PL174581B1 - Ochraniacz końcowy twornika dla wirnika uzwojonego - Google Patents

Abstract

1 . Ochraniacz koncowy twornika dla wirnika uzwojonego, w silniku elektrycz- nym, zawierajacy piaste i umieszczony na niej wspólosiowo korpus zaopatrzony w pro- mieniowo wystajace na zewnatrz ramiona, znamienny tym, ze korpus (55) jest osadzo- ny nierozlacznie i podparty na piascie (51), przy czym piasta (51) i korpus (55) sa wyko- nane z róznych materialów. FIG . 2 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest ochraniacz końcowy twornika dla wirnika uzwojonego silnika elektrycznego, zwłaszcza dla wirnika uzwojonego z warstwowym rdzeniem.

Rdzenie warstwowe znanych wirników uzwojonych są wykonane z pewnej liczby warstw metalowych, przy czym każda warstwa ma wiele ramion w kształcie litery T, które promieniowo wystają na zewnątrz z głównej piasty. Piasta ma otwór centralny dla zamontowania warstw na wale. Dalszy koniec ramion ma zaokrąglone występy o kształcie litery T, przy czym przyległe występy oddzielone są od siebie wąską szczeliną. Obszar określony przez przyległe ramiona znany jestjako tunel uzwójeniowy, a po nawinięciu uzwojenia na wirnik, drut uzwojeń, zwany również uzwojeniem magnetycznym, przechodzi przez wąskie szczeliny i leży w tunelach uzwojenia.

Dla wielu silników·', takich jak silniki na prąd przemienny zasilane z sieci, tunele uzwojeniowe pokryte są izolacją, zwaną izolacją żłobkową, dla izolowania uzwojeń od rdzenia wirnika. Na końcu usytuowany jest ochraniacz końca twornika, zwany także kołem wirnikowym ze względu na swój wygląd, dla oddzielenia uzwojenia magnetycznego od rdzenia wirnika. Izolacja żłobkowa jest często arkuszem materiału izolacyjnego takiego jak papier MYLAR, który izoluje ścianki tuneli. Arkusze te nie są owijane wokół końców tuneli uzwójeniowych, dlatego też koła wirnikowe muszą zapewnić odległość pełzania albo separacjąmiędzy rdzeniem wirnika a uzwojeniami.

Znane jest wykonywanie kół wirnikowych z materiału włóknistego, tworzyw termoutwardzalnych i termicznie zmiękczanych. Powszechnie znane jest stosowanie przekładek między kołami wirnikowymi a komutatorem i wentylatorem. Przekładki nie tylko reagująodległość między rdzeniem wirnika a komutatorem i wentylatorem, ale również tworzą izolowaną tuleję na wale, ponieważ w innym przypadku, przewody leżałyby na wale. Zatem, przekładki muszą być wykonane z materiału izolacyjnego, który wytrzymuje ciepło wytworzone przez uzwojenia oraz jest dostatecznie gruby dla zapewnienia wymaganej izolacji.

Przy uszkodzeniu urządzenia, albo stosowaniu prowadzącym do uszkodzenia izolacji, mogąpowstać szczeliny między przekładkami i kołami wirnikowymi. Połączenia jednoczęściowych kół wirnikowych i przekładek pozwalaj ąpokonać ten problem. Jednak przekładki wykonane z materiału włóknistego są zbyt drogie dla zwykłych zastosowań.

174 581

Jednoczęściowe łączone koła wirnikowe i przekładki wykonane z tworzyw sztucznych pracują zadowalająco, ale mająjednak pewne wady. Tworzywa termoplastyczne, zasadniczo nie wytrzymują ciepła wytwarzanego w nowoczesnych silnikach w nieprawidłowych warunkach, jak podczas utyku silnika, co prowadzi do topnienia i zniekształcenia części koła wirnikowego i/albo części przekładki, co z kolei prowadzi do przerwania separacji i uszkodzenia izolacji.

Koła wirnikowe z materiału termoutwardzalnego, mogą tolerować wysoką temperaturę uzwojeń, ale stająsię przy tym kruche. Dla mniejszych silników, średnica wirnika i koła wirnikowego jest mała. Ramiona koła wirnikowego są cienkie, a ze względu na swoją kruchą strukturę, łatwo się łamią. Dlatego, w małych silnikach wielożłobkowych, stosowanie kół wirnikowych z materiału termoutwardzalnego nie jest zalecane, ze względu na wymagania dozoru podczas pracy oraz obsługi zabezpieczającej przed złamaniem ramion koła wirnikowego.

Znane jest także powlekanie epoksydowe rdzenia wirnika jako alternatywa dla stosowania izolacji żłobków i kół wirnikowych. Jednak, trudno jest zapewnić, aby rdzeń był równo pokryty warstwą epoksydową, o odpowiedniej grubości, zwłaszcza na krawędziach oraz bez otworów. Zatem takie zastosowanie ogranicza się do urządzeń na niskie napięcia.

Ochraniacz końcowy twornika według wynalazku, dla wirnika uzwojonego w silniku elektrycznym, zawiera piastę i umieszczony na jej współosiowo korpus zaopatrzony w promieniowo wystające na zewnątrz ramiona. Ochraniacz tego rodzaju charakteryzuje się tym, że korpus jest osadzony nierozłącznie i podparty na piaście, przy czym piasta i korpus są wykonane z różnych materiałów.

Korzystnym jest, że korpus jest osadzony na piaście przez pasowanie wtłaczane i jest wykonany z wulkanizowanego arkusza materiału włóknistego. Piasta jest wykonana z tworzywa termoutwardzalnego. Promieniowo, na zewnętrznej powierzchni, piastajest zaopatrzona w pierścieniowy występ, który przylega do korpusu. Pierścieniowy występ jest utworzony w określonej odległości od końca piasty, która to odległość jest równa grubości korpusu.

Rozwiązanie według wynalazku stanowi dwuczęściowy ochraniacz końcowy twornika, który łączy część koła wirnikowego i część przekładkową.

Przedmiot wynalazku objaśniony zostanie w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w częściowym przekroju uniwersalny silnik mający wirnik uzwojony z kołem wirnikowym, stanowiącym ochraniacz końcowy twornika, przy czym pominięto tu przewody i uzwojenia stojana dla większej przejrzystości, fig. 2 - widok perspektywiczny koła wirnikowego stanowiącego ochraniacz końcowy twomika, fig. 3 - koło wirnikowe z fig. 2 w widoku z przodu, fig. 4 - koło wirnikowe w widoku z boku i przekroju wzdłuż linii A-A z fig. 3, fig. 5 - częściowy widok podłużnego przekroju wirnika z fig. 1, ilustrujący sposób ułożenia uzwojenia wirnika na kole wirnikowym, fig. 6 - częściowy widok końca wirnika z fig. 1 ilustrujący sposób w jaki koło wirnikowe pokrywa ramiona wirnika oraz pokazujący izolację żłobków, z uzwojeniami wirnika przeciętymi albo pominiętymi dla większej jasności, a fig. 7 przedstawia częściowy widok przekroju przez wirnik wzdłuż linii B-B z fig. 6, ilustrujący jedynie powierzchnie cięcia i związek między izolacją żłobków a kołem wirnikowym.

Na figurze 1 przedstawiono uniwersalny silnik 10 zawierający wirnik uzwojony 12 z zastosowanym ochraniaczem końcowym twornika według wynalazku. Silnik 10 ma stojan 11. Wirnik uzwojony 12 znajduje się na wewnątrz stojana 11, który jest przedstawiony z wycięciem, dla lepszego pokazania wirnika. Wirnikuzwojony 12 jest osadzony na wale 13, który obraca się w łożyskach 14 na obu końcach silnika. Łożyska 14 są podparte za pomocą podpór łożyskowych 15 wykonanych w postaci wsporników o kształcie litery U, które odchodzą od obu końców stojana 11. Na jednym końcu silnika (koniec napędowy) nawale 13 między łożyskiem 14 a wirnikiem uzwojonym 12, jest umieszczony wentylator 16.

Komutator 17, tworzący część wirnika 12, umocowany jest na przeciwnym końcu silniku 10, względem wentylatora 16. Komutator 17 łączy uzwojenia wirnika 27 ze źródłem energii elektrycznej przez zespół szczotek 18, w znany sposób. Zespół szczotek zawiera szczotki 19, które pozostają w luźnym kontakcie z komutatorem 17 i są utrzymywane wewnątrz uchwytów

174 581 szczotkowych 20. Przewody łączące szczotki 19 z uzwojeniami stojana 11 i/albo zewnętrznym źródłem zasilania pominięto na rysunku, dla zachowania przejrzystości.

Wirnik uzwojony 12 zawiera wiele warstw stalowych 21, które są zebrane w stos i razem tworzą rdzeń wirnika. Warstwy te mają centralną część pierścieniową, przez którą przechodzi wał 13 silnika 10 i od której odchodząpromieniowo ramiona 22. Każde ramię 22 na swoim końcu posiada występ 23 w kształcie litery T. Występy 23 sąsiadująz występami 23 przyległych ramion 22 i są oddzielone od siebie niewielką szczeliną 24. Ramiona 22 o kształcie litery T tworzą więc tunele uzwojeniowe 25, przez które przechodzą uzwojenia wirnika, gdy są nawijane wokół ramion warstw, dla utworzenia wirnika uzwojonego 12.

Przewód 26, z którego wykonano uzwojenia wirnika uzwojonego 12, jest zwykle izolowany lakierem albo powłoką polimerową, dla uniknięcia zwarcia między kolejnymi zwojami. Izolacja żłobka 30 pokrywa tunel uzwojeniowy 25 dla odizolowania uzwojeń od rdzenia wirnika. Izolacja żłobków 30 wykonana jest zwykle z pasków papieru MYLAR, łącznie z drugim arkuszem izolacji żłobkowej 31 pokrywającym promieniowo zewnętrzną stronę uzwojeń i zamykającym szczeliny 24 między ramionami 22. Jak wiadomo, na końcach wirnika uzwojonego 12 jest umieszczone koło wirnikowe 50, które współpracuje z izolacją żłobka 30 dla zapewnienia minimum separacji albo upływu prądu między przewodami a rdzeniem wirnika uzwojonego 12 i wałem 13. Koło wirnikowe 5 0 stanowi ochraniacz końcowy twornika dla wirnika uzwojonego 12.

Koło wirnikowe 50, jak dokładniej przedstawiono na fig. 2,3 i 4, zawiera dwie zmontowane razem, dopasowane do siebie części. Pierwszą częścią jest piasta 51, która stanowi również przekładkę między rdzeniem silnika a komutatorem i/albo wentylatorem (po dopasowaniu). Piasta 51 ma otwór centralny 52, przez który przechodzi wał silnika 13. Zewnętrzna powierzchnia piasty 51 jest zaopatrzona w grzbiet albo pierścieniowy występ 53.

Drugą część koła wirnikowego 50 stanowi korpus 55, który jest zamontowany i podparty na piaście 51, korzystnie osadzony techniką pasowania wtłaczanego. Pierścieniowy występ 53 utrzymuje korpus 55 w położeniu dokładnie dopasowanym do piasty 51. Korpus 55 ma promieniowo wystające na zewnątrz ramiona 56, powierzchnię czołową58, która styka się z pierścieniowym występem 53 oraz część tylną59, która styka się z końcowąwarstwą wirnika uzwojonego 12. Liczba ramion 56 odpowiada liczbie ramion 22 warstw i mają podobny kształt, przynajmniej w obszarze, w którym uzwojenia 27 styk^jjąsię z kołem wirnikowym 50. Ramiona 56 koła wirnikowego 50 zapewniają separację między uzwojeniami a rdzeniem wirnika, we współpracy z izolacją żłobka 30.

Korpus 55 wykonany jest z materiału, który jest wystarczająco miękki, aby zapewnić zwykłą obsługę zespołu bez wymiany orazjest odporny termicznie, dla uniknięcia topnienia albo zwęglenia po rozgrzaniu uzwojeń wirnika, na przykład w warunkach utyku silnika. Korzystnie, materiał nie jest łamliwy albo deformowalny, a w korzystnym przykładzie wykonania korpus 55 został wytłoczony z wulkanizowanego arkusza materiału włóknistego .

Piasta 51 jest korzystnie wykonana z materiału izolacyjnego, odpornego termicznie, który jest formowalny tak, że piasta może być wytworzona przez formowanie wtryskowe. Na przykład, korzystnym materiałem jest tworzywo sztuczne takie jak tworzywo fenolowe.

Korpus 55 ma otwór centralny, który jest ściśle dopasowany do piasty 51 dla utworzenia kompletnego koła wirnikowego. Koło wirnikowe 50 staje się wówczas pojedynczym elementem utworzonym z dwóch części. Konstrukcja dwuczęściowa umożliwia wykonanie obu części z materiału dokładniej dobranego do swoich funkcji.

Pierścieniowy występ 53 piasty 51, co dokładniej pokazano na fig. 4 i 5, podnosi wysokość pierwszego zwoju uzwojenia z wału oraz zwiększa odległość pełzania elektrycznego ponad płaskim kołem wirnikowym z przyległą przekładką. Jak widać na fig. 5, uzwojenia wirnika 27 leżą na powierzchni piasty 51, zatem korzystne j est, by piasta 51 była wykonana z materiału odpornego termicznie, dla zwiększenia wytrzymałości termicznej przewodu rozwiniętego w warunkach utyku silnika itp.

Na figurze 5 przedstawiono wirnik w częściowym podłużnym przekroju. Uzwojenia w czołowym tunelu uzwojeniowym pominięto dla większej przejrzystości. Koło wirnikowe 50

174 581 przylega do końca rdzenia wirnika. Izolacja żłobka 30 rozciąga się wzdłuż tunelu uzwojeniowego, zasadniczo do końcowej powierzchni czołowej 58 ramion. Górny arkusz 31 izolacji żłobkowej, która wewnętrznie pokrywa i zamyka podłużną szczelinę 24 wzdłuż tunelu uzwojenia, również pominięto dla przejrzystości.

Na figurze 6 przedstawiono w częściowym widoku koniec wirnika z uzwojeniami przeciętymi albo pominiętymi, dla przejrzystości. Ramiona rdzenia, które mają kształt litery T tworzą tunele uzwojeniowe 25 i szczelinę 24 między przyległymi końcami ramion. Na figurze 6 zilustrowano sposób użycia i umieszczenia izolacji żłobka 30, włączając w to górny arkusz 31 izolacji żłobkowej. Ponadto, na fig. 6 przedstawiono jak izolacja żłobkowa oddziaływuje na koło wirnikowe 50 i jak ramiona 56 pokrywająramiona 22 rdzenia w obszarze, w którym uzwojenia przecinają ramiona.

Figura 7 jest częściowym widokiem podłużnego przekroju wzdłuż jednego ramienia 22 rdzenia wirnika. Powierzchnia czołowa 59 koła wirnikowego 50 przylega do końcowej warstwy rdzenia. Uzwojeniowa izolacja żłobka 30 ułożona jest wzdłuż dłuższego boku ramienia 22, tworząc ścianki tuneli uzwójeniowych. Końce izolacji uzwojeniowej dochodzą do zewnętrznej powierzchni końcowej 58 ramion koła wirnikowego.

174 581

FIG 3 FIG. 4

FIG 5

174 581

FfG. 6

FiG. 7

174 581

FIG. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Ochraniacz końcowy twornika dla wirnika uzwojonego, w silniku elektrycznym, zawierający piastę i umieszczony na niej współosiowo korpus zaopatrzony w promieniowo wystające na zewnątrz ramiona, znamienny tym, że korpus (55) jest osadzony nierozłącznie i podparty na piaście (51), przy czym piasta (51) i korpus (55) są wykonane z różnych materiałów.
2. 2. Ochraniacz według zastrz. 1, znamienny tym, że korpus (55) jest osadzony na piaście (51) przez pasowanie wtłaczane.
3. 3. Ochraniacz według zastrz. 2, znamienny tym, że korpus (55) jest wykonany z wulkanizowanego arkusza materiału włóknistego.
4. 4. Ochraniacz według zastrz. 2, znamienny tym, że piasta (51) jest wykonana z tworzywa termoutwardzalnego.
5. 5. Ochraniacz według zastrz. 4, znamienny tym, że promieniowo na zewnętrznej powierzchni piasta (51) jest zaopatrzona w pierścieniowy występ (53), który przylega do korpusu (55).
6. 6. Ochraniacz według zastrz. 5, znamienny tym, że pierścieniowy występ (53) jest utworzony w określonej odległości od końca piasty (51), która to odległość jest równa grubości korpusu (55).