CS265253B1 - Stejnosměrný stroj točivý - Google Patents

Abstract

Řešení se týká stejnosměrného stroje točivého, jehož magnetický obvod statoru je tvořen hranolovitým svazkem plechů, opatřený^ čtyřmi a více hlavními a pomocnými póly a složeným z vrstev plechů, sestavených v jejich tangenciálním směru alespoň ze dvou segmentů. Účelem je především docílit vytvoření magnetického obvodu statoru s„vysokou mechanickou únosností, odstraňující jednak rozkmitávání jeho hlavních pólů a jemu přilehlých částí jha svazku plechů statoru, jednak umožňující uplatnění víceúčelových zařízení s vysokým stupněm mechanizace a automatizace pri výrobě stejnosměrných strojů. Uvedeného účelu se dosáhne tím, že navzájem přivrácené okraje sousedních segmentů jsou uspořádány v odstupu od,sebe u osové roviny daného hlavního pólu a mezi nimi je uvnitř odstupu, vymezeného geometrickou přímkovou spojnicí vnějších stran segmentů, geometrickou přímkovou spojnicí jejich vnitřních stran a jejich okrajů, umístěna traverse, s výhodou v osové rovině hlavního pólu, přiléhající k okrajům segmentů.

Description

Vynález se týká stejnosměrného stroje točivého, zejména pro napájení ze statických polovodičových usměrňovačů, jehož magnetický obvod statoru je tvořen hranolovitým svazkem plechů, opatřeným čtyřmi a více hlavními póly a pomocnými póly, složeným z vrstev plechů, sestavených v jejich tangenciálním směru alespoň ze dvou segmentů.

Stávající stejnosměrné stroje točivé, určené pro napájení zvlněným stejnosměrným proudem ze statických polovodičových usměrňovačů se z důvodu docílení co nejnižší úrovně povrchových, pulsačních a přídavných ztrát v železe a s ohledem na minimální zpoždění magnetického toku pomocných pólů za proudem kotvy zhotovují s celolistěným magnetickým obvodem statoru.

Stejnosměrné stroje točivé menších typových velikostí jsou obvykle opatřovány magnetickým obvodem statoru, převážně tvořeným hranolovitým svazkem plechů, kde každá vrstva plechů svazku plechů je provedena jako výstřižek plechu, u něhož jho statoru, hlavní póly i pomocné póly tvoří celistvý rámeček.

U stejnosměrných strojů točivých větších typových velikostí se magnetický obvod statoru ponejvíce sestavuje z celistvých výstřižků plechů jha statoru jako rámeček, přičemž hlavní póly jsou obvykle vystřihovány odděleně. Pomocné póly mohou být vystřiženy buó odděleně, nebo mohou tvořit integrál ní součást rámečku.

V případě stejnosměrných strojů točivých velkých typových velikostí už nelze z technologických důvodů sestavovat magnetický obvod statoru z celistvých výstřižků plechů ve

265 253 tvaru rámečků, ale každá vrstva plechů svazku plechů je v jejím tangenciálním směru sestavena minimálně ze dvou segmentů, které se pro zvýšení torzní tuhosti svazku plechů různě tvarují, různým způsobem překládají, popřípadě i vyztužují přídavnými vyztužovacími dílci, umisťovanými na vnějších stranách zhotoveného svazku plechů magnetického obvodu statoru v osových rovinách hlavních pólů nebo pomocných pólů. Technologické dělicí spáry mezi segmenty v jednotlivých vrstvách plechů a spolu sousedících vrstvách plechů svazku plechů se dosud obvykle umisťují v magneticky nejméně namáhaných částech jha magnetického obvodu statoru, tedy převážně u osových rovin hlavních pólů. V těchto místech však současně působí největší magnetický tah, vznikající mezi hlavními póly a rotorem. Při otáčení rotoru se vlivem drážkování rotoru mění velikost a působiště magnetického tahu, což vede k tomu, že se hlavní póly rozkmitávají a s nimi i přilehlé části jha magnetického obvodu statoru. Proto se ke zvětšení tuhosti svazku plechů magnetického obvodu statoru vkládají do vybrání, vytvořených na jeho vnějších stranách v osových rovinách hlavních pólů nebo pomocných pólů, vyztužovací trámce, ke kterým se segmenty přivařují. Ve vyztužovacích trámcích jsou přitom provedena nutná zahloubení pro hlavy šroubů, kterými se upevňují hlavní póly nebo pomocné póly ke jhu magnetického obvodu statoru. Tyto vyztužovací trámce sice zvyšují torzní tuhost svazku plechů magnetického obvodu statoru, avšak jejich podstatnou nevýhodou je malá tuhost v ohybu ve směru radiálně působícího magnetického tahu vlivem zeslabení vyztužovacích trámců v místech provedených zahloubení. Za nevýhodnou je třeba navíc považovat i tu skutečnost, že při sestavování magnetického obvodu statoru dosud užívaných provedení stejnosměrných strojů točivých z poměrně rozměrných a těžkých segmentů se jen obtížně uplatňuje mechanizace skládání jha statoru, která vyžaduje poměrně značný počet přípravků a speciálních zařízení.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny u stejnosměrného stroje točivého podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, Že navzájem přivrácené okraje sousedních segmentů v každé vrstvě plechů svazku plechů jsou uspořádány v odstupu

265 253 od sebe u osové roviny jim příslušného hlavního pólu, a mezi nimi je uvnitř profilu odstupu, vymezeného v tangenciálním směru statoru geometrickou přímkovou spojnicí vnějších stran sousedních segmentů, geometrickou přímkovou spojnicí jejich vnitřních stran a jejich navzájem přivrácenými okraji, umístěna^' traverza, přiléhající k okrajům segmentů.

Podstatnou výhodou řešení stejnosměrného stroje točivého podle vynálezu je, že jeho magnetický obvod statoru je charakterizován kvalitativně vyšší radiální i torzní tuhostí oproti porovnatelným provedením magnetického obvodu statoru stávajících stejnosměrných strojů točivých, odstraňující u nich se vyskytující rozkmitávání hlavních pólů a jim přilehlých částí magnetického obvodu statoru. Toto je umožněno především uspořádáním traverz z pevnostně vhodného masívního feromagnetického materiálu mezi okraji sousedních segmentů, které jsou na rozdíl od užívaných vyztužovacích trámců už samy o sobě způsobilé potřebně překonávat radiální síly, vyvozované magnetickým tahem mezi hlavními póly a rotorem stejnosměrného stroje točivého. Zvýšení mechanické únosnosti provedení magnetického obvodu statoru stejnosměrného stroje točivého podle vynálezu lze dále zajistit více výhodnými způsoby, jako například tím, že se traverzy vhodně ukotví ve výztužných tělesech, uspořádaných u čelních stran svazku plechů magnetického obvodu statoru, nebo je možné traverzy přivařit z vnější strany svazku plechů prostřednictvím alespoň jednoho podélného prvního svaru, a/nebo z vnitřní strany svazku plechů magnetického obvodu statoru prostřednictvím alespoň jednoho podélného druhého svaru k přilehlým okrajům sousedních segmentů. Dále je rovněž možné mechanickou únosnost magnetického obvodu statoru ještě zvýšit i užitím přídavných vyztužovacích trámců, uspořádaných na vnějších stranách svazku plechů magnetického obvodu statoru v osových rovinách pomocných pólů, obdobně jak je tomu u některých známých srovnatelných provedení magnetického obvodu statoru užívaných stejnosměrných strojů točivých. Řešení stejnosměrného stroje točivého podle vynálezu je výhodné i tím, že se značně zjednodušší a zkrátí technologický takt výroby jeho magnetického obvodu statoru, nebo? segmenty jha statoru

265 253

- 4 lze výhodně nejprve sesvazkovat do samonosného segmentového svazku potřebné délky pomocí uložení vodicích svorníků v polohovacích otvorech segmentů a opatřením sestaveného segmentového svazku běžnými svazkovacími prostředky, jako například svazkovacími sponami, uloženými ve vyhloubeních na vnějších stranách segmentů, nýty, uloženými ve svazkovacích otvorech segmentů, popřípadě i svary, přičemž pro vyloučení, případné klínovitosti se alespoň část segmentového svazku uspořádá proti jeho ostatním částem zrcadlově obráceně. Použití masívních feromagnetických travers přitom nijak nezhoršuje komutační vlastnosti stejnosměrného stroje točivého podle vynálezu, protože střídavá složka magnetického toku pomocných pólů se mezi jednotlivými segmentovými svazky může uzavřít přes hlavní póly, přičemž stejnosměrná složka tohoto magnetického toku prochází bučí přímo feromagnetickými traverzami, popřípadě přes upravené podélné první svary, a/nebo druhé svary mezi okraji segmentů sousedních segmentových svazků.

Mimo uvedené přednosti lze za výhodné u stejnosměrného stroje točivého podle vynálezu považovat i možnost upravení volitelně tvarovaného lože u okrajů každého segmentu na jeho vnitřních stranách pro přilehnutí dosedací plochy jha odnímatelného hlavního pólu. Pokud se odnímatelný hlavní pól připevní k masívní feromagnetické traverze pomocí šroubů, zachová se tím jednak technologicky prakticky nejjednodušší způsob upev-. nění odnímatelného hlavního pólu ke jhu magnetického obvodu statoru, jednak se vzhledem k podstatně větší mase pod zahloubením traverzy pro uložení hlavy šroubu oproti zeslabení masy dosud užívaných vyztužovacích trámců pod stejně vytvořeným zahloubením zajistí potřebná tuhost traverz,a tím i celého magnetického obvodu statoru v ohybu ve směru radiálně působícího magnetického tahu. Tím, že u řešení stejnosměrného stroje točivého podle vynálezu lze segmenty svazku plechů magnetického obvodu statoru předem sestavovat do samonosných segmentových svazků, docílí se jednak znatelného snížení pracnosti při manipulaci se segmenty při sestavování svazku plechů jha magnetického obvodu statoru, jednak lze ve výrazně větší míře než dosud uplatnit při výrobě stejnosměrného stroje točivého

- 5 265 253 podle vynálezu víceúčelové prostředky mechanizace a automatizace při současném podstatném omezení potřeby používání složitých a nákladných speciálních jednoúčelových přípravků a zařízení.

Na připojeném výkrese jsou znázorněny příklady provedení stejnosměrného stroje točivého podle vynálezu, kde na obr· 1 je zobrazeno jedno z možných vytvoření jeho magnetického obvodu statoru v polovičním příčném řezu, obr. 2 ukazuje příčný detail možného upevnění odnímatelného hlavního pólu ke jhu magnetického obvodu statoru a na obr. 3 je znázorněn podélný detail možného ukotvení traverzy ve výztužném tělese, uspořádaném u čelní strany svazku plechů magnetického obvodu statoru

Stejnosměrný stroj točivý podle vynálezu, určený zejména pro napájení ze· statických polovodičových usměrňovačů, je· opat řen magnetickým obvodem statoru, tvořeným svazkem 1 plechů tvaru n-bokého hranolu, majícím podle daného konstrukčního provedení a uvažovaného režimu provozování stejnosměrného stroje točivého Čtyři nebo více hlavních pólů 2 θ ji® odpovídajících pomocných pólů 2, přičemž na obr. 1 je konkrétně vyznačeno uspořádání magnetického obvodu statoru se čtyřmi hlavními póly 3 a čtyřmi pomocnými póly 7. Tento magnetický obvod statoru je složen z vrstev plechů, kde každá z nich sestává v tangenciálním směr.u magnetického obvodu statoru ze segmentů 2 o počtu, odpovídajícím počtu hlavních pólů 2» kteréžto segmenty 2 jsou provedeny tak, že ve zhotoveném svazku 1 plechů magnetického obvodu statoru jsou v každé jeho vrstvě plechů uspořádány navzájem přivrácené okraje sousedních segmentů 2 v odstupu od sebe v opačných polorovinách vůči osové rovině £ jim příslušného hlavního pólu 3. Z technologického a konstrukčního hlediska je přitom výhodné, aby navzájem přivrácené okraje sousedních segmentů 2 byly vůči osové rovině 4 daného hlavního pólu 3 uspořádány zrcadlově obráceně, což mimo dříve uvedené přednosti přispěje i k minimální možné klínovitosti sestaveného svazku 1 plechů magnetického obvodu statoru. Pro zajištění požadované torzní a radiální tuhosti sestaveného svazku 1 plechů magnetického obvodu statoru stejnosměrného stroje točivého podle vynálezu

265 253 je mezi navzájem přivrácenými okraji sousedních segmentů 2 uspořádána traverza 8, nejlépe osově souměrně vůči osové rovině j. jí příslušného hlavního pólu 3, z pevnostně vhodného feromagnetického materiálu, umístěná v tangenciálním směru magnetického obvodu statoru uvnitř profilu odstupu, vymezeného geometrickou přímkovou spojnicí vnějších stran sousedních segmentů 2, dále geometrickou přímkovou spojnicí vnitřních stran sousedních segmentů 2 a nakonec tvarem okrajů sousedních segmentů 2, která svým povrchem přiléhá k okrajům těchto sousedních segmentů 2. Aby styk traverzy 8 s okraji sousedních segmentů 2 byl co nejlepší, je potřebné navrhovat tvar okrajů sousedních segmentů 2 shodný s tvarem profilu povrchu traverzy 8, jak je názorně patrno podle obr. 1 a 2, kde je vyznačeno uspořádání traverzy 8 kruhového profilu jejího povrchu mezi segmenty 2, opatřenými kruhovitými okraji. Je nasnadě, že je možné účelně volit i jakýkoliv jiný vhodný tvar profilu povrchu traverzy 8 a jemu přizpůsobený tvar okrajů segmentů 2, například tvar hranolovitý. Pevné přimknutí traverzy 8 k okrajům sousedních segmentů 2,a tím i dostatečně vysokou tuhost svazku 1 plechů jha magnetického obvodu statoru lze zaručit jednoznačně tak, že se všechny užité traverzy 8 zalisovávají mezi jim příslušné navzájem přivrácené okraje sousedních segmentů 2 předem sestavených segmentových svazků současně. Další zvětšování tuhosti svazku 1 plechů magnetického obvodu statoru stejnosměrného stroje točivého podle vynálezu lze snadno realizovat například tím, že se v prvním výřezu 2 profilu odstupu, vymezeného v tangenciálním směru magnetického obvodu statoru tvarem přivrácených okrajů sousedních segmentů 2, tvarem vnějšího volného povrchu traverzy 8 mezi okraji sousedních segmentů 2 a geometrickou přímkovou spojnicí vnějších stran sousedních segmentů 2, provede v podélném směru magnetického obvodu statoru alespoň jeden první svar 11, vytvořený podle potřeby bu3 jako podélný průběžný svar, nebo po úsecích přerušovaný podélný svar, popřípadě jako řadový bodový svar. Analogicky bude k dalšímu zvětšování tuhosti svazku 1 plechů magnetického obvodu statoru přispívat i to, že se ve druhém výřezu 10 profilu odstupu, vymezeného v tangenciálním směru magnetického

- 7 265 253 obvodu statoru tvarem přivrácených okrajů sousedních segmentů 2, tvarem vnitřního volného povrchu traverzy 8 mezi okraji sousedních segmentů 2 a geometrickou přímkovou spojnicí vnitřních stran sousedních segmentů 2, provede v podélném směru magnetického obvodu statoru alespoň jedén druhý svar 12, vytvořený podle potřeby obdobně jako první svar 11. Je-li třeba docílit zaručeně vysokou mechanickou únosnost magnetického obvodu statoru stejnosměrného stroje točivého podle vynálezu, je možné provést také ukotvení traverz 8 ve výztužných tělesech 5, uspořádaných u čelních stran svazku 1 plechů. Tato výztužná tělesa 2» mohou být provedena bučí jako samostatná, jak je patrno podle obr. 2, nebo jimi mohou například být přímo i ložiskové štíty stroje. Kromě uvedených způsobů zajištění požadované vysoké mechanické únosnosti magnetického obvodu statoru stejnosměrného stroje točivého podle vynálezu lze jeho tuhost ještě dále zvýšit i užitím vyztužovacích dílců 6, uspořádaných na vnější straně sestaveného svazku 1 plechů magnetického obvodu statoru v místě umístění pomocných pólů 7 a k ní přivařených. Aby bylo možné sestavovat segmenty 2 do samostatných samonosných segmentových svazků, jsou segmenty 2 opatřeny alespoň dvěma polohovacími otvory 14, s výhodou vytvořenými u okrajů segmentů 2 a u jeho vnějších stran, pomocí kterých se segmenty 2 ukládají na vodící svorníky !£, přičemž pro možnost sesvazkování sestavených segmentových svazků jsou segmenty 2 rovněž upraveny pro uložení svazkovacích prostředků, jako například tím, že jsou na jejich vnější straně vytvořena vybrání 16, ve kterých jsou uloženy svazkovací spony 17. Řešení magnetického obvodu statoru stejnosměrného stroje točivého podle vynálezu je výhodné i tím, že u okrajů každého segmentu 2 lze na jeho vnitřní straně upravit vhodně vytvarované lože 1^ pro přilehnutí dosedaci plochy jha odnímatelného hlavního pólu 3. Je-li tedy například provedena dosedaci plocha jha odnímatelného hlavního pólu 3 ve tvaru kruhového oblouku, jak je patrno podle obr. 1, jsou rovněž segmenty 2 opatřovány loži 13 odpovídajícího tvaru kruhového oblouku, přičemž jedná-li se o vytvoření dosedaci plochy jha odnímatelného hlavního pólu 3

265 253

Λ-W ¹ osově souměrně vůči osové rovině 4 odnímatelného hlavního pólu 3» je potřebné, aby navzájem přivrácená lože 13 sousedních segmentů 2 měla, vůči osové rovině 4 hlavního pólu £ tvar zrcadlově obrácený. V případě, že dosedací plocha jha odnímatelného hlavního pólu 3 bude ve tvaru otevřeného n-úhelníku, například pravoúhelníku, jak je vyznačeno na obr. 2, bude přiměřeně tomuto tvaru odpovídat i tvar lože 13 segmentů 2. Aby byl zajištěn co nejlepší přechod budicího magnetického toku ze jha odnímatelného hlavního pólu £ do jha svazku 1 plechů magnetického obvodu statoru přes celý rozměr jeho dosedací plochy, je účelné provést druhý svar 12 mezi navzájem přivrácenými loži 13 tak, aby spolu s nimi tvořil celistvý spojitý tvar.

U řešení stejnosměrného stroje točivého podle vynálezu lze uplatnit více vhodných způsobů upevnění odnímatelného hlavního pólu 3 ke svazku 1 plechů magnetického obvodu statoru, přičemž na obr. 2 je vyznačeno výhodné upevnění odnímate^lného hlavního pólu k ložím 13 sousedních segmentů 2 pomocí šroubů 18, uložených v závitových otvorech traverzy 8.

Claims (13)

1. Stejnosměrný stroj točivý, zejména pro napájení ze statických polovodičových usměrňovačů, jehož magnetický obvod statoru je tvořen hranolovitým svazkem plechů, opatřeným akspoň čtyřmi hlavními póly a pomocnými póly, složeným ž vrstev plechů, sestavených v jejich tangenciálním směru alespoň ze dvou segmentů, vyznačující se tím, že navzájem přivrácené okraje sousedních segmentů (2) v každé vrstvě plechů svazku (1) plechů jsou uspořádány v odstupu od sebe u osové roviny (4) jim příslušného hlavního pólu (3), a mezi nimi je uvnitř profilu odstupu, vymezeného v tangenciálním směru magnetického obvodu statoru geometrickou přímkovou spojnicí vnějších stran sousedních segmentů (2),dála geometrickou přímkovou spojnicí jejich vnitřních stran a jejich navzájem přivrácenými okraji, umístěna traverza (8), přiléhající k okrajům segmentů (2).

2. Stejnosměrný stroj podle bodu 1, vyznačující se tím, že navzájem přivrácené okraje sousedních segmentů (2) jsou vůči osové rovině (4) jim příslušného hlavního pólu (3) uspořádány zrcadlově obráceně.

3. Stejnosměrný stroj podle bodu 1, vyznačující se tím, že první výřez (9) odstupu, vymezený v tangenciálním směru magnetického obvodu statoru okraji sousedních segmentů (2), vnějším povrchem traverzy (8) mezi okraji sousedních segmentů (2) a geometrickou přímkovou spojnicí vnějších stran sousedních segmentů (2), je ve svém podélném směru opatřen alespoň jedním prvním svarem (11).

4. Stejnosměrný stroj podle bodu 1, vyznačující se tím, že druhý výřez (10) odstupu, vymezený v tangenciálním směru magnetického obvodu statoru okraji sousedních segmentů (2), vnitřním povrchem traverzy (8) mezi okraji sousedních segmentů (2) a geometrickou přímkovou spojnicí vnitřních stran sousedních segmentů (2), je ve svém podélném směru opatřen alespoň jedním druhým svarem (12).

- 10 265 253

5. Stejnosměrný stroj podle bodu 1, vyznačující se tím, že traverza (.8) je ukotvena ve výztužných tělesech, (5), uspořádaných u čelních stran svazku (1) plechů.

6. Stejnosměrný stroj podle bodu 1, vyznačující se tím, že každý segment (2) je opatřen alespoň dvěma polohovacími otvory (14), s výhodou vytvořenými u jeho okrajů a u jeho vnějších stran, pro uložení vodicích svorníků (15).

7. Stejnosměrný stroj podle bodu 1, vyznačující se tím, že u okrajů každého segmentu (2) je na jeho vnitřní straně upraveno lože (13) pro přilehnutí dosedací plochy jha odnímatelného hlavního pólu (3)·

6. Stejnosměrný stroj podle bodu 7, vyznačující se tím, že odnímatelný hlavní pól (3) je připevněn šrouby (18) ke traverze (

8).

9. Stejnosměrný stroj podle hodu 7, vyznačující se tím, že lože (13) má tvar oblouku, zejména kruhového.

10. Stejnosměrný stroj podle bodu 7, vyznačující se tím, že lože (13) má tvar otevřeného n-úhelníku, zejména pravoúhelníku.

11. Stejnosměrný stroj podle bodu 7, vyznačující se tím, že navzájem přivrácená lože (13) sousedních segmentů (2) mají vůči osové rovině (4) jim příslušného hlavního pólu (3) tvar zrcadlově obrácený.

12. Stejnosměrný stroj podle bodu 4, 7 a 11, vyznačující se tím, že navzájem přivrácená lože (13) mají spolu s jim příslušným druhým svarem (12) celistvý spojitý tvar.

13. Stejnosměrný stroj podle bodu 1, vyznačující se tím, že segmenty (2), uspořádané v podélném směru magnetického obvodu statoru v zákrytu, jsou upraveny do samonosného segmentového svazku prostřednictvím svazkovacích prostředků.