Oblast techniky

Vynález se týká elektrického stroje, zejména generátoru střídavého proudu.

Dosavadní stav techniky

Je známo použití generátorů střídavého proudu stejného druhu například k zajišťování palubních obvodů motorových vozidel, vzhledem k jejich nenáročnosti na údržbu, to je s málo díly podléhajícími opotřebení.

Generátor se při tom budí nepohyblivým budicím vinutím spočívajícím na vnitřním pólu. Budicí pole pak magnetizuje střídavě uspořádané rotující čelisti systému čelisťového pólového rotoru, nazývaného též vodivý rotor. Při tom se uplatňuje princip, že pólová cívka, navinutá kolem vnitřního pólu, budí veškerý magnetický tok a přivádí ho přes vzduchovou mezeru do systému čelisťového pólového rotoru. Rotující čelisti musejí při tom být navzájem magneticky izolovány, avšak mechanicky spojeny.

Toto spojení mezi čelistmi příslušných polovin pólů je podle dosavadního stavu techniky zajišťováno například podle německé zveřejněné přihlášky vynálezu číslo DE-OS 25 48 314 přes nemagnetický prstenec nacházející se uvnitř čelistí nebo přes několik prstencových nemagnetických segmentů, umístěných mezi čelistmi, přičemž jsou čelisti s těmito spojovacími elementy většinou spojeny pájením. Z uspořádání dílů, jež mají být spojeny vyplývá, že některá pájená místa jsou však poměrně obtížně přístupná a v případě použití prstencových segmentů představují také řadu dílů, které se musejí vyrobit a spojit, což výrobu čelisťového pólového rotoru komplikuje a zdražuje. Je třeba si též uvědomit, že spoje mezi čelistmi a nemagnetickými spojovanými elementy jsou vzhledem k vysokým otáčkám čelisťového rotoru vystaveny vysokému namáhání odstředivými silami a musejí být proto odpovídajícím způsobem dobře provedeny, aby riziko uvolnění spoje a tím zničení celého generátoru bylo udrženo na nízké úrovni.

Dále už bylo navrženo k zabránění deformacím hrotů čelistí vlivem odstředivých sil, spojit každý hrot čelisti přes nemagnetický spojovací díl s protilehlým kořenem čelisti příslušného dalšího pólového prstence. Avšak ani toto řešení nepřináší zjednodušení při výrobě.

Dalším důležitým hlediskem pro bezvadnou funkci generátorů shora uvedeného druhu je dostatečné chlazení rotorového systému, kterým může být podle stavu techniky chlazení vzduchem nebo kapalinou a může být hlídáno přes teplotní čidlo, aby v případě přehřátí mohl být zapojen přídavný ventilátor nebo provoz generátoru zastaven.

Podstata vynálezu

Elektrický stroj, zejména generátor střídavého proudu, se statorem, upevněným ve skříni, a se systémem čelisťového rotoru, spočívajícího na hřídeli, vytvořeným jako polovina pólového kruhu s prvním pólovým kruhem vybíhajícím do čelistí a s druhým pólovým kruhem mechanicky spojeným s prvním pólovým kruhem nemagnetickými spojovacími prostředky, s druhým pólovým kruhem vybíhajícím do čelistí jako polovinou pólového kruhu, přičemž hroty čelistí jednoho pólového kruhu zasahují do mezer mezi čelistmi druhého pólového kruhu, jakož i s budicím vinutím přiřazeným k pólovým kruhům na straně hřídele, spočívá podle vynálezu

- 1 CZ 284814 B6 v tom, že nemagnetický spojovací prostředek přiléhá v podobě nemagnetického plechu k ploše prvního pólového kruhu odvrácené od čelistí prvního pólového kruhu a je s prvním pólovým kruhem spojena v oblasti plochy a hrotů čelistí druhého pólového kruhu.

Vynález se také týká elektrického stroje, zejména generátoru střídavého proudu přiměřeného druhu, kteiý je pokud možno bezpečný a nenáročný na základě vysoce zatížitelných spojů mezi spojovacím elementem a čelistmi polovin pólů a přesto se dá vyrábět jednoduchým a nenákladným způsobem. Dále je u stroje podle vynálezu postaráno o odvádění ztrátového tepla jednoduchým a účinným způsobem.

Elektrický stroj podle vynálezu je řešen tím, že uspořádání nemagnetického plechu, sloužícího jako spojovací element odvrácený od čelistí prvního pólového kruhu, umožňuje poloviny pólového kruhu napřed sesadit a pak je ke spojujícímu plechu přiřadit nebo naopak - a pak provést všechna opatření k připevnění plechu k oběma polovinám pólového kruhu v jediné operaci. Mezi plochou prvního pólového kruhu a plechem vzniká přídavně také výhoda velké styčné plochy, která také příznivě ovlivňuje odvádění ztrátového tepla z čelisťového pólového rotoru do plechu, ze kterého může být teplo běžným chladicím systémem snadno odváděno.

Spojení plechu s polovinami pólového kruhu je s výhodou provedeno tavným svařováním, což vytváří velmi spolehlivé spojení.

Čelisti druhého pólového kruhu jsou s výhodou delší než čelisti prvního pólového kruhu a zasahují do mezer mezi čelistmi prvního pólového kruhu až ke zmíněné ploše prvního pólového kruhu. Zkrácení čelistí prvního pólového kruhu zvyšuje odstředivou pevnost systému čelisťových pólových rotorů, jelikož se sníží zatížení odstředivými silami na nespojených hrotech těchto čelistí. Prodloužení čelistí druhého pólového kruhu až ke zmíněné ploše prvního pólového kruhu vede k tomu, že všechna spojová místa pólových polovin s plechem leží v jedné rovině a tím je postup spojování dále zjednodušen a je snadno přístupný pro automatizaci.

Dále může podle vynálezu nemagnetický plech vykazovat na obvodě kruhové osazení, které ve stupních zasahuje do hrotů čelistí druhého pólového kruhu a zasahuje do odvrácené strany čelistí prvního pólového kruhu. Tím je zajištěno jednoduché a přesné vymezení polohy spojovaných dílů a styčná plocha je zvětšena.

Poloviny pólových kruhů mohou být výkovky, do kterých se jmenované stupně vysoustruží. Výroba polovin pólových kruhů se tak stává cenově nenáročnou a přesto může být vytvořeno přesně vyrobené styčné místo pro spojení mezi plechem a polovinami pólových kruhů. To činí kontinuální nastavování parametrů svařování zbytečným a dovoluje svařovat laserovým paprskem, což je oproti dosavadním způsobům svařování proces způsobující nepatrné narušení materiálu.

S výhodou je ponechána mezi nemagnetickým plechem a přibližně rovnoběžným úsekem skříně úzká vzduchová mezera, umožňující účinné odvádění tepla.

K podpoření chladicího efektu může být dále nemagnetický plech opatřen otvory, kterými je možno provést vyvažovači vývrty v čelisťovém pólovém rotoru.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález blíže objasňuje, nijak však neomezuje, následující popis praktického provedení pomocí přiloženého obrázku. Na obr. 1 je řez generátorem se systémem čelisťového pólového rotoru.

-2CZ 284814 B6

Příklad provedení vynálezu

Generátor střídavého proudu, znázorněný na obr. 1 má svou základní strukturou známou konstrukci a sestává z příruby 13, přivrácené k hnací straně, a z čelní stěny 8 od hnací strany odvrácené, v nichž je uložení 20 hřídele 2. Uvnitř skříně hmcovitého tvaruje upevněn stator 10. Hřídel 2 nese systém čelisťového pólového rotoru, s prvním, na hřídeli 2 nasazeným, pólovým kruhem 4 ve tvaru polovin pólového kruhu vybíhajících do čelistí 41 as druhým pólovým kruhem 3 jako další polovinou pólového kruhu vybíhajícím do čelistí 31, přičemž hroty čelistí 31, 41 pólového kruhu 3, 4 zasahují do mezer mezi čelistmi 41, 31 jiného pólového kruhu 4, 3. Mezi čelistmi 31, 41 systému čelisťového pólového rotoru a hřídelem 2 je uspořádáno nepohyblivé budicí vinutí 25 spočívající na železném jádru 6, přišroubovaném k přírubě 13..

Čelisti 41 prvního pólového kruhu 4 jsou oproti čelistem známých systémů čelisťového pólového rotoru zkráceny, díky čemuž zvětšování vzdáleností mezi čelistmi vlivem odstředivých sil, vznikajících při provozu, zůstává v přípustném rozmezí. K zachování nutného překrytí statoru 10 a zkrácených čelistí 41. je stator oproti dosavadní konstrukci generátorů tohoto druhu příslušně stranově přesazen k čelní stěně 8.

Čelisti 31 druhého pólového kruhu 3 jsou naproti tomu delší než u obvyklých systémů čelisťového pólového rotoru, přičemž spojení hrotů čelistí 31 s plechem 5 z nemagnetického materiálu, výhodně provedené svařením, zabraňuje jejich rozestupování působením odstředivých sil.

Plech 5 je kruhově uspořádán na ploše 42 prvního pólového kruhu 4, přivrácené k čelní stěně 8 skříně, přiléhá k němu a je s ním svařen. Tak spojuje plech 5 mechanicky obě poloviny pólových kruhů 3, 4 a magneticky je izoluje. Čelisti 31 druhého pólového kruhu 3 zasahují přes celou délku prvního pólového kruhu 4 mezi jeho čelisti 41 až k ploše 42, takže spojová místa plechu s hroty čelistí 31 a s pólovým kruhem 4 leží v téže osové oblasti. Jak je z výkresu patrno, má plech 5 kruhové osazení 51 směřující do středu skříně, který ve stupních 61 zasahuje do hrotů čelistí 31 a do stupňů 62 v pólovém kruhu 4. Tyto stupně 61, 62 mohou být v pólových kruzích 3, 4 v podobě cenově výhodných výkovků vysoustruženy, takže plech 5 tvarově přesně zapadne do pólových kruhů 3, 4. Takto vzniklé přesné styčné plochy mezi plechem 5 a pólovými kruhy 3, 4 umožňuje svaření laserovým paprskem v těchto místech.

Mezi plechem 5 a čelní stěnou 8 skříně je ponechána úzká vzduchová mezera 7, která přenáší ztrátové teplo vznikající v čelisťovém pólovém rotoru do čelní stěny 8 skříně, odkud je odváděno chladicím médiem 9 proudícím kolem generátoru. K podpoření chladicího účinku je plech 5 opatřen otvory 11, například v počtu šesti, uspořádanými na 60°. To způsobuje víření ohřátého vzduchu uvnitř generátoru. Kromě toho umožňují otvory 11 odvrtání vyvažovačích otvorů 12 v čelisťovém pólovém rotoru.

Průmyslová využitelnost

Jednoduše vyrobitelný elektrický stroj, zejména generátor střídavého proudu.