CS203111B2 - Brushless alternator - Google Patents

Description

Předmětem vynálezu je bezkartáčový alternátor, který má vysoký měrný výkon a malé wiějáí rozměry.

Gennrátor se zubovými póly, který je v současné době nejpoužívanějším zdrojem elektrické energie, má tu nevýhodu, že rotor je opatřen vinutím, sběracími kroužky a kartáčky. Sběrací kroužky a kartáčky jsou v těžkých pracovních podmíincáchjjako je prašné a agresivní prostředí, velmi citlivé a mimo to jsou zdrojem poruch rozhlasu. Jiskření kartáčků je v explozivní atmosféře velice nebezpečné. Naapoti tomu provedení bez kartáčků nemá nevýhody a umooňuje spolehlivou regulaci napětí pomooí polovodičových prvků.

V posledním deeeetletí byla zveřejněna řada řešení pro provedení bez kartáčků; všechna však mmia tu společnou nevýhodu, že alternátory měly nízký měrný výkon a velké rozměry ve srovnání s generátory s kartáčky a zubovými póly.

Účelem vyiálezu je vytvoořt alternátor bez kartáčků, který by měl vyšší měrný výkon a menší rozměry než provedení s_kartáčky. Předmětem vynálezu je bezkartáČkový alternátor, kde jho a zuby statoru jsou z oddělených, vzájemně kolmo umístěných lamel a vnitřní obvodová plocha jha slouží k upevnění budicího vinutí. Poddtata vynálezu spočívá v tom, že zuby mmjí uprostřed nástavce směřující radiálně ven a nástavce směřující radiálně dooniiř, přičemž všechny nástavce emёřující radiálně ven tvoří nosič statoru a nástavce směěřJící radiálně dovvntř jsou uloženy mezi dvěma prstenci tvořícími jho, jejichž wintřní obvodové plochy leží v'rovině s vnitřními koncovými plochami nástavců a na hraničních čárách těchto wiitřních obvodových ploch a vnitřních koncových ploch jsou prstence jha a nástavce zubů vzájemně pevně spojeny.

Provedení podle vynálezu má tu výhodu, že váha statoru je poměrně malá a také délka statorového vinutí je menší než u známých provedení; tím se jednak zmenší spotřeba mědi a jednak sníží vntřní odpor statorového vinutí. Upeevnění zubů v prstencích jha např. svařením msto obvyklého zalisování je jednodušší a zabraňuje vzniku vířivých proudů.

V^niez bude popsán v souviisosti s příklady provedení znázorněrými na výkresech, kde značí obr. 1 podélný řez alternátorem, obr. 2 pohled v osovém směru na výřez statoru bez statorového a budicího vinutí, obr. 3 v axonometrickém pohledu zub statoru podle prvního provedení vynálezu, přičemž vedle zubu statoru je pól rotoru, obr. 4 pohled na zuby statoru a póly rotoru v radiálním směru, přičemž je patrno, jak póly rotoru překrývají zuby statoru a jak velká je mezera mezi prstene i jha, obr. 5 axonoímeriký pohled na zub statoru podle druhého provedení, obr. 6 příčný řez druhým provedením statoru, obr. 7 výřez statoru z obr. 6 v axiálním pohledu a obr. 8 provedení jednorázového statoru podle druhé alternativy vynálezu.

Obr. 1 znázorňuje řez rotorem v podélném směru. Na hřídeli alternátoru je upevněn rotor sestávající ze dvou rotorových věnců 2 ^s dovvntř obrácenými póly 2. Jeden z rotorových věnců 2 je na hřídeli nalisován, zatímco druhý je na hřídeli pouze nasunut, a oba rotorové věnce 2 jsou spolu seároubovány. Tato dvoudílná konstrukce rotoru je nezbytná, poněvadž stator je v rotoru úplně uzavřen. PodeV pólů 2 na každém rotorovém věnci 2 3^e libovolný. Celkový počet pólů 2 obou rotorových věnců 2 dohromady je sudý a závisí na nezbytné nebo žádané frekvenci při daných otáčkách. Rotorové věnce £ jsou vzájemně nastaveny tak, že rovina sowmrrnsti jednoho pólu 2 na jednom rotorovém věnci 2 splývá s rovinou ssшmrnnsti mezery mezi dvěma póly 2 na druhém rotorovém věnci 2· póly 2 kolem viější střeny statoru a mma! parabolický tvar, jak ukazuje obr. 3 a 4. Ten o tvar je nezbytný proto, aby výstupní napětí mělo sinusový průběh. *

Uvvntř rotoru je umístěn stator, který sestává ze jha 6 a zubů J. Jho 6 obklopuje budicí vinutí £ a je složeno ze dvou prstenců z lamel kolmých k ose rotoru. Tyto prstence jsou sestaveny z kruhových nebo svinuty z ocelového pásu. Svinutý prstenec jha 6 je na vntřní straně spojen svarem pod argonem. Na viější straně jha 6 jsou vyříznuty drážky, do kterých se zasazu;jí zuby J.

Z obir. 2, který ukazuje výřez statoru v osovém směru, je patrné, jak jsou zuby J vsazeny do jha 6. U velkých strojů muusjí být zuby J v drážce elektricky izolovány, aby nevznikly závity nakrátko. Zuby £ mm jí speciální konstrukci a sahají ze jha 6 v radiálním směru ven, jak ukazuje obr. 2. Vlastní zub J má na straně přivrácené k pólům 2 rotoru dvojnásobnou šířku než na straně přivrácené ke jhu 6. Vzduchová mezera mezi zuby J statoru a póly 2 rotoru má velkou šířku a plochu, takže hustota meapintického toku v mezeře je malá, což má za důsledek malý počet budicích aeerrzávitů.

Z obr. 3 je patrné sestavení zubů J, z lamel, které leží ve směru osy rotoru tak, že větší nebo menší počet lamel zvětšuje nebo zmenšuje tloušíku zubu Na užší části má zub J nástavec. 8 směř^^í radiálně dovvntř, který se svařováním v argonové atmosféře svaří s prstenci jha 6. Takové spojení zubů J se jtem 6 nevytváří závity nakrátko.

Alternativně mohou být zuby J vsazeny do drážky a přinýtovány ze strany; při tomto provedení může jho 6 sestávat z jediného prstence. Uurootřed široké části zubu J vyčnívá radiálně směrem ven nástavec i, který slouží dvěma účelům: jednak tvoří nosič statoru tím, že je z obou stran sevřen skříní stroje, takže stator je přesně centrován, a jednak protéká tímto nástavcem 1 mmagintický tok, když pól 2 překrývá zub J. Z tohoto důvodu je nutný parabolický tvar pólů 2.

Je žádouuí, aby nástavce 1 zubů J byly izolovány elektricky od skříně stroje. V prvním provedení podle obr. 3 jsou horní strany 3^# zubů J rozšířené tím, že vněěší lamely jsou vyhnuty do stran. Tím se účelně zvětší plocha zubů J ve vzduchové meeeře. Majgneický tok pro203111' téká ' i’’ . postranní částí zubu J do jeho Široké ’ části. . Podle druhého provedení znázorněného' na ' obr. · .-5 je ·' zub J po stranách nástavce £ ve své široké horní · části odehnut od nástavce . £ tak,.. že · po · opracování smontovaného . statoru . ná soustruhu má horní strana 3 ’ zubu ' J větší . povrch’,· než' · ‘kdyby . zub J nebyl odehnut. · Zvětšená plocha závisí na úhlu, pod kterým je 'zub ' 3 vyhnut. . - ,

Obr. 6 ukazuje v příčném řezu druhé provedení statoru, který je sestaven z l_a^<^Zl kolmých k ose rotoru. Stejně jako v,prvním provedení má stator .neznázorněné jho na v^třní straně. Tento stator je výrobně jednodušší, .avšak pro buzeníje potřebí větší .počet . ampprzávitú. Tato nevýhoda se projevuje v jednofázovém provedení s vyjádřenými . póly podle obr-. 8 ' v menší míře.

Střední lamely rotoru, které jsou prodlouženy v nástavce £ ..sloužící . jako nosiče .statoru a na něm upevněného budicího vinutí £ jsou vytvořeny samossatně a --jsou ' . sevřeny mezi ' . dvěma stejjými polovinami statoru, znázorněnými v bokoryse na obr. 7 a 8. Nástavce j_ . vyčnívají radiálně ven ze zubů J. Obě poloviny statoru i lamely s prodlouženými nástavci £ . jsou .na. vni-třní straně svařeny v argonové atmooféře nebo spojeny iýty, které procházejí jednak ' . jhem . a jednak širší částí zubu J, což zvyšuje mechanickou pevnot. Lamely s nástavci £ slouží současně jako přídavná plocha, kterou prochází m^an^etický tok z pólů .2 do zubů J a zpět.

V obou . příkladech provedení statoru je vinutí £ kotvy známým způsobem vinuto tak, že v závislosti na požadované frekvenci při daných otáčkách uzavírá určitý počet zubů statoru. Přívody vinutí jsou vyvedeny u nástavců zubů 2 na skříni stroje.

Bezkartáčkový alternátor podle vynálezu pracuje tímto způsobem: budicí vinutí . upevněné na statoru budí jádro rotoru. Magnneický tok prochází rotorovým věncem 2 a přechází vzduchovou mezerou do zubu J. Z obr. 1 je vidět, že siločáry směěují k ose, u jha 6 se a procházejí zuby J do protilehlého pólu 2. Zuby J jsou střídavě překrývány severním a jižním pólem, takže čésií zubu J,» kde je vinit!, prochází msagutický tok oběma směry.

Uložením statoru v rotoru se dosáhne toho, že při daných rozměrech má rotor v důsledku většího poloměru vyšší obvodovou rychlost, přičemž délka vinutí kotvy je menní, což znamená menší tepelné ztráty a nižší spotřebu mědi. Protože rotorové věnce £ nesoucí póly 2 leží po stranách zubů, pro^l^ť^2^€^;)í siločáry i touto částí zubů. Alternátor má velmi málo součástí a konstrukce statoru umožňuje strojní .výrobu vinutí.

Claims (2)

1. Bezkartáčkový alternátor, kde jho a zuby statoru jsou z oddělených, vzájemně kolmo umístěných lamel a v^třní obvodová plocha jha slouží k upevnění budicího vinutí, vyznačený tím, že zuby (3) maaí uprostřed nástavce (1) směěuuící radiálně ven a nástavce (8) směěuuící radiálně dovnniř, přičemž všechny nástavce (1) směěuuíci radiálně ven tvoří nosič statoru a nástavce (8) směětuící radiálně dovnítř jsou uloženy mezi dvěma prstenci tvořícími jho (6), jejichž vnitřní obvodové plochy leží v rovině s vnitřními koncovými plochami nástavců (9) a na hraničních čárách těchto vnitřních obvodových ploch a vnitřních koncových ploch jsou prstence jha (6) a nástavce (8) zubů (3) vzájemně pevně spojeny.

2. Bezkartáčkový alternátor podle bodu 1 , vyznačený tím, že zuby (3) jsou na straně přivrácené k pólům (2) v osovém směru širší než na straně prstenců jha (6).