CZ2004777A3 - Elektrický stroj - Google Patents

Description

Elektrický stroj

Oblast techniky

Vynález se týká elektrického stroje se svazkem plechů, který obsahuje alespoň jeden hranou nahoru svinutý pás z magneticky vodivého materiálu s radiálně vnitřní obrysovou čarou a s radiálně vnější obrysovou Čarou.

Dosavadní stav techniky

Tento svazek plechů může tvořit stator elektrického stroje. Je však rovněž možné vytvořit tento svazek plechů jako rotor elektrického stroje. Je samozřejmě rovněž možné jak stator, tak i rotor elektrického stroje vytvořit svazkem plechů.

Problém, který má vynález řešit, bude nejprve objasněn na příkladu statoru elektrického stroje. Obvykle se svazek plechů tvořících stator elektrického stroje yyrobí tak, že pomocí formy se vylisuje větší počet statorových plechů, jejichž tvar odpovídá tvaru průřezu statoru. Přitom se však vytvoří nejen drážky ve statoru, nýbrž se odstraní i relativně velká část materiálu, která později tvoří otvor statoru. Tento odpad je o to větší, čím větší je vnitřní průměr statoru. Plechové výstřižky, které přitom vzniknou, mohou být zčásti použity na výrobu rotoru. U elektrických motorů však celá vnitřní vylisovaná část tvoří obvykle odpad. Navíc je při vylisování plechových přířezů zapotřebí relativně velkých lisovacích nástrojů a lisů, schopných zachytit potřebné velké síly. Tato skutečnost znamená, že výroba elektrických strojů je nákladná zejména tehdy, když elektrické stroje mají mít velké průměry. Jednotlivé plechové • » * » ♦ · »· ··

4 4

4· 4 přířezy se potom na sebe naskládají v axiálním směru stroje. V předem stanovených odstupech se plechové přířezy vůči sobě úhlově přesadí, aby se zabránilo vzniku „tvaru banánu“, tedy zakřivení svazku plechů, které může vzniknou různými tloušťkami materiálu na průřezu plechové přířezu.

Proto bylo ve spise AT-PS 138 627 navrženo svinout svazek plechů z jednoho plechového pásu, který se svine nastojato, neboli s hranou nahoru. Tento plechový pás má tedy radiálně vnitřní obrysovou čáru a radiálně vnější obrysovou čáru, přičemž radiálně vnější obrysová čára tvoří ve svinutém stavu obvod plechového svazku a radiálně vnitřní obrysová čára obklopuje dutý válec. Radiálně vnitřní obrysová čára často dosedá na podpěrný trn. Do plechového pásu se před jeho svinutím vyrazí nebo vylisují drážky. Tyto drážky jsou otevřeny radiálně směrem dovnitř, čímž se umožní pozdější vložení vinutí. Radiálně vnitřní obrysová čára sleduje obrys těchto drážek.

Tento způsob výroby se však rovněž neosvědčil. Tento způsob výroby se v praxi mohl prosadit pouze u velmi malých motorů, u nichž výška ohybu odpovídá výšce jh£.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je umožnit v praxi pro středně velké průmyslové motory výrobu plechového svazku z pásu svinutého s hranou nahoru.

Uvedený úkol splňuje elektrický stroj se svazkem plechů, který obsahuje alespoň jeden hranou nahoru svinutý pás z magneticky vodivého materiálu s radiálně vnitřní obrysovou čarou a s radiálně vnější obrysovou čarou, podle vynálezu, jehož podstatou je, že pás

9··* • 9 9« 9 v rozvinutém stavu obsahuje trojúhelníková vybrání, která vycházejí z radiálně vnitřní obrysové čáry, a jejichž boky vycházející z této radiálně vnitřní obrysové Čáry jsou vůči sobě skloněny tak, že ve svinutém stavu pásu na sebe dosedají.

Tím se zmenší oblast pásu, která se musí při svinutí zdeformovat. Tato oblast se při svíjení v radiálně vnější Části prodlužuje, což není kritické. V radiálně vnitřní části by se pěchovala, což by za určitých okolností způsobilo lokální zhuštění nebo zvlnění pásu. Tomuto jevu se zabrání tehdy, když na sebe dosednou jednotlivá vinutí pásu s potřebnou těsností. Tím se zhorší magnetické vlastnosti stroje. Když se však nyní provede vybrání, které vychází z radiálně vnitřní obrysové čáry, zůstane potom radiálně vnější část, která se při svíjení pásu s hranou nahoru v podstatě prodlouží. V každém případě ta část materiálu pásu, která se musí při svíjení zdeformovat, zůstane malá. Tím, že boky na sebe ve svinutém stavu dosednou, se magnetické vlastnosti v důsledku vybrání zhorší jen v míře, která je tolerovatelná, protože tomuto zhoršení se může zabránit pomocí dalších opatření, I když boky na sebe dosednou, může sice vzniknout vzduchová mezera, avšak tato vzduchová mezera je poměrně malá.. Tato vzduchová mezera, která stejně musí mezi statorem a rotorem vzniknout, se však může zmenšit tak, aby se toto zmenšení opět rovnalo součtu vzduchových mezer vytvořených mezi boky. Zpravidla postačí, když se vzduchová mezera mezi statorem a rotorem musí zmenšit o několik desetin milimetru. Vliv vzduchové mezery mezi boky bude tím menší, čím větší je počet pólových dvojit motoru. Takto vyrobený svazek plechů je vhodný zejména pro elektrické motory, tedy tam, kde jsou nevýhody obvyklých způsobů výroby statorů zvlášť velké. Čím přesněji se boky mohou vyrobit, tím menší může být počet pólových dvojic, aniž by došlo ke zhoršení magnetických vlastností svazků plechů, a to i tehdy, když musí být tok veden mnoha těmito vzduchovými

Φ Φ «*· φ · · · · ···· • · φ φ φ φ · · φ φ φ φ · φ φφ «φ φ · φ mikromezerami mezi boky. Zvláštním tvarem pásu, přesněji řečeno vybrání, je možno dosáhnout mnoha výhod. Z pásu je možno vyrobit statory i rotory téměř libovolných motorů. Protože se současně musí vylisovat pouze jedna drážka a jedno vybrání, a nikoli celý plech statoru, je pro lisování zapotřebí podstatně menší lisovací síly. Tato lisovací síla má velikost v rozsahu několika tun. Plechový odpad je relativně malý. Přesazené vrstvení plechových přířezů pro vyrovnání různých tlouštěk plechového pásu se již nemusí provádět, protože tlustší a tenčí strany pásu, které vznikly při válcování, tedy při výrobě pásu, leží vždy na stejné straně. Vrstvení svazků plechů je integrováno do procesu výroby. Odpadá dodatečné naskládání vylisovaných plechů na sebe. Spojení svazků plechů se může provést bezprostředně po hotovém svinutí pásu vedeného ve tvaru šroubovice, například jedním nebo více šroubovými spoji nebo svarovými švy na obvodu.

Boky s výhodou leží ve svinutém stavu pásu na radiálních paprscích svazku plechů. To má více výhod. Za prvé mohou být vybrání provedena symetricky, což zjednodušuje výrobu, a za druhé je možno tímto způsobem dosáhnout toho, že vzduchové mikromezery, které jsou vytvořejiy mezi boky, jsou kolmé k obvodovému směru. Tím se udrží magnetické ztráty na malé hodnotě.

Je rovněž výhodné, když vybrání vycházejí vždy ze dna drážky. Tím se deformovatelný podíl pásu jednoduchým způsobem udržuje malý.

Vybrání je s výhodou na své špičce opatřeno rozšířením. Toto rozšíření má zejména výrobně technické důvody. Zjednodušuje vytvoření lisovacího nástroje použitého na výrobu vybrání a může být do něho vložen šroub nebo svorník, pomocí něhož se svinutý svazek • · « · • * · ♦ ♦ · • · • ·· plechů může později axiálně spojit šroubovým spojem. Postup ohýbání, k němuž dochází při svíjení s hranou nahoru, se zjednoduší. Rozšíření, které nemůže vést žádný tok, se nepatrným zvýšením jha vyrovná. Zbylý pás materiálu, který se při svíjení s hranou nahoru musí zdeformovat, má podle průměru statoru a počtu drážek, tedy podle stupně deformace, tloušťku v rozsahu několika milimetrů.

Svazek plechů má s výhodou v oblasti vybrání na své obvodové ploše zahloubení. Tato zahloubení mohou být vytvořena již při lisování pásu. Brání negativnímu působení deformací, které vzniknou při svíjení s hranou nahoru, na vnější obvodovou plochu svazku plechů. To znamená, že nevzniknou žádné výstupky radiálně vystupující z obvodové plochy.

Podle výhodného provedení je svazek plechů vytvořen jako rotor a z radiálně vnější obrysové čáry pásu vystupuje radiálně směrem ven více žeber, která jsou na svých radiálně vnějších koncích navzájem spojena spojovacími můstky. Spojovací můstky potom tvoří společně s žebry kapsy, do nichž mohou být zasunuty permanentní magnety, aby vznikl rotor stroje buzeného permanentními magnety, Spojovací můstky přitom permanentní magnety pevně přidržují, takže takový rotor se může otáčet i vysokou frekvencí otáčení, aniž by existovalo nebezpečí uvolnění permanentních magnetů z rotoru působením odstředivé síly.

Spojovací můstky mají s výhodou v rozvinutém stavu radiální zakřivení. Toto radiální zakřivení se potom při svíjení pásu napřímí. Tímto radiálním zakřivením se tedy vytvoří takzvaná zásoba materiálu, která i při velkém radiálním prodloužení kombinace vytvořené z pásu, žeber a spojovacích můstků umožní deformaci, která zase umožní svíjení.

* 999

Přitom je výhodné, když toto radiální zakřivení směřuje radiálně dovnitř. Tím se uspoří materiál. Materiál potřebný pro kombinaci sestávající z pásu, žeber a spojovacích můstků musí mít pouze v radiálním směru takovou šířku, která později odpovídá radiální rozloze. Oblasti ohraničené žebry a spojovacími můstky musí být beztak odstraněny. Směřuje-li zakřivení směrem dovnitř, musí být potom zde odstraněno méně materiálu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na výhodných příkladech provedení ve spojení s přiloženým výkresem, na němž obr, 1 znázorňuje pás na výrobu svazku plechů v rozvinutém stavu, obr. 2 pás z obr. 1 ve svinutém stavu a obr. 3 pás na výrobu svazku plechů rotoru v rozvinutém stavu.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 znázorňuje pás 1 z magneticky vodivého materiálu, zejména z plechu, který se použije na výrobu svazku plechů rotoru. Svazek plechů rotoru má přitom vytvoření, které je známé ze spisu AT-PS 138 627, to znamená, že pás 1_je svinut nastojato, tj. s hranou nahoru, takže ohraničení nacházející se na obr. 1 dole tvoří radiálně vnitřní obrysovou čáru 2 a ohraničení nacházející se na obr. 1 nahoře tvoří radiálně vnější obrysovou čáru 3..

Pás L je o sobě známým způsobem opatřen drážkami 4, které mohou být vyrobeny lisováním po jednotlivých drážkách, to znamená, že drážky 4 se vyrobí jednotlivě za sebou, když pás 1_ prochází blíže neznázorněným lisem. Drážky 4 mají ohraničení 5_, která jsou rovněž součástí radiálně vnitřní obrysové čáry 2.

φφφ φφφ φφφ φ φ φ φ • φ φ φ φ φφ φφ • φφφ φ φ φφφφ φφφ φφ φ

ΦΦ

Z radiálně vnitřní obrysové čáry 2, přesněji řečeno z oblasti radiálně vnitřní obrysové čáry 2_, která tvoří dno 6 drážky 4, vycházejí vybrání ]_, která mají tvar trojúhelníku. Tato vybrání 7 mají boky 8., 9, které jsou vůči sobě skloněny. Základna trojúhelníku tvořícího vybrání 7 je směrem do drážky 4 otevřená. Na špičce trojúhelníku je upraveno rozšíření 10. které má u znázorněného příkladného provedení přibližně tvar kruhu. Toto rozšíření IQ usnadňuje výrobu vybrání 7 lisovacím nástrojem. Tento lisovací nástroj potom nemá prakticky žádné zóny, zvlášť náchylné pro poškození, protože jsou příliš tenké.

Na radiálně vnější obrysové čáře 3. jsou upravena zahloubení 11. Tato zahloubení 11 i sou v obvodovém směru uspořádána tak, aby se v podstatě shodovala s polohami vybrání ]_.

Drážka 4_ a vybrání ]_, které z ní vystupuje, mohou být vyrobeny v jednom společném lisovacím kroku. Je však rovněž možné vyrobit drážky 4 a vybrání 7. odděleně.

Obr. 2 znázorňuje pás 1 po svinutí. Stejné elementy jako na obr. 1 jsou opatřeny stejnými vztahovými značkami.

Při svinutí pásu i s hranou nahoru dojde ke zkrácení radiálně vnitřní obrysové čáry 2. a zpravidla k prodloužení radiálně vnější obrysové čáry 2· Ke zkrácení radiálně vnitřní obrysové čáry 2. dojde v podstatě tím, že výstup 12 drážky 7, který je ohraničen dvěma sousedními statorovými zuby 13. se v obvodovém směru zmenší.

Je vidět, že vybrání Ί_ zmizela. Po deformaci, k níž dojde při svinutí s hranou nahoru, dosednou oba boky 8,, 2^navzaj^em na sebe a vytvoří vzduchovou mikromezeru 14. která při náležitě přesné výrobě » « * 9 9 999 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9 9 9 · »··* _Λ ·»········ g ·· ·· ·· ·· ·· · boků 8., £ odpovídá magneticky vzduchové mezeře s tloušťkou řádově 1/100 mm. Proto je nutno stroj dimenzovat tak, aby se vzduchová mezera mezi statorem tvořeným pásem 1_ a blíže neznázorněným rotorem poněkud zmenšila. Toto zmenšení leží přitom v rozsahu několika desetin milimetru.

U popsaných statorových plechů zbude deformovatelná oblast o velikosti několika milimetrů, například 4 mm, která při svinutí s hranou nahoru musí být zdeformována. Při této deformaci nenastanou prakticky žádné negativní účinky.

Ve svinutém stavu pásu J_, znázorněném na obr. 2, leží oba boky 8., 2 každého vybrání J_ na radiálním paprsku. Tím vznikne při výrobě pásu 1 jednak určitá symetrie a jednak je vzduchová mikromezera 14 z magnetického hlediska umístěna tak příznivě, jak je jen možné. Oproti radiálně nasměrovaným magnetickým polím nevytváří prakticky žádný přídavný odpor.

Obr, 3 znázorňuje pás 21 pro rotor v rozvinutém stavu, to znamená v ještě nesvinutém stavu s hranou nahoru. I v tomto případě jsou vybrání 27 provedena s boky 28. 29 a s rozšířením 30. Když se pás 21 svine s hranou nahoru, dosednou boky 28, 29 na sebe, takže nastane situace srovnatelná se situací na obr. 2. Na radiálně vnější obrysové čáře 23 je vidět plochá zahloubení 34, která jsou uspořádána v oblasti vyhrání 27.

Pás 21 má radiálně vnitřní obrysovou čáru 22 a radiálně vnější obrysovou čáru 23. Vybrání 27 vycházejí z radiálně vnitřní obrysové čáry 22. Radiálně vnitřní obrysová čára 22 může již mít určité zakřivení směřující radiálně směrem ven pro další zmenšení potřebné deformace při svíjení s hranou nahoru.

« * • · · • · · • · · φ ·« · · * ««« • « · * · * « ♦ · ·· • t · · • · ···· • · · ♦ ·

Z radiálně vnější obrysové čáry 23 vyčnívají radiálně směrem ven žebra 31. Tato žebra 31 jsou navzájem spojena spojovacími můstky 32. Žebra 31 a spojovací můstky 32 potom společně s pásem 21 ohraničují kapsy 33, do nichž se potom mohou, když je pás 21 svinut nastojato, neboli s hranou nahoru, zasunuty permanentní magnety, aby vznikl rotor motoru buzeného permanentními magnety. Spojovací můstky 32 potom mechanicky pevně přidržují neznázorněné permanentní magnety tak, aby stroj mohl být provozován s vysokou frekvencí otáčení.

Spojovací můstky 32 jsou v nesvinutém stavu vyklenuty nebo zakřiveny směrem dovnitř. Tato skutečnost je přehnaně znázorněna u čárkovaně naznačeného spojovacího můstku 32’. Když se pás 21 svine nastojato, spojovací můstek 32 se v důsledku přebytku materiálu vytvořeného zakřivením zdeformuje, aniž by se musel nadměrně prodloužit nebo napřímit.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Elektrický stroj se svazkem plechů, který obsahuje alespoň jeden hranou nahoru svinutý pás z magneticky vodivého materiálu s radiálně vnitřní obrysovou čarou a s radiálně vnější obrysovou čarou, vyznačující se tím, že pás (1, 21) v rozvinutém stavu obsahuje trojúhelníková vybrání (7, 27), která vycházejí z radiálně vnitřní obrysové čáry (2, 22), a jejichž boky (8, 9, 28, 29) vycházející z této radiálně vnitřní obrysové čáry (2, 22) jsou vůči sobě skloněny tak, že ve svinutém stavu pásu (1, 21) na sebe dosedají.
2. 2. Elektrický stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že boky (8, 9, 28, 29) leží ve svinutém stavu pásu (1, 21) na radiálních paprscích svazků plechů.
3. 3. Elektrický stroj podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vybrání (7) vycházejí vždy ze dna (6) drážky (4).
4. 4. Elektrický stroj podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že vybrání (7, 27) jsou na sv£ špičce opatřena rozšířením (10, 30).
5. 5. Elektrický stroj podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že svazek plechů je v oblasti vyhrání (7, 27) na své obvodové ploše opatřen zahloubeními (11, 34),
6. 6. Elektrický stroj podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že svazek plechů je vytvořen jako rotor a z radiálně vnější obrysové čáry (23) pásu (21) vystupují radiálně směrem ven žebra (31), která jsou na svých radiálně vnějších koncích navzájem spojena spojovacími můstky (32).

   4 4 4

   4 4 · 4 4 444

   4 4 4 4 4 4 4

   4444 4444 44 4

   44 44 44 44 44 4 • 44 4 4444
7. 7. Elektrický stroj podle nároku 6, vyznačující se tím, že spojovací můstky (32) mají v rozvinutém stavu radiální zakřivení.
8. 8. Elektrický stroj podle nároku 7, vyznačující se tím, že radiální zakřivení směřuje radiálně směrem dovnitř.