PL240423B1 - Sposób wytwarzania uzwojenia silnika liniowego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytwarzania uzwojenia silnika liniowego złożonego z pasm fazowych charakteryzujący się tym, że lity płaskownik jest zaginany cyklicznie przy wybranym promieniu gięcia R1, część aktywna oraz połączenia czołowe tworzą jednolitą płaszczyznę pasma fazowego, które ma wydłużone krańcowe fragmenty: początek sekcji oraz koniec sekcji lub pasmo fazowe jest wycinane z blachy zgodnie z rysunkiem a następnie wzdłuż linii oddzielającej połączenie czołowe od części aktywnej pasmo fazowe jest zaginane przy promieniu gięcia R2, przy czym kąt α1 mieści się w zakresie 0° - 180°.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania uzwojenia silnika liniowego złożonego z litych pasm fazowych.

Znany jest sposób wykonywania pętlicowych uzwojeń silników liniowych złożonych z prętów miedzianych nawiniętych w formie cewek. Z dokumentu US20050173993A1 znane jest uzwojenie meandrowe wykonane z przewodu elektrycznego ułożonego w żłobkach i przymocowanego przynajmniej jedną opaską zaciskową. Z dokumentu PL221120 znane jest uzwojenie trójfazowe faliste do silników liniowych. Składane jest z pojedynczych prętów wycinanych z arkusza blachy za pomocą wody lub lasera. Tak wycięte elementy łączy się w pełne pasma fazowe, spawając je lub zgrzewając. Z dokumentu JP1985234438A znane jest uzwojenie silnika obrotowego, gdzie pasmo fazowe wykonane z pojedynczego płaskownika odpowiedniego wygiętego w serię cewek. Z dokumentu US20160233754A1 znany jest sposób wykonania bezrdzeniowego uzwojenia pętlicowego sinika liniowego. Opisany tam jest sposób ułożenia i łączenia serii przygotowanych wcześniej cewek w pojedyncze uzwojenie, a następnie ułożenie go w formie i zalanie materiałem termoplastycznym.

Z opisu zgłoszenia patentowego WO2011022826A1 znany jest sposób wytwarzania uzwojenia silnika liniowego polegający na dostarczaniu płaskownik, przy czym część aktywna oraz połączenia czołowe tworzą jednolitą płaszczyznę pasma fazowego, początek sekcji oraz koniec sekcji jest wycinany z blachy, a następnie wzdłuż linii oddzielającej połączenie czołowe od części aktywnej pasmo fazowe jest zaginane przy promieniu gięcia, przy czym kąt mieści się w zakresie 0-180 stopni.

Istniejące sposoby wytwarzania uzwojeń silników liniowych nie są zoptymalizowane pod względem produkcji dla silników dużych mocy do zastosowania np. w transporcie. Uzwojenia takie wykonywane są z kabli o dużym przekroju, przez co mają bardzo duże promienie gięcia. Proces gięcia i układania jest czasochłonny, a wydłuża go dodatkowo duży gabaryt uzwojenia. Znane są masowe produkcje uzwojeń do silników liniowych małych mocy stosowanych w automatyce i przemyśle. Istniejące rozwiązania techniczne w zakresie produkcji uzwojeń do silników liniowych dużych mocy są drogie w realizacji lub ich realizacja trwa bardzo długo. Elektryczny silnik liniowy jest lepszym rodzajem napędu w odniesieniu do tradycyjnych silników obrotowych w przypadku transportu dużych prędkości. Jest rodzajem napędu bezpośredniego, a co za tym idzie napędu, który jest prosty w budowie i niezawodny. Dodatkowo nie występują stykowe połączenia mechaniczne, które przy dużych prędkościach, powyżej 300 km/h, są miejscami szczególnie podatnymi na awarie z powodu ograniczonej wytrzymałości mechanicznej elementów składowych napędu. Elektryczne silniki liniowe są stosowane w transporcie dużych prędkości w niewielu miejscach świata. Głównym ograniczeniem masowego stosowania tego rodzaju napędu jest duży koszt budowy torowiska, wyposażonego między innymi właśnie w uzwojenie bieżni silnika liniowego.

Celem wynalazku jest przyśpieszenie produkcji i zmniejszenie kosztów procesu technologicznego produkcji uzwojenia silnika liniowego.

W opisie sposobu według wynalazku zastosowano następujące definicje.

Poprzez lite pasmo fazowe należy rozumieć pasma fazowe silnika elektrycznego wykonane z litego przewodnika dia- lub paramagnetycznego (jak np. miedź, aluminium, nadprzewodniki, złoto czy srebro).

Poprzez bieżnik należy rozumieć ruchomą część silnika liniowego.

Poprzez bieżnię należy rozumieć nieruchomą część silnika liniowego będącą jednocześnie torem, po którym porusza się bieżnik.

Poprzez sekcję 3 na fig. 6 należy rozumieć najmniejszy fragment uzwojenia wykonany zgodnie z opisem przedmiotu wynalazku.

Poprzez uzwojenie należy rozumieć część pierwotną elektrycznego silnika liniowego, ułożoną wzdłuż ścieżki poruszania się pojazdu, składającą się z wielu pojedynczych sekcji.

Poprzez podziałkę biegunową, w przypadku niniejszego rozwiązania, należy rozumieć odległość między sąsiednimi prętami jednego pasma fazowego części aktywnej.

Poprzez pojazd należy rozumieć urządzenie korzystające z niniejszego rozwiązania i napędzane dzięki niemu.

Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania uzwojenia silnika liniowego płaskiego do celów transportowych złożonego z pasm fazowych charakteryzujący się tym, że lity płaskownik jest zaginany cyklicznie przy wybranym promieniu gięcia, część aktywna oraz połączenia czołowe tworzą jednolitą płaszczyznę pasma fazowego, które ma wydłużone krańcowe fragmenty: początek sekcji oraz koniec

PL 240 423 B1 sekcji lub pasmo fazowe jest wycinane z blachy zgodnie z rysunkiem, a następnie wzdłuż linii oddzielającej połączenie czołowe od części aktywnej pasmo fazowe jest zaginane przy promieniu gięcia, przy czym kąt α1 mieści się w zakresie 0° - 180°.

Korzystnie, lity płaskownik lub blacha wykonywane są z materiału dia- lub paramagnetycznego.

Korzystnie, pasma fazowe układane są równolegle i bezkonfliktowo, tworząc sekcję.

Korzystnie, uzwojenie silnika liniowego jest sekcjonowane i składa się z wielu identycznych sekcji.

Korzystnie, kolejne sekcje łączone są ze sobą poprzez skręcenie ich śrubami a następnie umieszczane we wtykach zaciskowych, spawane lub łączone poprzez system styczników.

Korzystnie, pasmo fazowe jest wycinane z arkusza blachy laserem, wodą lub plazmą.

Korzystnie, uzwojenie jest wykonane w formie uzwojenia jednowarstwowego lub dwuwarstwowego.

Korzystnie, część aktywną oraz połączenia czołowe przykrywa się warstwą izolacyjną przez lakierowanie lub przez zalanie materiałem termoplastycznym w przygotowanej formie.

Korzystnie, sekcje są mocowane do podłoża za pomocą śrub i/lub łapek sprężystych i/lub zatrzasków.

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytworzenia litego pasma fazowego 2 z odpowiednio zagiętego pojedynczego płaskownika lub wyciętego elementu z arkusza blachy 5 jak pokazano na fig. 5, a następnie ułożenie go i połączenie wraz z kolejnymi pasmami w uzwojenie, jak ukazano na fig. 6.

Wynalazek został szczegółowo omówiony w przykładach i pokazanych na rysunkach, gdzie fig. 1 przedstawia półprodukty, z których wykonywane jest dalej uzwojenie wg opisu wynalazku: płaskownik 1 oraz arkusz blachy 5. Pokazany jest także przykładowy wzór wycinania kilku pasm fazowych 2 z arkusza blachy.

fig. 2 przedstawia pojedyncze pasmo fazowe 2 składające się z części aktywnych 2a, połączeń czołowych 2b oraz początku sekcji 2c i końca sekcji 2d. Zaznaczono także podziałkę biegunową τ, promień gięcia Ri i długość pasma fazowego L.

fig. 3 przedstawia pasmo fazowe 2 w rzucie izometrycznym.

fig. 4 przedstawia przekroje zagiętych pasm fazowych w trzech wersjach: Faza A, Faza B, Faza C. Dla każdej wersji część aktywna oraz połączenia czołowe mają inne wysokości. Zaznaczono też promienie gięcia (R2) oraz kąt zagięcia (α1).

fig. 5 przedstawia zagięte pasmo fazowe w rzucie izometrycznym.

fig. 6 przedstawia 3 pasma fazowe 2 w każdej z wersji, złożone w jedną sekcję uzwojenia 3a w układzie jednostronnym. Zaznaczone są: wyprowadzenia początku sekcji 3e oraz końca sekcji 3f.

fig. 7 przedstawia trójfazowe uzwojenie w układzie dwustronnym. Dodatkowo przedstawione zostały śruby montażowe.

fig. 8 przedstawia uzwojenie trójfazowe przedstawione na fig. 7 po zalaniu materiałem termoplastycznym 3d. fig. 9 przedstawia przekrój konstrukcji ukazanej na fig. 8. Zaznaczono separator 3c, który stosowany jest w układzie dwustronnym i zapobiega zwarciu strony prawej i lewej uzwojenia.

fig. 10 przedstawia uzwojenie trójfazowe w układzie dwustronnym podobnie jak na fig. 9, jednak przy innych kątach zagięcia α1 niż fig. 9.

fig. 11 przedstawia uzwojenie trójfazowe z obrazu fig. 10 w rzucie izometrycznym.

fig. 12 przedstawia mocowanie do podłoża za pomocą łapek sprężystych 3h uzwojenia zalanego materiałem termoplastycznym 3d.

fig. 13 przedstawia mocowanie do podłoża za pomocą zatrzasków sprężystych 3i uzwojenia zalanego materiałem termoplastycznym 3d.

fig. 14 przedstawia połączenie sąsiednich sekcji 3 poprzez spawanie 4a zakończeń pasm fazowych, fig. 15 przedstawia połączenie sąsiednich sekcji 3 poprzez przykręcenie śrubami łącznika 4b do zakończeń pasm fazowych.

fig. 16 przedstawia gniazdo łączeniowe 4c pozwalające na umieszczenie w nim uzwojenia trójfazowego 3a. fig. 17 przedstawia schematyczny układ sekcjonowania toru wraz ze stycznikami 6a łączącymi kolejne sekcje 6b z siecią trójfazową 6d. Zaznaczono także kabel sygnałowy 6c informujący o aktualnym położeniu pojazdu i kolejności załączania sekcji.

P r z y k ł a d 1

Pasmo fazowe 2 (fig. 2) wykonywane jest poprzez wygięcie płaskownika 1 przy wybranym promieniu gięcia Ri lub poprzez wycięcie go z arkusza blachy 5. Cięcie wykonywane jest laserem, wodą, plazmą lub poprzez wykrawanie. Kształt tego elementu 2 cyklicznie powtarza się co podziałkę biegunową τ. Na tym etapie część aktywna 2a oraz połączenia czołowe 2b tworzą jednolitą płaszczyznę,

PL 240 423 B1 przy czym pasmo fazowe ma dowolną długość L. Ograniczeniami produkcyjnymi są np. wymiary dostępnego materiału czy pole robocze maszyny gnącej lub wycinającej. Pojedyncze pasmo fazowe ma wydłużone krańcowe fragmenty, odpowiednio: początek sekcji 2c oraz koniec sekcji 2d. Pozwalają one na połączenie ze sobą kolejnych sekcji. Następnie następuje zagięcie takiego elementu, wzdłuż linii oddzielającej połączenie czołowe od części aktywnej. Pasmo fazowe zaginane jest przy promieniu gięcia R2 jak pokazano na fig. 4. Jeśli promień gięcia jest większy niż 0 m, to część aktywna oraz połączenia czołowe przestają tworzyć wspólną płaszczyznę i powstaje kąt αι w zakresie 0 od 180°. Każde z pasm fazowych zagięte jest na różnych wysokościach, co pozwala ułożyć je bezkonfliktowo w uzwojenie trójfazowe 3a, co pokazano na fig. 6. Każde pasmo fazowe zaginane jest przy innym kącie zagięcia αι lub ma różną wysokość części aktywnej. To pozwala, aby wszystkie warianty wykonania ułożyć bezkonfliktowo w uzwojenie trójfazowe 3a jak na fig. 6. Przykładem zastosowania takiego uzwojenia jest dwustronny silnik liniowy synchroniczny, którego uzwojenia można złożyć z dwóch uzwojeń trójfazowych, ułożonych obok siebie jak na fig. 7, pomiędzy którymi ułożony jest cienki separator 3c. Kąt α-1 może być jednakowy dla każdej z faz, jak ukazano na fig. 6, gdzie wynosi on 90°, jednak może on być także zmienny, jak na fig. 10, gdzie kąt α-1 wynosi odpowiednio 0°, 30° oraz 60°. Tak ułożone uzwojenie jest pokrywane warstwą izolacyjną przez lakierowanie lub zalane materiałem termoplastycznym 3d w przygotowanej formie. Materiałem termoplastycznym zalewane są połączenia czołowe oraz część aktywna, jednak nie są zalewane wyprowadzenia początku sekcji 3e oraz wyprowadzenia końca sekcji 3f, jak pokazano na fig. 8. Na tym etapie powstaje samonośna konstrukcja pojedynczej sekcji uzwojenia 3, która jest przymocowywana do podłoża. Mocowanie odbywa się za pomocą śrub 3b (fig. 9), zatrzasków sprężystych 3i (fig. 13), lub łapek sprężystych 3h (fig 12). Poprzez połączenie z kolejnymi sekcjami, tworzone jest pełne uzwojenie silnika liniowego. Połączenie między sekcjami odbywa się poprzez przykręcenie łączników 4b (fig. 15) do wyprowadzeń końca jednej sekcji oraz do wyprowadzeń końca kolejnej sekcji lub poprzez spawanie wyprowadzeń sąsiednich sekcji 4a (fig. 14), lub poprzez umieszczenie wyprowadzeń końca oraz początku sąsiedniej sekcji w gniazdach łączeniowych 4c (fig. 16). Jednym ze sposobów połączenia sekcji jest połączenie ich przez układ styczników 6a (fig. 17) umożliwiający płynne sekcjonowanie toru podczas przejazdu pojazdu pozwalające na zmniejszenie długości zasilanego odcinka. Kolejne sekcje 6b włączane są jedynie w przypadku, gdy na nich lub na sekcjach sąsiednich znajduje się pojazd. Informację taką dostarcza do styczników kabel sygnałowy 6c. Styczniki załączają kolejne fazy, łącząc je z siecią trójfazową 6d. Dzięki temu straty związane z przesyłem energii w torze zostaną ograniczone.

P r z y k ł a d 2

Przykładowym wykonaniem jest uzwojenie, którego pasmo fazowe pokazane jest na fig. 2 oraz fig. 5 posiada poniższe wymiary:

Długość pasma fazowego L = 920 mm,

Podziałka biegunowa τ = 100 mm,

Wysokość części aktywnej = 15 mm,

Wysokość połączenia czołowego = 6 mm,

Promień Ri = 6 mm, Promień R2 = 6 mm, Kąt gięcia α1 = 90°.

Proponowane rozwiązanie pozwala na ograniczenie kosztów produkcji uzwojenia silnika liniowego w przypadku, gdy ten jest rozłożony na trasie o długości wielu kilometrów. Sposób według wynalazku wykonywany jest z łatwo dostępnego materiału, jakim są płaskowniki oraz arkusze blach. Kolejną cechą stanowiącą o niższym koszcie produkcji są proste i szybkie procesy obróbki materiału, czyli cięcie blachy lub gięcia płaskownika. Te dwie wymienione cechy powodują, że tak wykonane uzwojenie jest tańsze niż analogiczne wykonane z przewodów lub wycinane z arkusza, a następnie spawane czy zgrzewane. Dzięki procesowi zalewania uzwojenia materiałem termoplastycznym, powstaje konstrukcja samonośna, łatwa w transporcie oraz łatwa w montażu.

Kolejną zaletą stosowania proponowanego rozwiązania jest jego uniwersalność. Przede wszystkim pod względem rodzaju stosowanego napędu. Uzwojenie silnika liniowego w różnych konfiguracjach geometrycznych przeznaczone jest do zastosowania zarówno w silnikach indukcyjnych jak i synchronicznych, gdzie współpracuje z bieżnikiem zamontowanym na pojeździe. Możliwe jest wykonanie silnika w układzie jednostronnym jak i dwustronnym. Różne wartości doboru kąta αι umożliwiają regulację wysokości całej bieżni, co wpływa na kształt podwozia pojazdu.

PL 240 423 Β1

Stosowanie litego uzwojenia bezrdzeniowego umożliwia obniżenie kosztów produkcji oraz zlikwidowanie negatywnych efektów występujących w maszynach liniowych w postaci siły zaczepowej. Postać w jakiej proponowane jest uzwojenie, tj. gotowych sekcji o określonej długości, umożliwia szybki i tani montaż na uprzednio przygotowanym podłożu.

Rozwiązanie według wynalazku jest stosowane jako element elektrycznego silnika liniowego napędzającego pojazd. Rozwiązanie to stosowane jest w transporcie dużych prędkości w środowisku o ciśnieniu atmosferycznym lub w środowisku o obniżonym ciśnieniu.

Claims (9)

1. Sposób wytwarzania uzwojenia silnika liniowego płaskiego do celów transportowych złożonego z pasm fazowych znamienny tym, że lity płaskownik (1) jest zaginany cyklicznie przy wybranym promieniu gięcia (Ri), część aktywna (2a) oraz połączenia czołowe (2b) tworzą jednolitą płaszczyznę pasma fazowego (2), które ma wydłużone krańcowe fragmenty: początek sekcji (2c) oraz koniec sekcji (2d) lub pasmo fazowe (2) jest wycinane z blachy (5) zgodnie z rysunkiem a następnie wzdłuż linii oddzielającej połączenie czołowe (2b) od części aktywnej (2a) pasmo fazowe (2) jest zaginane przy promieniu gięcia (R2), przy czym kąt ai mieści się w zakresie 0° - 180°.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że lity płaskownik (1) lub blacha (5) wykonywane są z materiału dia- lub paramagnetycznego.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pasma fazowe (2) układane są równolegle i bezkonfliktowo, tworząc sekcję (3).

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że uzwojenie silnika liniowego jest sekcjonowane i składa się z wielu identycznych sekcji (3).

5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że kolejne sekcje (3) łączone są ze sobą poprzez skręcenie ich śrubami a następnie umieszczane we wtykach zaciskowych (6), spawane lub łączone poprzez system styczników.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pasmo fazowe (2) jest wycinane z arkusza blachy laserem, wodą lub plazmą.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że uzwojenie jest wykonane w formie uzwojenia jednowarstwowego lub dwuwarstwowego.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że część aktywną (2a) oraz połączenia czołowe (2b) przykrywa się warstwą izolacyjną przez lakierowanie lub przez zalanie materiałem termoplastycznym w przygotowanej formie.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że sekcje (3) są mocowane do podłoża za pomocą śrub (3b) i/lub łapek sprężystych (3h), i/lub zatrzasków (3i).