CS212540B1 - Rotor elektrického stroje s vyjádřenými póly - Google Patents

Abstract

Účelem vynálezu je odstranění namáhání polá stroje na ohyb způsobené odstředivými a jim podobnými silami, zvláště tam, kde jsou póly sestavené ze segmentů. Tohoto účelu se dosahuje tím, že póly, podepřené ze strany rotoru, jsou v axiálním směru staženy předepjatými stahovacími prvky zakotvenými ve stahovacích bočnicích společných pro všechny póly, a uspořádaným na kružnici, jejíž poloměr je větší než poloměr kružnice, na níž leží těžiště pólů, přičemž jsou rovněž dány podmínky, jež musí velikost axiální stahovací síly splňovat, aby předepjaté stahovací prvky plnily svůj účel.

Description

Vynález se týká rotoru elektrického stroje s vyjádřenými póly, zejména rotoru s vysokými hodnotami namáhání pólů na ohyb odstředivými silami a silami jim podobnými.

Magnetické obvody rotorů elektrických strojů točivých jsou sestaveny buS z plechů, a to jak celistvých, tak i dělených na segmenty, nebo jsou sestaveny z jednotlivých prvků z plného materiálu, případně jsou tvořeny kombinací obou provedení, jako je tomu u strojů s permanentními magnety. Póly vytvořené samostatně bývají ke jhu rotoru upevněny pomocí rybin nebo T-hlav po celé délce, či jsou připevněny pomocí šroubů. Rybina nebo radiálně uspořádané šrouby zachycují odstředivou silu působící na pol, zatímco svorníky či šrouby procházející pólem v axiálním směru jen stahují pól v kompaktní celek. Jsou známa rovněž provedení, výhodná např. u listěných rotorů s permanentními magnety, u nichž jsou plechy s permanentními magnety staženy mezi bočnice ve tvaru mezikruhových kotoučů. Odstředivé síla se pak třením přenáší na tyto nosné bočnice. Jednotlivé póly vytvářejí mezi bočnicemi nosníky namáhané vlastní odstředivou silou na ohyb. Tomuto ohybovému namáhání se čelí vyztužením rotoru tuhými rozměrnými trámci zakotvenými v bočnicích, mezilehlými zděřemi, bandážemi a různými podpěrami k omezení průhybu. Nosné trámce zaujímají značnou část objemu rotoru na úkor magneticky aktivních částí. Tato řešení tedy vedou k poměrně hmotným konstrukcím s vysokou spotřebou materiálu převážně málo elektricky i magneticky využitého. Přitom dosažitelné parametry mnohých strojů jsou často omezeny právě dosažitelnou tuhostí rotorového systému.

Uvedenou problematikou řeší rotor elektrického stroje podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že póly podepřené ze strany rotoru jsou v axiálním směru staženy předepjatými stahovacími prvky zakotvenými ve stahovacích bočnicích společných pro všechny póly, a uspořádanými na kružnici, jejíž poloměr je větší než poloměr kružnice, na níž leží těžiště pólů, přičemž velikost axiální stahovací síly je dána větší z obou hodnot stanovených ze vztahů.

³ · ^f >%ax kde f je součinitel tření mezi stavebními prvky pólů, zejména plechy, je největší hodnota posouvající síly v radiálním směru, R je radiální vzdálenost mezi těžištěm pólu a osou stahovacího prvku a Mq_max je největší hodnota momentu namáhajícího pól na ohyb.

Takto provedené póly mají dostatečnou tuhost i při zatížení značnými odstředivými silami za rotace a nemůže dojít k vzájemnému posunuti jednotlivých stavebních prvků pólů. Svorník procházející pólem není určen k přenosu ohybových namáhání, ani na to není dimenzován, nýbrž pouze na přenos předepínací tahové síly potřebné k vyvození dostatečně vysokého tlaku mezi stavebními prvky rotoru. Takto vyrobený listěný pól je schopen odolávat ohybovému namáhání jako by byl z masivního materiálu. Po celé délce pólu působí konstantní moment opačného smyslu než moment způsobený vlastni odstředivou silou pólů. Tím se zruší ohybové namáhání pólu a potlačí ohybová deformace. Tlak mezi plechy též zajišťuje způsobilost listěného pólu přenášet posouvající síly a tudíž i odstředivé síly na nosné bočnice.

Příklady provedení rotoru podle vynálezu jsou zobrazeny na výkresech, na nichž na obr. 1 je znázorněn teoretický průběh sil podél pólu přdepjatého stahovacím prvkem, obr. 2 ukazuje část rotoru v axiálním řezu, kde předpětí je vyvozeno nýty, na obr. 3 je část axiálního řezu rotorem se svorníky jako stahovacími prvky a obr. 4 představuje část radiálního řezu rotorem s permanentními magnety a na obr. 5 je radiální řez pólem podle obr. 1.

Teoretický základ je patrný z obr. 1. Pol £ rotoru elektrického stroje představuje z mechanického hlediska nosník délky L zatížený při otáčení rovnoměrným spojitým zatížením G od odstředivé síly. Posouvající sila £ ®á největší hodnotu = 0,5 G.L na koncích pólu

i. Ohybový moment 1L má největší hodnotu M„_m„„ = 0,125 G.L^ uprostřed délky L pólu i. Pro zamezení nebezpečného namáhání pólu 1, musí být stahovací prvek 2 umístěn ve vzdálenosti R nad těžištěm T příčného průřezu pólu J. směrem k vnějšímu povrchu rotoru a předepnut silou splňující následující podmínky:

a) Axiální stahovací síla S, které stahuje pól J. musí vytvořit mezi plechy, či jinými konstrukčními prvky pólu i, třecí sílu F, jež je větší než největší hodnota posouvající síly £ v radiálním směru ^F = ³ * ^f ^«max kde f je součinitel tření mezi konstrukčními prvky pólu i· ·*

b) Moment Μθ axiální stahovací síly S k těžišti T příčného průřezu pólu 1 musí být větší než největší hodnota ohybového momentu Mq

Při splnění těchto podmínek bude i za rotace působit mezi jednotlivými konstrukčními prvky pólu J. všude jen tlakové napětí a nemůže dojít k deformaci pólu 1 účinkem odstředivých sil. Na pól i bude působit moment s tendencí vyvolat průhyb směrem k ose rotoru, tento průhyb však bude znemožněn opěrem pólu 1 na hřídeli stroje. Na stojícím stroji má moment prohýbající pól J. směrem ke hřídeli £ konstantní hodnotu rovnou momentu Μθ axiální stahovací síly S vzhledem k těžišti T příčného průřezu pólu i po celé jeho délce L. Za rotace je tento moment roven rozdílu Μθ - M^ obou momentů zatěžujících sil a jeho rozložení podél pólu j. je znázorněno na obr. 1 svisle šrafovanou plochou. Moment vyvolaný předpjatým stahovacím prvkem 2 tak nejen ruší za provozu vzniklý ohybový moment zatěžující pól i, ale zajišluje polohu pólu i na rotoru. Velikost stahovací síly jS tedy nemůže být hodnota nahodilá, je dána vlastni konstrukcí rotoru a provozními podmínkami.

Praktickým příkladem provedení rotoru podle vynálezu je rotor s permanentními magnety. Na hřídeli rotoru £ jsou umístěny jednotlivé póly J. složené z plechových segmentů. Prostory mezi póly i jsou vyplněny permanentními magnety 4, které jsou v dané poloze zajištěny klíny £ zapadajícími do drážek 6 v pleších sousedních pólů £. Tyto plechy jsou staženy předpjatými stahovacími prvky 2 zakotvenými ve stahovacích bočnicích 2, po jedné na každém čele rotoru, společnými pro všechny póly 1· Stahovacími prvky 2 mohou být svorníky, nýty, lze k tomuto účelu využít i tyči 8 tlumicího vinutí apod.

Claims (1)

1. Rotor elektrického stroje s vyjádřenými póly, zejména rotor s vysokými hodnotami namáhání pólů na ohyb odstředivými silami a silami jim podobnými, vyznačující se tím, že póly (1) podepřené ze strany od osy rotoru jsou v axiálním směru staženy předepjatými stahovacími prvky (2) zakotvenými ve stahovacích bočnicích (7) společných pro všechny póly (1), a uspořádanými na kružnici, jejíž poloměr je větší než poloměr kružnice, na níž leží těžiště pólů (1), přičemž velikost axiální stahovací síly je dána větší z obou hodnot stanovených ze vztahů ^S · ^f >%>ax kde f je součinitel tření mezi stavebními prvky pólů (1), zejména plechy, je největší hodnota posouvající síly v radiálním směru, R je radiální vzdálenost mezi těžištěm pólu (1) a osou stahovacího prvku (2) a Mq_max je největší hodnota momentu namáhajícího pól (1) na ohyb.