
10.
10.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
023724
- 1 -
(19)
023724
- 1 -
(19)
023724
- 1 -
(19)
023724
- 4 -
023724
- 8 -