SE515721C2 - Roterande elektrisk maskin och förfarande vid tillverkning av en sådan - Google Patents

Description

k; C) 15 20 25 i 30 .V35 515 721 .ro w- 2 100 Hz vilket gör den vibrationsbenägen, och förutom till- verkningstoleranser vad avser ytterdiametern kommer också dess dimensioner att variera med temperaturvariationer (dvs. belastningsvariationer).

Ehuru den allt dominerande tekniken vid leverans av ström till högspända nät för transmission, subtransmission och distribution, är att såsom inledningsvis nämnts införa en transformator mellan generatorn och kraftnätet, så är det förut känt att söka eliminera transformatorn genom att gene- rera spänningen direkt vid nätets nivå. En sådan generator beskrivs exempelvis i US-4 429 244, US-4 164 672 och US-3 743 867.

Föreliggande uppfinning är relaterad till de ovan nämnda problemen förknippade med att undvika skador på kabelns yta vid införandet i statorspåren och undvika nötning mot ytan p.g.a. vibrationer under drift. Spåret genom vilket kabeln föres in är förhållandevis ojämnt eller skrovligt på grund av att det i praktiken är mycket svårt att styra läget för plåtarna tillräckligt exakt för att få en helt jämn yta.

Den skrovliga ytan uppvisar skarpa kanter, vilka kan "hyvla av" delar av det kabeln omgivande halvledarskiktet.

Vid driftspänning leder detta till glimning och genomslag.

Då kabeln är placerad i spåret och fullgott inspänd finns under drift ingen risk för skador. En fullgod in- spänning innebär att verkande krafter (i första hand radiellt verkande strömkrafter med dubbla nätfrekvensen) inte orsakar vibrationer som ger en nötning av halvledarytan. Den yttre halvledaren måste alltså vara skyddad mot mekanisk åverkan även under drift.

Vid drift utsättes kabeln dessutom för termisk belastning så att PEX-materialet expanderar. Diametern för t.ex. en 145 kV PEX-kabel ökar ca 1,5 mm vid en temperatur- höjning från 20 till 70°C. Kabeln måste därför ges utrymme för termisk expansion. Ändamålet är mot denna bakgrund att lösa dessa problem förknippade med att åstadkomma en maskin av det aktuella slaget så att kabeln ej utsättes för mekanisk skada k: C) 15 20 25 ïw Iæ 515 721 §f§U 3 vid lindningen eller under drift till följd av vibrationer och som medger termisk expansion av kabeln. Att lösa detta skulle bl.a. göra det möjligt att använda kablar som inte har ett mekaniskt skyddande yttre skikt. Då utgöres kabelns ytskikt av ett tunt halvledarmaterial som är känsligt för mekanisk påverkan.

Detta har enligt uppfinningen lösts genom att en maskin av det i patentkravets 1 ingress angivna slaget upp- visar de speciella särdrag som anges i kravets kännetecknande del och genom att ett förfarande av det i patentkravet 13 angivna slaget innefattar de speciella åtgärder som anges i detta kravs kännetecknande del.

I föreliggande ansökan har termerna radiell, axiell, och i omkretsriktning statorn som referens där det ej uttryckligen säges annat.

Genom att på detta sätt anordna stödorgan i urtag i spårväggarna blir kabeln fixerad och får stöd på dessa ställen, som genom lämpligt anpassade avstånd dem emellan medför att vibrationerna ej genererar egensvängningarna i de kritiska områdena kring 100 Hz.

Vid en föredragen utföringsform av uppfinningen är åtminstone något, företrädesvis vardera kabelstödorgan ut- format som ett gemensamt stödelement för ett flertal av spårets kabelparter. Speciellt lämpligt är därvid att det är gemensamt för samtliga kabelparter i spåret, varvid de då får en radiellt riktad stångliknande form. Därvid uppnås att stödkraften kan anbringas gemensamt för alla de kabelparter stödelementet anpressas mot.

Företrädesvis har stödelementet en profilerad yta mot kabelparterna, vilket ger bättre stödverkan tack vare större anliggningsyta mot vardera kabelpart.

Lämpligtvis är stödelementets mot kabelparterna vända yta belagd med ett elastiskt material. Med en tillräck- lig tjocklek kan det elastiska skiktet uppta kabelns termiska expansion i sin helhet. Alternativt kan det göras förhål- landevis tunt för att uppta endast individuella variationer mellan kabelparternas expansion medan huvuddelen av expan- 10 15 20 25 30 gas sionen upptas på ett annat sätt. Gummiskiktet eliminerar även risken att de hörn som kan förekomma då stödelemntet har en profilerad yta skadar kabelns yttre halvledarskikt.

Vid en ytterligare föredragen utföringsform av stödelementet är det försett med inställningsorgan för att förskjuta detta radiellt. Detta ger en möjlighet att, när stödelementet är profilerat, på ett enkelt sätt genom radiell förskjutning av stödorganet åstadkomma en fixerande kraft mot vardera kabelpart.

Vid ytterligare en föredragen utföringsform ar stödelementet gemensamt för två intilligande spår, varvid urtagningarna då är så djupa att de bildar en gemensam slits som förbinder spåren och i vilken stödelementet är anordnat.

Därvid uppnås att antalet erforderliga stödelement ned- bringas.

Vid ytterligare en föredragen utföringsform av upp- finningen pressas stödelementen mot kabelparterna med hjälp av en kil. Vid denna utföringsform erhålles en gynnsam riktning på inspänningskraften som då blir i huvudsak riktad i omkretsled.

Vid ytterligare en föredragen utföringsform är fjädringsorgan anordnade vid stödorganet som trycker detta mot kabelparterna. Detta ger en enkel och ändamålsenlig möjlighet att ta upp kabelns termiska expansion.

Ovan angivna och andra fördelaktiga utföringsformer av den uppfunna maskinen anges i de av patentkravet 1 beroende kraven.

Genom det uppfunna förfarandet kan på ett enkelt och tillverkningsekonomiskt gynnsamt sätt åstadkommas en maskin som uppvisar de fördelar som är relaterade till en dylik maskin av det i patentkravet 1 angivna slaget. Speci- ellt åtgärden att aktivt anbringa en kraft som via kabel- stödorganet trycker mot kabelparterna erbjuder en fördelaktig möjlighet att fixera kablarna.

Vid föredragna alternativa utföringsformer av det uppfunna förfarandet anbringas kraften genom att kabelstöd- organet förskjutes radiellt eller genom att en kil som är 15 20 25 30 ¿35 515 721 5 anordnad vid kabelstödorganet förskjutes. Dessa olika alternativ har olika fördelar ur olika aspekter, vilka fördelar till en del berörts ovan i anslutning till redo- görelsen för olika utföringsformer av maskinen enligt uppfinningen och som kommer att framgå ytterligare av den detaljerade beskrivningen.

Ovan angivna och andra fördelaktiga utföringsformer av det uppfunna förfarandet anges i de av patentkravet 13 beroende kraven. Det uppfunna förfarandet kan vidare med fördel tillämpas på samtliga angivna utföringsformer av den uppfunna maskinen.

Uppfinningen förklaras närmare genom efterföljande detaljerade beskrivning av föredragna utföringsformer av densamma under hänvisning till medföljande ritningar av vilka fig. 1 är en schematisk ändvy av en sektor av statorn hos en maskin enligt uppfinningen, fig. 2 är ett tvärsnitt genom en ledare använd i maskinen enligt uppfinningen, fig. 3 är ett delsnitt genom en statorsektor illustrerande en första och en andra utföringsform av upp- finningen, fig. 4 illustrerar en detalj av fig. 3, fig. 5 är ett delsnitt genom en statorsektor illustrerande en tredje utföringsform av uppfinningen, fig. 6 illustrerar en detalj av fig. 5.

I den schematiska axialvyn i fig. 1 genom en sektor av maskinens stator 1 är dess rotor betecknad med 2.

Statorn är på konventionellt sätt sammansatt av en laminerad kärna av elektroplåt. Figuren visar en sektor av maskinen motsvarande en poldelning. Från ett radiellt ytterst beläget ryggparti 3 av kärnan sträcker sig ett antal tänder 4 radi- ellt in mot rotorn 2, vilka åtskiljes av spår 5 i vilka statorlindningen är anordnad. Kablarna 6 i lindningarna är högspänningskablar som kan vara i huvudsak samma slag av högspända kablar som användes för kraftdistribution, s.k.

PEX-kablar. En skillnad är att det yttre mekaniskt skyddande höljet samt metallskärmen som normalt omger en sådan är |..| C) 15 20 25 30 35 515 721 6 eliminerat så att kabeln endast innefattar ledaren, ett inre halvledarskikt, ett isolerskikt samt ett yttre halvledar- skikt. På kabelns yta ligger således det för mekanisk åverkan känsliga halvledarskiktet naket.

I figuren är kablarna 6 schematiskt återgivna i det att endast respektive kabeldels eller härvsidas ledande centrala del är utritad. Som framgår har vardera spår 5 vari- erande tvärsnitt med omväxlande vida 7 och trånga 8 partier.

De vida partierna 7 är i huvudsak cirkulära och omger kabel- delarna vaivid midjepartier mellan dessa bildar trånga partier 8. Midjepartierna tjänar till att radiellt fixera varje kabeldels läge. Spårets tvärsnitt är dessutom i sin helhet något avsmalnande radiellt inåt. Detta för att spänningen på kabeldelarna är lägre ju närmare statorns radiella inre del de är belägna. Klenare kabeldelar kan därför användas där medan allt grövre blir nödvändiga längre ut. I det illustrerade exemplet användes kablar av tre olika dimensioner, anordnade i tre i övrensstämmelse därmed dimen- sionerade sektioner 9, 10, 11 av spåren 5.

I fig. 2 visas en tvärsnittsvy på en högspännings- kabel 6 enligt föreliggande uppfinning. Högspänningskabeln 6 innefattar ett antal kardeler 31 med cirkulärt tvärsnitt av exempelvis koppar (Cu). Dessa kardeler 31 är anordnade i mitten av högspänningskabeln 6. Runt kardelerna 31 finns an- ordnat ett första halvledande skikt 32. Runt det första halv- ledande skiktet 32 finns anordnat ett isolationsskikt 33, t.ex. PEX-isolation. Runt isolationsskiktet 33 finns anord- nat ett andra halvledande skikt 34. Begreppet högspännings- kabel i föreliggande ansökan behöver således ej innefatta den metalliska skärm och det yttre skyddshölje som normalt omger en dylik kabel vid kraftsdistribution.

I fig. 3 illustreras två alternativa utföringsfor- mer av stödorganet, varvid längst till höger i figuren visas ett stödorgan utformat som ett enkelverkande stödelement 12 och till vänster utformat som ett dubbelverkande stödelement l2a.

Statorn 1 är på motsvarande sätt som enligt fig. 1 F; C) 15 20 25 ¿3o _35 515 721 :_::=:,_::;'-....=' 7 försedd med ett antal spår 5 med profilerade spårväggar. Vid spåret 5 längst till höger i figuren är i dess vänstra vägg upptaget ett urtag 13. Likadana urtag är upptagna i spåret med jämna axiella avstånd, ca 2 - 5 stycken per meter.

Vardera urtag har förhållandevis kort axiell vidd, ca 20-50 mm och dess botten ligger som framgår av figuren i ett radialplan. På grund av att spårväggen är profilerad får spåret ett varierande djup. I spåret är stödelementet 12 anordnat vilket har någon mm kortare axiell utsträckning än uttaget 13 och har en mot -påret vänd yta som är profilerad i överensstämmelse med spårväggen. Urtaget 13 fortsätter radiellt utåt från spåret 5 som ett hål 14 genom statorns yttre ryggparti 3. Stödelementet 12 har en manövreringsstång 15 som sträcker sig ut genom hålet 14 och utanför statorns mantelyta. Vid sin yttre ände är stången 15 gängad för sam- verkan med en mutter 16. Vid åtdragning av muttern 16 dras stången 15 och därmed stödelementet 12 uppåt. Därigenom pressas stödelementet 12 mot kabelparterna i spåret 5 och trycker dessa mot spårets väggar så att kabelparterna blir fixerat inspända vid varje stödelement 12. Medelst avvägd åtdragning av muttern 16 kan anpressningskraften avpassas till lämplig storlek.

Vid den utföringsform som illustreras till vänster i figuren är urtaget 13 ersatt med en slits 13a som sträcker sig mellan två intilliggande spår 5a, 5a'. I slitsen 13a är anordnat ett stödelement 12a med profilerade stödytor vett- ande mot kabelparterna i båda spåren 5,5a'. Stödelementet 12a är således dubbelverkande. Mitt emellan spåren 5, Sa' är ett hål 14a upptaget för det dubbelverkande stödelementets 12a manövreringsstång 15a. Genom åtdragning av muttern 16a åstad- kommes kraftanbringning på kabelparterna i båda de intill- liggande spåren 5, 5a'. Vid denna utföringsform illustreras vidare hur fastspänningen kan göras fjädrande i radiell led med en tryckfjäder 17 anordnad mellan muttern 16a och statorns 1 mantelyta. En dylik fjädrande fastspänning kan anordnas även vid utförandet enligt den högra delen av figuren. Mellan den laminerade elplåten på axiellt sett ömse 10 15 20 25 šao V35 n v . » ,,. u. - c .",," .f *: '_ 2,. « v' f' ' .mn ' . o» .n . -ß "' '.,.. o» ' ° I .

. . . | «- *I ,. . ~ ' , . > - __ ,. . . . . -f 8 sidor om vardera stödelement 12a är distanser 21 anordnade som sträcker sig in i avlånga hål 22 i stödelementet 12a med spel i radialriktningen för att medge den radiella rörelsen hos stödelementet l2a. Distanserna förhindrar fastklämning av stödelementet 12a.

I fig. 4 visas en del av stödelementet 12 i större skala. Den är gjord av ett stelt material som exempelvis epoxi, glas, glasfiberlaminat eller stål vars stödyta är belagd med ett skikt 18 av elastiskt material exempelvis gummi. Gummiskiktet 18 har i -n utfö_ingsform en tjockle' i sammanpressat tillstånd av ca 0,5 mm och är då anordnat att uppta endast individuella variationer hos kabelparternas termiska expansion. Alternativt kan skiktet utföras med en tjocklek som medger att det kan ta upp hela den termiska expansionen av kabelparterna. Det bör då vara ca 2 mm tjockt. Även vid utförandet med dubbelverkande stödelement, liksom vid de i det följande beskrivna utföringsformerna kan ett dylikt elastiskt skikt vara anordnat på stödytorna.

Den i fig. 5 och 6 visade utföringsformen skiljer sig från de tidigare beskrivna främst genom hur anpressnings- kraften mot kabelparterna åstadkommes. Här saknas det utåt- riktade hålet med manövreringsstång. I stället är en tunn långsträckt kil 19 anordnad bakom stödelementet 12b, och anligger mot den från kabelparterna vända ytan. Kilen 19 är avsmalnande utåt, har en tjocklek på några få mm och en tjockleksskillnad mellan yttre och inre ände på drygt 1 mm.

Kilen kan vara gjord av glasfiberlaminat. Då kilen 19 skjuts upp i urtaget 13b kommer den att pressa mot stödelementet 12b så att detta kommer att trycka mot kabelparterna 6 med en huvudsakligen i omkretsled riktad kraft, dvs. radiellt sett i förhållande till kabelparten.

Kilen 19 kan endera stödja direkt mot urtagets 13b botten eller alternativt såsom illustreras vid utföringsform- erna enligt fig. 5 och 6 mot ett fjädringselement 20 anordnat mellan kilen 19 och urtagets 13b botten. Fjädringselementet 20 illustreras som ett våglaminat och är lämpligtvis utförd som en s.k. krempelvåg med glasfiberarmerad plast, t.ex. p; C) 15 20 25 35 .u N. polyester eller epoxi, som material. Dess tjocklek är ca 2 mm. Fjädringselementets 20 uppgift är att ta upp kabelpar- ternas termiska expansion och kompletterar det i detta fall tunna (0,5 mm) gummiskiktet 18b som endast tar upp individu- ella variationer av expansionen.

Vid tillverkning av en stator enligt figurerna framställs urtagen i spåren exempelvis genom att lamell- plåtarna vid dessa ställen redan från början har dylika urtag. Därefter införes stödelementen radiellt inifrån i dssa urtag till vsett läge. Sedan lindas kabelfi. När detta är gjort anpressas stödelementet mot kabelparterna i spåret genom att såsom i fig. 3 dra stödelementet uppåt eller såsom i fig. 5 och 6 skjuta in en kil bakom stödelementet.

Claims (15)

10 15 20 25 30 35 n. m. . 1 -| .. . . - , »f m . 4 o, v. ~- u. v ~ v | | u» v u» ø; »n f w.. ~ - - v u n. 4.. , . .... ... . >.. . - 1 o . .«. u u u n PATENTKRAV /O

1. Roterande elektrisk maskin innefattande en stator med -|1'nr*1n1'nrw2'r (Ã\ nïv-:rrnn rwonnm mi-f- 'Flmvfi-al evxåv /|-_\\ 1' c+-3+-r\v-n _ _ . . M . . _ nya... (v, Mmv-juv. ÜvHv-u vv» a._-.v.----_ ut/MJ- \~/; -L uL-uuvz-U (1), kännetecknad av att lindningarna (6) utgöres av hög- spänningskabel och att åtminstone några av spåren (5) upp- visar ett flertal radiellt riktade urtag (13) i åtminstone den ena av spårets (5) väggar, i vilka urtag (13) kabelstöd- organ (12) är anordnade, varvid åtminstone något kabelstöd- organ (12) utgör ett för ett flertal i ett spår anordnade kabelparter (6) gemensamt stödelement och innefattar ett ra- diellt riktat långsträckt stångliknande element.

2. Roterande elektrisk maskin enligt patentkravet 1, vid vilket åtminstone något stödelement (12) uppvisar en mot ka- belparterna vänd sida som är profilerad med axiellt förlöpan- de fördjupningar anordnade att stödja mot var sin kabelpart (6).

3. Roterande elektrisk maskin enligt något av patentkraven 1-2, vid vilken åtminstone något stödelement (12) uppvisar en mot kabelparterna vänd sida som är belagd med elastiskt material (18).

4. Roterande elektrisk maskin enligt patentkravet 3, vid vilken åtminstone något stödelement (12) är försett med in- ställningsorgan (15, 16) för inställning av dess läge i ra- diell riktning.

5. Roterande elektrisk maskin enligt något av patentkraven 1-4, vid vilken åtminstone något stödelement (12) är fäst vid statorn (1) medelst radiellt riktat fjädringsorgan (17).

6. Roterande elektrisk maskin enligt något av patentkraven 1-5, vid vilken ett radiellt riktat hål (14) sträcker sig från åtminstone något av nämnda urtag (12) till statorns (1) utsida och vid vilken det i urtaget (13) anordnade stödele- 10 15 20 25 30 35 | . . . . a 515 721 // mentet (12) sträcker sig ut genom nämnda hål (14).

7. Roterande elektrisk maskin enligt något av patentkraven k 1 o 1 _ “ÅNAJ- av- L: .ÛNt-A... aß Au» ._1_^.__,_ IC LCIKJUL. GV lalllllucl ULLCIKJ llclL CLL UJ UL) S) 1-6, vid vilken atminst i statorns (1) omkretsriktning så att det når fram till när- mast intilliggande spår därmed bildande en de båda spåren förbindande slits (13a) och vid vilken stödelementet (12a) utgör stödelement for kabelparterna i båda de intillliggande spåren (5a, 5a').

8. Roterande elektrisk maskin enligt något av patentkraven 1-6, vid vilken ett anpressningsorgan (19) är anordnat att verka på åtminstone något stödelement (12b), vilket anpress- ningsorgan (19) är kilformat.

9. Roterande elektrisk maskin enligt något av patentkraven 1-8, vid vilken i statorns omkretsriktning verkande fjäd- ringsorgan (20) är anordnat vid åtminstone något stodelement (12b) för att trycka detta mot kabelparterna (6).

10. Roterande elektrisk maskin enligt något av patentkraven 1 - 9, vid vilken vardera spår (5) i ett radialsnitt genom statorn (1) uppvisar en profil med i radiell riktning alter- nerande vida (7) och trånga (8) partier.

11. Förfarande för tillverkning av en stator till en roter- ande elektrisk maskin, vid vilket en kabel dras genom spår i statorn för bildande av statorlindningar, kännetecknat av att i åtminstone några av spåren upptas ett flertal radiellt rik- tade urtag i åtminstone den ena av spårets väggar, att kabel- stödorgan anordnas i nämnda urtag, att därefter en högspän- ningskabel lindas i spåren och att därefter en kraft an- bringas som trycker kabelstödorganet mot kabelparterna.

12. Förfarande enligt patentkravet 11, vid vilket nämnda kraft anbringas genom att kabelstödorganet förskjuts radiellt. 10 15 n. n. . . .l .l ~ . . . .. .| .- » n» »ø u. u. - . n n . n» a l v. n. u- y L, n u . . a a .., ... . . .,.. .,- Q »Qz . 1 n ~ . f. u ,| .n | /2

13. Förfarande enligt paentkravet ll, vid vilket en kil an- ordnas vid en från kabelparterna vänd yta av stödorganet och att nämnda kraft anbringas genom radiell förskjutning av kilen.

14. Förfarande enligt något av patentkraven ll-13, vid vil- ket åtminstone något av nämnda urtag upptas med ett så stort djup i statorns omkretsriktning att det når fram till närmast intilliggande spår så att en de båda spåren förbindande slits bildas och vid vilket ett för de båda spårens kabelparter ge- mensamt kabelstödorgan anordnas i slitsen och vid vilket nämnda kraft anbringas så att den trycker kabelstödorganet mot båda spårens kabelparter.

15. Användning av förfarande enligt patentkravet ll, vid tillverkning av en maskin enligt något av patentkraven l-10.