NO141290B - Rotor for en elektrisk maskin. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en rotor for en elektrisk maskin, især av vertikal konstruksjon, hvor rotorens sentrale legeme og polkrans danner to konsentriske ringer, som er innbyrdes forbundet over et antall eiker, som er jevnt fordelt over omkretsen.

Slike rotorer konstrueres spesielt for langsomt gående maskiner med stor diameter, f.eks. sementmolle-drivanordninger eller vannkraftgeneratorer. Polhjulskransens befestigelse på rotor-stjernen må derved være i stand til å oppta både de dreiemomen-ter som opptrer under den elektriske maskinens drift og de radialt rettede krefter, som fremkommer på grunn av kransens ut-videlse som folge av sentrifugalkraftpåvirkning og på grunn av oppvarming. Det må endog tilstrebes at en lofting av kransen fra stjernen forst finner sted ved et hbyere turtall enn drifts-turtallet, om mulig ikke for ved sentrifugalturtall.

En fbrste, alminnelig kjent befestigelse opprettes ved påkrym-ping og/eller radial fastkiling av kransen på stjernen som er forsynt med radiale armer. Det kan derved opptre meget store krympekrefter mellom de to elementene, slik at det eventuelt er nodvendig å gi elementene en mekanisk forsterkning. Dette er spesielt tilfelle ved rotorer med vertikal akse, hvor hjulstjernen utsettes for sterke trykkpåkjenninger som folge av krympingen. Disse meget kostbare metoder har dessuten den ulempe at pdlhjulkransene ikke uten videre kan demonteres fra rotorstjer-nen.

Ved en annen kjent utforelse (sveitsisk patent 537 656) festes polhjulkransen på hjulstjernen med radiale armer ved hjelp av elastiske pass-stykker, som dels er festet på armene og dels griper uten klaring inn i spor i kransen. Disse pass-stykker overforer de tangensial rettede krefter som skyldes dreiemomentet. For at et tett radialt anlegg av pass-stykkene skal sikres under alle driftsbetingelser, er de for montering for store i radial retning, slik at det oppnås en forspenning som motvirker sentrifugalkraften. Kransen som er forsynt med pass-stykkene, oppvarmes, trekkes på stjernen, og etter avkjoling sveises pass-stykkene til armene. En slik anordning hindrer riktignok at kransen loftes av ved for stort turtall, men som folge av bru-ken av elastiske elementer kan hverken rotorens sirkelform eller sentrisitet sikres, især ikke ved asymmetrisk belastning.

En annen rotorutformning er foreslått i forbindelse med en se-mentmollerotor (US patentskrift 3 272 444). Elastiske eiker for-loper eksentrisk fra det sentrale legeme til polhjulskransen,

men kan,også forlope radialt, fordi de er elastiske. Eikene kan erstattes av skiver, hvis disse er tynne nok til å sikre den nodvendige elastisitet. Hvis bærelegemet utfores som en stiv skive, må hjulnavet være av elastisk konstruksjon.

Ved alle ovenfor omtalte losninger oppnås de relative ekspansjo-ner av de forskjellige konstruksjonsdeler enten ved radial elastisitet eller ved radial bevegelsesfrihet av armene. Særlig ved store maskiner, hvor de ringformede elementer utfores med stor elastisitet, forskyves problemene på ring-stivheten og konsentri-siteten, hvilket forer til meget kostbare losninger.

Fordi de radiale rotoreiker utsettes for boyepåkjenninger ved overforing av dreiemomentet, ma eikenes tverrsnittsflate være sterkt bueformet f.eks. for at de krefter som opptrer på generator-klemmene ved en stotkortslutning, skal kunne opptas.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å unngå de ovenfor angitte ulemper og tilveiebringe en stiv konstruksjon, som kan overfore aksiale, radiale og tangensiale krefter, muliggjor en konsentrisk ringekspansjon både ved symmetriske og asymmetriske belastninger og hvor det bare opptrer ringe ekspansjonskrefter.

Ifølge oppfinnelsen løses denne oppgave ved at eikene er tangen-ter på mantelflaten for en tenkt, koaksial sylinder, hvor dennes diameter er mindre enn den for feststedene av eikene på den konsentriske indre ring, at de tenkte, rettlinjet ut over ringene forlengede akser for to i omkretsretning nærliggende eiker bare skjærer hverandre innenfor feststedene av eikene på den konsentriske indre ring og at eikene i lengderetning er strekk-

og trykkfaste.

Fordelen ved oppfinnelsen ligger især i det forhold at det mu-liggjøres en iullstendig fri, sentrisk ekspansjon av alle elementer uten bruk av radiale, elastiske elementer, som f.eks. fjærer. Dette muliggjor konstruktivt enklere og prismessig ri-meligere konstruksjoner, idet påkrympingen dessuten faller bort.

Hvis eikene er ledd-forankret på minst en av ringene, er de sentrifugal- og varmeekspansjonskrefter som påvirker ringene fra eikene, så å si fullstendig eliminert, slik at ringene kan få en lettere konstruksjon. Da eikene ikke utsettes for bbye-påkjenninger, kan også deres tverrsnitt gjores mindre, hvilket medforer en betydelig materialbesparelse. Dessuten vil en ledd-befestigelse gi betydelige fordeler med henblikk på montering og demontering, i forhold til en stiv befestigelse.

Det er hensiktsmessig at eikene er lengdejusterbare. Dermed kan begynnelses-eksentrisiteter holdes små og de ringformede elemen-ters sirkelform kan innstilles noyaktig.

Særlig ) fordelaktig, er en anordning, hvor en av ringene består av et antall, segmenter som er forbundet med hverandre via ledd og således danner et slags kjede. Det blir derved mulig, særlig ved meget langsomt gående maskiner med hoyt poltall, å tilveiebringe en standardisert polsko, som folgelig kan fremstilles i serier og til gunstig pris.

I det fblgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere under henvis-ning til noen utforelseseksempler som er vist i. tegningen, hvor

fig. 1 viser en del av et radialsnitt gjennom rotorlegemet for en elektrisk maskin,

fig. 2 viser et partielt tverrsnitt av anordningen ifblge fig.. 1,

fig..3 er en skjematisk gjengivelse av en rotor til belysning av oppfinnelsens virkemåte og

fig. 4 viser en del av et radialsnitt gjennom rotorlegemet for en molle-drivanordning med horisontal akse.

Like elementer er betegnet med samme henvisningstall i figurene.

Det utfdrelsesekseinpel som er vist i fig. 1 og 2, er en sjikt-kransrotor for en langsomt gående maskin med vertikal konstruksjon, som er utfort som en kombinert eike-skivekonstruksjon. Elementer som er uvesentlige for oppfinnelsen, som f.eks. polsko, sjiktbolter, maskinaksel o.l. er ikke vist. Den konsentrisk indre ring 1 dannes av et platelegeme, som fortrinnsvis omfatter skiver 2, som er anordnet aksialt i to plan og på sin indre om-krets er sveiset fast til maskinakselen, som bare er antydet.

Den ytre ring 3 dannes av sjikt-kransen som er stanset og lagt i lag av så lange segmenter som mulig, som omfatter flere poldelin-ger, hvorpå segmentene er fbyd sammen til en full krans med sjiktbolter. Sjikt-krans og platelegeme er forbundet med eiker 4, som danner tangenter på mantelflaten av en tenkt, koaksial sylinder 7, hvis diameter er mindre enn ytre platelegeme-diameter. Eikenes 4 forankringspunkter i de to ringene 1,3 er utfort som ledd, hvilket i det viste eksempel er antydet ved leddstenger 5, som er leiret i ikke viste foringer. Eikene 4 er plater, som strekker seg over tilnærmet hele rotorlengden og er sveiset sammen med leddstengene.

Virkemåten av foreliggende oppfinnelse kan belyses ved hjelp av skjemaet ifolge fig. 3. De to konsentriske ringene og eikene har samme henvisningstall som tilsvarende deler i fig. 1 og 2. For-lengelsen av eikene 4 er tangenter mot den antydede sylinder 7. Med utgangspunkt i systemets sentrum 8, er R^. ringens 1 radius, RA er ringens 3 radius og begge radier omslutter vinkelen |3 .DC betegner den omsluttede vinkel mellom RA og den betraktede eike, som har lengden L. Til forenkling benyttes vinkelen ^, som ut-gjor den aritmetiske sum av O^.°3 |5

Det skal forst tas utgangspunkt i en f.eks. varmebetinget, symmetrisk ekspansjon A L av eikene 4. Denne forlengelse omsettes i en relativ dreining av de to ringene 1,3, hvilket mest fordelaktig kan uttrykkes i en endring av vinkelen |3 .

Ifolge den stilte oppgave kreves en mest mulig fri og konsentrisk ringekspansjon ved alle belastninger. Ved enkelte eller kombi-nerte endringer av L, Rj. og RA kan folgende almengyldige forhold noteres:

Dette forhold gjelder for tosidig ledd-forankring av eikene 4.

Ved en symmetrisk belastning av anordningen vil ekspansjonen eller krympingen av de ringformede deler alltid være konsentrisk.

Hvis forankringspunktene på begge ringer forsynes med ledd, vil ingen krefter forårsaket av eikene 4 gå over på ringene 1,3. Like fullt er en upåklagelig overforing av dreiemomentet mulig. Ved at eikene bare utsettes for strekk- og trykkpåkjenninger, må de bare dimensjoneres med henblikk på disse krefter, som bestem-mes på folgende måte:

Her betyr:

F = normalkraft som påvirker den enkelte eike

M = dreiemoment som skal overfores

N = antall eiker

RA og sinus C^, fremgår av fig. 3.

Et annet utforelseseksempel av oppfinnelsen er vist i fig. 4. Det dreier seg her om rotoren for en delt maskin med horisontal akse, en konstruksjon som spesielt forekommer ved sementmolle-drivanordninger. Under drift er slike, uttalt langsomt gående rotorer, som kjent, utsatt for mindre sentrifugalkraftspenninger enn ekstreme, delvis asymmetriske varmeekspansjonskrefter. De sistnevnte kan indusere spenninger i en slik utstrekning i pol-hjulskransene at forbindelsene kan sprenges i deleplanet. På grunn av det lave turtall forsynes slike rotorer som regel via frekvensomformere med en strom med lav frekvens (A/5 hz), for at poltallet skal holdes innen rimelige grenser. I fig. 4 er trommelen ikke vist. Den konsentrisk indre ring 1' dannes av trommelflensen, som bærer sjiktkransen via 40 jevnt over omkretsen fordelte eiker 4<*>. Eikene 4' er forankret i ledd 5<1> bå-de i sjiktkransen og i trommelflensen. Deres forlengelser danner tangenter på mantelflaten for en koaksial sylinder 7. Eikene 4' er rundstaver, hvorved det ikke er vist at de har justerbar lengde, hvilket f.eks. kan tilveiebringes ved at de er hoyre-og venstregjenget i endene. Denne lengdeinnstilling gjor det mulig å redusere monteringsbetingede begynnelses-eksentrisiteter til et minimum og sikre en noyaktig sirkelform av motoren. Sjiktkransen som er forsynt med tyve polpar, består av forti segmenter 10 som er forbundet med hverandre via ledd 9, og danner ifblge oppfinnelsen det konsentrisk ytre polygon 3. En slik kransanordning, som kan betegnes som kjederotor, vil i forbindelse med trommelflensen og eikene 4<1>, som i det minste er ledd-forankret i selve kransen, danne en stiv anordning, dels fordi det som folge av leddene ikke foreligger noen boyning i kransen og dels fordi de krefter som påvirker rotoren, deles opp i kom-ponenter, som virker i retning av eikenes akser og folgelig for-årsaker en relativ dreining mellom krans og trommelflens. Dette er spesielt fordelaktig for trommelprodusenten, som for fremti-den ikke lenger må ta hensyn til krefter som påvirker trommelen fra rotoren, når trommelen skal dimensjoneres. Ytterligere en fordel ved kjede-rotoren ligger i det forhold at det ved geome-triforandringer alltid kan benyttes samme poltype, hvorved bare antallet polpar varieres og den nodvendige tilforte frekvens med det onskede turtall tilpasses via omformeren.

Oppfinnelsen er selvsagt ikke begrenset til det som er vist i tegningene. Eikeforbindelsene kan også utfores fast, f.eks. ved skruer eller sveising. Som folge av den relative dreining av ringene utsettes eikene for en lett.boyning og vinkelforandrin-genA ^> blir noe mindre enn ved en ledd-anordning. Da eikene på grunn av bruddfaren fortrinnsvis har en profilform med et forholdsvis stort treghetsmoment, kan endene gjores massive, men må ha et så lite treghetsmoment som mulig om boyeaksen. Således kan bøyningen lokaliseres til endene av eikene. En særlig enkel losning for å gjore disse ender boyemyke består i bruk av hul-profiler som eiker. Over den virksomme, bærende lengde har eikene et tynnvegget tverrsnitt med et forholdsvis stort treghetsmoment. I forankringspunktene presses hulprofilet sammen til et flatt profil, hvorved det bærende tverrsnitt forblir det samme, mens treghetsmomentet om boyeaksen forringes sterkt.

Ringene ifolge oppfinnelsen kan ha polygonal eller sirkulær form, såfremt forankringspunktene for hver ring ligger på en sirkel.

Claims (4)

1. Rotor for en elektrisk maskin, især av vertikal konstruksjon, hvor rotorens sentrale legeme og polkrans danner to konsentriske ringer, som er innbyrdes forbundet over et antall eiker, som er jevnt fordelt over omkretsen, karakterisert ved at eikene (4, 4') er tangenter på mantelflaten for en tenkt, koaksial sylinder (7), hvor dennes diameter er mindre enn den for feststedene av eikene (4, 4') på den konsentriske indre ring (1, 1'), at de tenkte, rettlinjet ut over ringene (1, 1', 3, 3') forlengede akser for to i omkretsretning nærliggende eiker (4, 4') bare skjærer hverandre innenfor festestedene av eikene (4, 4') på den konsentriske indre ring (1, 1') og at eikene (4, 4') i lengderetning er strekk- og trykkfaste.

2. Rotor som angitt i krav 1, karakterisert ved at eikene (4, 4') har ledd-forankringspunkter på ' minst en av ringene (1, 1', 3, 3').

3. Rotor som angitt i krav 1, karakterisert

ved at eikene (4, 4') er lengdejusterbare.

4. Rotor som angitt i krav 1, karakterisert ved at en av ringene (1, 1', 3, 3') består av et antall segmenter (10), som er forbundet med hverandre via ledd (9).