FI115175B - Menetelmä staattorin valmistamiseksi pyörivää sähkölaitetta varten - Google Patents

Description

5 115175

Menetelmä staattorin valmistamiseksi pyörivää sähkölaitetta varten - Ett förfarande för tillverkning av en stator för en roterande elmaskin

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä staattorin valmistamiseksi pyörivää sähkölaitetta, esimerkiksi epätahti-konetta varten; staattori sisältää oleellisesti onton pyöreän sylinterin muotoisen staattorimagneettikehyksen ja putkimaisen 10 rungon, joka koneen ollessa toimintalämpötilassa ympäröi staattorimagneettikehystä kutistustiukkuuden mukaisesti.

Mainitun kaltaisia sähkölaitteita varten tarkoitetut staatto-rit on tähän mennessä usein valmistettu esimerkiksi siten, 15 että ne sisältävät alumiiniin valetut rungot. Tämän kaltaisten runkojen valaminen aiheuttaa suuria työkalukustannuksia etenkin halkaisijaltaan suurten koneiden kyseessä ollessa, ja tuloksena on useita ratkaisua vaativia teknisiä ongelmia varsinkin silloin, jos runko valetaan suoraan staattorimag-20 neettikehyksen ympärille: esimerkiksi lämmön säteily ympärillä oleviin koneen osiin, valun säröilyherkkyys, jne. Valuvai-heen aikana syntyvän lämmön johdosta koneen staattorin käämi-: tykset voidaan sijoittaa staattoriin vasta rungon valamisen : jälkeen.

\!1: 25

Lisäksi on tunnettua valmistaa staattorin runkoja varten : ·/: putkimaisia aihioita suositeltavasti alumiinista puristamalla.

Tässä yhteydessä runko tehdään sisämitoiltaan sellaiseksi, että koneen toimintalämpötilassa se koskettaa staattorimag-. 30 neettikehystä kutistustiukkuuden mukaisesti tuottaen riittävät vääntömomentin siirto-ominaisuudet ja lämmönjohto-ominaisuu-’ det, ja että se voidaan asentaa staattorimagneettikehyksen *. ympärille kuumennuksen jälkeen. Mikäli rungon lämpötilan nousu rajoitetaan tasolle, joka ei vahingoita staattorin muita osia, 35 tämä valmistusmenetelmä mahdollistaa koneen staattorin käämi- • » · tysten asentamisen staattorimagneettikehykseen ennen rungon asettamista paikoilleen, mikä on tuotantotekniseltä kannalta edullista. Putkimaisten aihioiden puristamiseen liittyvien

1 1 51 7 E

2 työstettävä sisäpuolisesti toisaalta tarvittavan kutistustiuk-kuuden varmistamiseksi ja toisaalta sen varmistamiseksi, että sijoitettaessa runkoa staattorimagneettikehyksen ympärille rungon kuumennus voidaan rajoittaa tasolle, joka ei vahingoita 5 staattorin muita osia. Puristettuja aihioita valmistavien laitteiden suorituskyvylle asetetaan huomattavia vaatimuksia, mikä tekee aihiot kalliiksi valmistaa. Aihiot ovat myös tilaa vieviä, mikä merkitsee suuria kuljetuskustannuksia siinä tapauksessa, että ne valmistetaan eri paikassa kuin staattori 10 kokonaisuudessaan. Viimeksi mainitut haitat luonnollisesti korostuvat koneiden staattorin halkaisijan kasvaessa.

Patentista EP-B-0 048 213 on tunnettua valmistaa runko kahdesta tai useammasta puristetusta profiilikappaleesta, jotka 15 koneen aksiaalisessa suunnassa suuntautuvissa reunoissaan sisältävät koukkumaisen kiskon ja sitä vastaavan uran. Runkoa pidetään yhdessä siten, että toiseen profiiliosaan sijoitettu koukkumainen kisko-osa kiinnittyy viereisen profiiliosan uraan. Rungon ja staattorimagneettikehyksen välinen tarvittava 20 tartunta saadaan aikaan siten, että kisko-osa kiinnitetään joustavasti uraan pidettäessä runkoa paikallaan staattorimag-neettikehystä vasten jousivoiman avulla. Erityisesti sellais-: ten koneiden kohdalla, joiden staattorit ovat halkaisijaltaan ·, * suuria, ja/tai sellaisessa tapauksessa, että tuotantotekni- : 25 sistä syistä on toivottavaa valmistaa runko useammasta kuin ·.' ,· kahdesta, esimerkiksi neljästä tai useammasta profiiliosasta, ; tämä menettely johtaa todennäköisesti mitoitusongelmiin, ja ainakin koukkumainen kisko-osa on mitoitettava tarpeeksi lujaksi riittävän tartunnan varmistamiseksi rungon ja staatto-. 30 rimagneettikehyksen välille.

I > · • · • * » '·) ’ Esillä olevan keksinnön kohteena on tuottaa sellainen menetel- i : : mä staattorin valmistamiseksi pyörivää sähkölaitetta varten, ·*": jonka avulla mahdollistetaan koneen staattorin käämitysten 35 asentaminen staattorimagneettikehykseen ennen kuin staattorin "·_ runko sijoitetaan staattorimagneettikehyksen ympärille, jonka • IM» mukaisesti rungon sisäpuolta ei tarvitse työstää ja jota käyttämällä voidaan poistaa runkoja varten tarkoitettujen 11517ε 3 putkimaisten aihioiden valmistukseen ja useista joustavasti kootuista profiiliosista koottaviin runkoihin liittyvät ongelmat.

5 Esillä olevan keksinnön mukaisesti tämä saavutetaan asettamalla toisiinsa nähden useita puristettuja, ainakin kaksi reunaa ja koveran, sileän rajapinnan sisältäviä profiiliosia siten, että niiden koverat rajapinnat muodostavat sisähalkaisijaltaan ennalta määritetyn suuruisen putkimaisen kokoonpanon rajapin-10 nan kaaren säteen vastatessa oleellisesti staattorimagneetti-kehyksen ulkohalkaisijaa; mainittujen reunojen välissä sijaitsevien profiiliosien lukumäärä ja koko on valittu siten, että staattorimagneettikehyksen ympärille sijoitettuna ne ympäröivät oleellisesti staattorimagneettikehyksen menemättä kuiten-15 kaan limittäin ja siten, että mainittuun putkimaiseen kokoonpanoon kiinnitettäessä ainakin joiden reunojen väliin jää rakoja. Edelleen esillä olevan keksinnön mukaisesti profii-liosat hitsataan reunoistaan yhteen putkimaiseksi rungoksi käyttämällä hitsisaumoja, jotka ovat riittävän leveitä täyttä-20 mään mainitut raot.

Esillä olevan keksinnön edulliset parannukset käyvät ilmi seuraavasta kuvauksesta ja liitteenä olevista patenttivaati- • ; muksista.

25

Esillä olevaa keksintöä kuvataan seuraavaksi yksityiskohtai- • » . semmin sovellusesimerkkien avulla ja viitaten liitteenä ole- viin piirroksiin, joissa: kuvio IA kuvaa esillä olevan keksinnön mukaisesti valmistetun . 30 staattorimagneettikehyksen poikkileikkausta; ;;; kuvio IB on yksityiskohtainen suurennos kuviosta IA; *·' ’ kuviossa 2 on nähtävissä staattorimagneettikehys, johon kuvion i IA mukainen runko on sijoitettava; • · ♦ · kuvio 3A kuvaa yhtä profiiliosaa, joista kuvion IA mukainen ·, 35 runko on koottu; kuviossa 3B on nähtävissä kuvion 3A yksityiskohtainen suurennos ; ja kuvio 4 kuvaa laitetta esillä olevan keksinnön mukaisen rungon 115175 4 valmistamiseksi.

Kuviossa IA on poikkileikkauksena nähtävissä sähköistä epätah-tikonetta varten tarkoitetun staattorin putkimainen runko 1. 5 Rungon tarkoituksena on ympäröidä staattorimagneettikehystä 21, joka on kaaviomaisesti kuvattu kuviossa 2. Staattorimag-neettikehys on oleellisesti onton pyöreän sylinterin muotoinen, ja sen ulkohalkaisija Dl on tunnettu. Staattorimagneetti-kehyksen sisäpuoliseen lieriömäiseen rajapintaan on tunnetulla 10 tavalla tuotettu uria koneen staattorin käämityksiä 22 varten (ei kuvattu kuviossa 2). Mainitut käämitykset voidaan sijoittaa uriinsa ennen kuin esillä olevan keksinnön mukaisesti valmistettu runko sijoitetaan staattorimagneettikehyksen ympärille.

15

Runko kootaan neljästä identtisestä, puristetusta profiilikap-paleesta 31, 32, 33, 34, joista profiilikappale 34 on kuvattuna kuviossa 3A. Staattorimagneettikehystä päin suuntautuva kovera rajapinta 341 koostuu sileästä pinnasta, joka on muo-20 dostettu ympyrän kaarta pitkin suuntautuvista emäviivoista; kaaren keskiosaa on kuviossa kuvattu numerolla 0. Kaaren säde vastaa oleellisesti staattorimagneettisydämen ulkohalkaisi jaa. : \: Profiiliosan reunat 345, 346 suuntautuvat staattorin aksiaali- jjj j sessa suunnassa, ja pinta 341 sisältää profiiliosan kussakin 25 reunassa syvennykset 3411, 3412, jotka suuntautuvat säteittäi-·/·,: sesti profiiliosan reunoja pitkin. Kaaren suuntaisesti profii-

j liosa sisältää 90° kulman vähennettynä kaaren pituudella 2S

•; ·. siten, että profiiliosan symmetrialinjaan nähden koveran S · · pinnan joka reunaan jää reunan ja säteen 0-kohdan väliin välys , 30 S, joka muodostaa 45° kulman symmetrialin jän kanssa. Sellaisen • » · koneen kohdalla, jonka staattorin ulkohalkaisi ja Dl = 200 mm, k · » *« 1 välys S voidaan edullisesti valita noin 1 mm suuruiseksi.

Staattorimagneettikehyksestä poispäin suuntautuva kupera • · · · rajapinta 342 sisältää useita jäähdytysripoja 3421 profii-", 35 liosan jäähdytyksen parantamiseksi profiiliosan reunojen ··· ollessa kaltevia siten, että välyksen S kahden vierekkäin sijoitetun profiiliosan väliin muodostamat raot 41, 42, 43, 44 ovat kuperalla rajapinnalla leveämpiä kuin koverolla pinnalla.

11517E

5

Kuviossa 3A kaltevat reunat muodostavat säteittäissuunnan kanssa 30° kulman.

Profiiliosat on reunoistaan yhdistetty putkeen hitsisaumojen 5 avulla koneen aksiaalisessa suunnassa. Tämän kaltainen hit-sisauma on yksityiskohtaisesti kuvattu kuviossa IB. Hitsisauma 51 täyttää profiiliosien 31 ja 32 välissä olevan raon 41. Syvennykseen on edullista sijoittaa aksiaalisesti suuntautuva kannatinkisko 61 hitsiä varten. Kannatinkisko tehdään ainees-10 ta, joka hitsauksen aikana sekoittuu hitsisaumaan ja kooltaan se on sellainen, että se mahtuu täysin kahden vierekkäin sijaitsevien profiiliosien syvennysten muodostamaan tilaan.

Profiilien yhteen hitsauksen aikana osia pidetään paikoillaan 15 toisiinsa nähden sijoittamalla ne kuvion 4 mukaisesti oleellisesti lieriömäisen, ennalta määritetyn suuruisen halkaisijan Dl sisältävän kehyksen 7 ympärille siten, että niiden koverat rajapinnat muodostavat putkimaisen kokoonpanon sisähalkaisijän vastatessa kehyksen ulkohalkaisijaa. Kehys sisältää neljä 20 kiinnitysleukaa 71, 72, 73, 74, jotka on liitetty toisiinsa itsessään tunnetulla tavalla, jota ei kuitenkaan ole yksityiskohtaisesti tässä yhteydessä kuvattu. Kukin kiinnitusleuoista : sisältää tangentiaalisessa suunnassa 90° kaaren vähennettynä ; · · kaaren pituudella 2B. Profiiliosat ja kiinnitysleuat on sijoi- :” ; 25 tettu tangentiaalisessa suunnassa toisiinsa nähden siten, että ;’· · yksi kiinnitysleuka kannattaa kahden toisiinsa liitetyn pro- , fiiliosan vierekkäisiä osia. Kiinnitysleuat ovat oleellisesti ·;·. samankeskisesti siirrettävissä säteittäissuunnassa kahden • » » säteittäisasennon välillä itsessään tunnetulla tavalla, jota , 30 ei tässä yhteydessä ole yksityiskohtaisemmin kuvattu. Kiinni- • * * tysleukojen ollessa ulommassa säteittäisasennossaan kehyksen i · * ’♦[ “ halkaisija D2 sorvataan sorvissa haluttuun ennalta määritet- ; tyyn kokoon. Kehyksen halkaisija valitaan staattorimagneetti- kehyksen ulkohalkaisi jaan Dl nähden sellaiseksi, että toisaal- • < · *, 35 ta huonelämpötilassa sisähalkaisijaltaan D2 oleva yhteen '·'· hitsattu kehys voidaan sen jälkeen, kun se on kuumennettu esim. 180°C lämpötilaan, joka ei vahingoita koneen muita osia, asettaa staattorimagneettikehyksen ympärille kehyksen aset- 115175, 6 tuessa toisaalta koneen toimintalämpötilassa kosketuksiin staattorimagneettikehyksen kanssa halutun kutistussovitteen mukaisesti. Lisäksi kaari 2S valitaan siten, että putkimaisiksi kokoonpanoiksi asetettaessa ainakin profiiliosan joidenkin 5 reunojen väliin muodostuu rakoja. Hyvän kosketuksen varmistamiseksi kehyksen kanssa profiiliosia painetaan kehystä vasten käyttämällä mäntiä 8, jotka asettuvat puristusvoiman vaikutuksesta kosketuksiin profiiliosien kannatinpintojen 317, 318, 327, 328, 337, 338, 347 ja 348 kanssa. Puristusvoima saadaan 10 aikaan esimerkiksi paineilman avulla. Tämän jälkeen profii-liosat hitsataan sijoittamalla profiilien reunoihin aksiaali-sesti suuntautuvat hitsisaumat, jotka automaattisesti täyttvät vierekkäisten profiiliosien väliin silloin muodostuvat raot, kun profiiliosat on asetettu kehystä vasten. Hitsisaumat 15 tehdään leveydeltään sellaisiksi, että putkimaisen rungon sisähalkaisija saadaan halutun suuruiseksi saumojen leveyden kompensoidessa automaattisesti profiiliosien puristuksen aikana syntyneitä leveystoleransseja. Hitsaus voidaan edullisesti suorittaa käyttämällä hitsausrobottia (ei kuvassa), joka 20 on ohjelmoitu tätä tarkoitusta varten ja joka käyttää ennalta määritettyä rataa pitkin kulkevia hitsauspistooleja 9. Kun hitsausvaihe on saatettu päätökseen, kiinnitysleuat siirretään i ' sisempään säteittäisasentoon, jolloin kiinnitysleukojen välis- : sä niiden ulommassa säteittäisasennossa olevat raot kapenevat : . 25 mukautuen kehyksen pienentyneeseen kehään. Tämän jälkeen > putkimainen runko voidaan nyt irrottaa kehyksestä, ha se j .; voidaan myöhemmässä toimintavaiheessa kuumentamisen jälkeen . sijoittaa staattorimagneettikehyksen ympärille. Rungon työstö

I I I

kannattimien muodostamiseksi alustoja ja liitäntäkoteloa , 30 varten voidaan tehdä itsessään tunnetulla tavalla ja suositel- ;;; tavasti ennen rungon sijoittamista staattorimagneettikehyksen i » ’ ‘ ympärille.

» 1 » • Sen kutistustiukkuuden varmistamiseksi, jolla runko ympäröi

I » I

35 staattorimagneettikehystä etenkin oikosulun sattuessa kor- < * * '···, keissa toimintalämpötiloissa, kuten kuvion 3B yksityiskohtai- »1*1 sesta suurennoksesta voidaan nähdä, profiiliosien koveraan rajapintaan voidaan tehdä aksiaalisesti staattorimagneettike- 7 1 1 5 Ί 7 5 hykseen päin suuntautuvia ripoja 3413, 3414, jotka kiinnittyvät staattorimagneettikehyksen vastaaviin uriin (ei nähtävissä kuviossa 2).

5 Esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän avulla saavutetaan yksinkertainen moduloitava järjestelmä edellä mainitun kaltaisten runkojen valmistamiseksi. Puristettujen profiiliosien mitat voidaan valita ottaen huomioon niiden optimaaliset valmistus- ja kuljetuskustannukset. Profiiliosien puristus 10 mahdollistaa muotojen ja koon kannalta läheisemmät toleranssit kuin putkimaisten aihioiden puristus, ja koska esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä mukauttaa sisähalkaisijän automaattisesti halutun suuruiseksi valmista runkoa varten, myös suurempia koneita varten tarkoitetut staattorien rungot voi-15 daan valmistaa yksinkertaisella tavalla siten, että niiden muotoa ja kokoa voidaan hyvin säädellä ilman sisäpuolista työstämistä.

Esillä oleva keksintö ei suinkaan rajoitu kuvattuun sovelluk- 20 seen, vaan sen piirissä on toteutettavissa useita muunnoksia esimerkiksi kiinnitettäessä profiiliosia toisiinsa nähden ennen niiden hitsaamista yhteen. Niiden prof iiliosien lukumää- I ' ; rä, joista runko valmistetaan, voi luonnollisesti tuotantota- ί: loudellisiin näkökohtiin perustuen poiketa neljästä. Mikäli ; ; 25 valittu lukumäärä on N, profiiliosan reunojen välinen koko ! valitaan siten, että siihen sisältyy 360°/N kulma vähennettynä , , , kaaren pituudella 2S. Hitsisaumoja varten tarkoitetut kanna- ; , tinkiskot voidaan tehdä esimerkiksi keraamisesta aineesta, * · » joka ei hitsauksen aikana sulaudu hitsisaumaan; tässä tapauk-30 sessa kannatinkisko poistetaan hitsausvaiheen jälkeen eikä se * » *·;* muodosta rungon osaa.

i ! 9 9

« I

• ' t * % » » t 9 ‘ .

i I * • I · » • »tl» » ·

Claims (4)

8 11 51 7 E Patent t ivaat imukset

1. Menetelmä staattorin valmistamiseksi pyörivää sähkölaitetta, esimerkiksi epätahtikonetta varten; mainittu 5 staattori sisältää oleellisesti onton, pyöreän, lieriömäisen, ulkohalkaisijaltaan tunnetun suuruisen staattorimagneettike-hyksen (21) ja putkimaisen rungon (1), joka koneen toiminta-lämpötilassa ympäröi staattorimagneettikehystä kutistustiuk-kuuden mukaisesti staattorimagneettikehyksen ja rungon 10 ollessa valmistettuja erillisinä yksikköinä; menetelmä on tunnettu siitä, että rungon valmistukseen sisältyvät seuraa-vat vaiheet: useita puristettuja profiiliosia (31, 32, 33, 34), joista jokainen on kahden reunan (345, 346) määrittämä ja sisäl-15 tää mainittujen reunojen välissä sijaitsevan ja kaarta pitkin suuntautuvien emäviivojen avulla tuotetun koveran, sileän rajoituspinnan kaaren säteen vastatessa oleellisesti staattorimagneettikehyksen ulkohalkaisijaa, on kiinnitetty toisiinsa nähden siten, että niiden koverat rajapinnat muodostavat 20 sisähalkaisijaltaan ennalta määritetyn suuruisen putkimaisen .. , kokoonpanon; mainittujen reunojen välissä sijaitsevien * > t | ‘ profiiliosien lukumäärä ja koko on valittu siten, että yhteen '· sijoitettuna mainitun staattorimagneettikehyksen ympärille ne oleellisesti ympäröivät mainittua staattorimagneettikehystä i 25 menemättä toistensa kanssa lomittain ja siten, että ainakin !,;,·* joidenkin reunojen väliin jää rakoja (41, 42, 43, 44) sil- ; : ; loin, kun ne kiinnitetään mainittuun putkimaiseen kokoon panoon ; j a profiiliosat hitsataan reunoistaan yhteen putkimaiseksi 30 rungoksi käyttämällä hitsisaumoja (51), joiden leveys riittää täyttämään mainitut raot. • ·

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att profildelarna är fästa i förhällande tili varandra genom att 5 de är placerade runt en väsentligen cylindrisk spindel (7) med en yttre diameter som motsvarar den pä förhand bestämda inre diametern hos den rörformiga sammansättningen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, ; että profiiliosat on kiinnitetty toisiinsa nähden asettamalla : I 35 ne oleellisesti lieriömäisen kehyksen (7) ympärille kehyksen ulkohalkaisijän vastatessa putkimaisen kokoonpanon ennalta määritettyä sisähalkaisijaa. 115175 9

3. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att nämnda profildelar appliceras pä nämnda spindel genom att 10 pressa dem mot denna med ett pressdon (8).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitut profiiliosat asetetaan mainittuun kehykseen puristamalla ne sitä vasten puristuslaitteen (8) avulla. 5

4. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen mukainen mene telmä, jossa profiiliosien kovera rajapinta sisältää profiilien reunoissa mainittuja reunoja pitkin suuntautuvat syvennykset (3411, 3412), tunnettu siitä, että hitsattaessa 10 profiiliosia yhteen hitsisaumaa varten tarkoitettu kannatin-kisko (61) sijoitetaan kahden toisiinsa liitettävän profii-liosan välisiin syvennyksiin. 15 1. Förfarande för tillverkning av en stator till en rote- rande elmaskin, t.ex. tili en asynkronmotor; nämnda stator innefattar en väsentligen ihälig, rund, cylinderformig, tili sin ytterdiameter känd statorkärna (21) och ett rörformigt hus (1), som vid motorns arbetstemperatur genom krymppass-20 ning omger statorkärnan da statorkärnan och huset är till-’,· verkade som enskilda block; förfarandet är kännetecknat av I j att tillverkningen huset innefattar följande steg: ett antal pressade profiler (31, 32, 33, 34), av vilka var och en är definierad av tvä kanter (345, 346) och 25 innefattar en konkav slät gränsyta som är belägen mellan nämnda kanter och är formad av generatriser längs en bäge med en böjningsradie som väsentligen motsvarar statorkärnans yttre diameter, är fästa i förhällande tili varandra sä, att ; deras konkava gränsytor bildar en rörformad sammansättning i *’ 30 med en pä förhand bestämd inre diameter; antalet och storleken av de nämnda mellan nämnda kanter befintliga I profildelarna är valda sä, att de, placerade samman runt , nämnda statorkärna, väsentligen omger nämnda statorkärna _· utan att over lappa varandra och sä, att det bildas gap (41, ·’ 35 42, 43, 44) mellan ätminstone en del av deras kanter när de fästs i nämnda rörformiga sammansättning; och profildelarna sammansvetsas längs sinä kanter tili ett 115175 10 rörformigt hus med svetsfogar (51) , vilkas bredd är till-räcklig för att fylla ut nämnda gap.

4. Förfarande enligt nägot föregäende patentkrav, vid vil- ket förfarande profildelarnas konkava gränsyta innefattar i profilens kanter, längs nämnda kanter riktade fördjupningar (3411, 3412), kännetecknat av att när profildelarna svetsas ♦ 15 sarnman placeras en för svetsfogen avsedd stödskena (61) i fördjupningen mellan tvä angränsande profildelar. 1 t