FI72235B - Foerbaettring hos elmaskiner med hoeg hastighet - Google Patents

Description

72235 1 Parannus suurnopeussähkökoneisiin Förbättring hos elmaskiner med hög hastighet 5

Keksinnön kohteena on hyvin suurella kehänopeudella toimivan epätahti-sähkökoneen roottori, jossa roottorin levysydämen levyt ovat ilman kes-kireikää, ja roottorin akselin muodostavat kappaleet ja mainitut levyt on puristettu yhteen yhtenäisellä oikosulkurenkaista ja -tangoista muo-10 dostuvalla häkkikäämirakenteella,

Nykyisin tarvitaan kasvavassa määrin suurella pyörimisnopeudella toimivia sähkömoottoreita mm. öljynporauskalustossa, kutomakoneissa, turbo-kompressoreissa ja laserskannereissa sekä suuren pyörimisnopeuden gene-15 raattoreita pienissä turbogeneraattoreissa (mm. jätelämmön hyväksikäyttö, turboaggrekaatit).

Tietyllä virran taajuudella sähkökoneen teho on suunnilleen verrannollinen roottorin tilavuuteen V. Kriittinen pyörimisnopeus <«> (taivutusvä-20 rähtelyt) asettaa ylärajan roottorin pituudelle L, sillä keskikokoisten-kin sähkökoneiden tasapainottaminen ylikriittiselle alueelle on liian kallista ja lisäksi taajuusmuuttajakäytössä toiminta ylikriittisellä alueella on vaarallista. Siten sähkökoneen tehoa voitaisiin lisätä suu- 2 rentamalla roottorin halkaisijaa d. Tarkasti ilmaistuna ω ~d/L eli 2 5 25 suurin saavutettava roottoritilavuus V ~ d ’ eli vastavasti sähkö- 2 5 max koneen maksimiteho P d ’ tietyllä virran taajuudella eli

max max J J

pyörimisnopeudella .

Roottorin lujuusopilliset rasitukset taas ovat verrannollisia halkaisi- 30 jän neliöön, kun ω =, vakio. Sen takia nykyisten roottoriratkaisujen heikko mekaaninen rakenne asettaa rajan suurnopeussähkökoneiden maksimi- 2 2 2 teholle. Kriittinen jännitys roottorissa σ ~ d ω u , missä u on ke- hänopeus. Nykyisillä rakenneratkaisuilla epätahtikoneilla u p* 100...160 m/s ja kestomagnetoiduilla tahtikoneilla vielä paljon alhai- 35 sempi, toisin sanoen tahtikoneilla yleensä u <65 m/s.

1 max — 2 72235 1 SE-patentissa n:o 385 423 on esitetty epätahtisähkökone, jossa roottori-runko on massiivista terästä ja oikosulkutangot ja -rengas muodostuvat roottoriuriin työnnetyistä muotokuparitangoista. Ko. rakenteen lujuus on konventionaalista rakennetta parempi, mutta massiivinen roottorirunko 5 merkitsee hyvin suuria pyörrehäviöitä ja rakenteen edellyttämä suuri ilmaväli heikkoa kenttävoimakkuutta, joten SE-patentin n:o 385 423 esittämää rakennetta voidaan sähköteknillisesti pitää huonona ja epätaloudellisena.

10 Keksinnön päämääränä on aikaansaada parannus nykyisin tunnettuihin suur-nopeussähkökoneisiin. Keksinnön yksityiskohtaisempana päämääränä on aikaansaada epätahtikoneen roottorirakenne, joka mahdollistaa huomattavasti suuremman kehänopeuden roottorille, minkä ansiosta sähkökoneen tehoa voidaan huomattavasti parantaa.

15

Keksinnön päämäärät saavutetaan hyvin suurella kehänopeudella toimivan epätahtisähkökoneen roottorilla, jolle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että yhteenpuristaminen on suoritettu niin suurella voimalla, että roottorin taivutusjäykkyys on olennaisesti samansuuruinen kuin vastaa-20 valla urapiaineisella sylinterillä, ja että suurin roottorin levysydä-messä esiintyvä jännitys tietyllä halkaisijalla ja kulmanopeudella on levysydämen levyjen keskireiättömyyden ansiosta saatu pienenemään olennaisesti kolmasosaan verrattuna vastaavaan keskireiälliseen roottoriin, jossa akseli kulkee levysydämen levyjen läpi.

25

Keksinnön mukaisella epätahtikoneen roottorirakenteella on mahdollista saavuttaa u « 270 m/s, joten saavutettavissa oleva suurin teho kas-max vaa 3,7...12 kertaiseksi verrattuna tavanomaiseen epätahtikoneen raken-2 5 teeseen (P ~ d ’ ja d^u).

max 30

Keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioissa esitettyyn keksinnön erääseen edulliseen suoritusmuotoon, johon keksintöä ei kuitenkaan ole tarkoitus yksinomaan rajoittaa.

35 Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen epätahtisähkökoneen roottoria halki-leikkauksena.

1 Kuvio 2 esittää leikkausta pitkin kuvion 1 viivaa II-II.

3 72235

Keksinnön mukaisen epätahtisähkökoneen roottorin rakenne ilmenee kuvioista 1 ja 2. Roottorin 10 dynamolevyt 11 puristetaan yhteen akselikappa-5 leiliä 12 ja roottori 10 sidotaan yhteen esim. valamalla valmistettavalla oikosulkutangoista 14 ja oikosulkurenkaista 13 muodostuvalla yhtenäisellä rakenteella. Tarvittaessa oikosulkurenkaat 13 voidaan varustaa esim. hiilikuitu-lujitemuovista valmistetuilla katerankailla 15. Rakenteesta 13,14 muodostuva sidos on siten esijännitetty, että roottorin 10 10 taivutusjäykkyys vastaa suunnilleen umpiaineisen sylinterin taivutus- jäykkyyttä. Rakenteen edullisuus perustuu reiättömiin dynamolevyihin 11. Tavanomaisessa rakenteessa, missä akseli kulkee levypakan läpi, syntyy suurin jännitys dynamolevyjen sisäreunaan, mikä asettaa ylärajan kehäno-peudelle u. Reiättömyys pienentää ko. jännityksen noin kolmasosaan, 15 joten normaalilla dynamolevymateriaalilla voidaan saavuttaa kehänopeus u = 270 m/s (varmuus 1,5 myödön suhteen). Käyttämällä rakenteessa 13,14 lämpökäsittelyllä lujitettavaa alumiiniseosta eivät katerankaat 15 ole tarpeen. Myös lämpökäsittelyllä lujitettava beryliumkupari voi tulla kysymykseen. Roottoria 10 ympäröi normaali epätahtikoneen staattori (ei 20 esitetty), jonka rakenne on alan ammatimiehelle itsestään selvä. Epätahtikoneen ilmaväli voi olla lähes mielivaltaisen pieni.

25 30 35

Claims (4)

4 72235

1. Hyvin suurella kehänopeudella toimivan epätahtisähkökoneen roottori (10), jossa roottorin (10) levysydämen levyt (11) ovat ilman keskirei- 5 kää, ja roottorin (10) akselin muodostavat kappaleet (12) ja mainitut levyt (11) on puristettu yhteen yhtenäisellä oikosulkurenkaista (13) ja -tangoista (14) muodostuvalla häkkikäämirakenteella, tunnettu siitä, että yhteenpuristaminen on suoritettu niin suurella voimalla, että roottorin (10) taivutusjäykkyys on olennaisesti samansuuruinen kuin 10 vastaavalla umpiaineisella sylinterillä, ja että suurin roottorin (10) levysydämessä esiintyvä jännitys tietyllä halkaisijalla (d) ja kulmanopeudella (ω) on levysydämen levyjen (11) keskireiättömyyden ansiosta saatu pienenemään olennaisesti kolmasosaan verrattuna vastaavaan keski-reiälliseen roottoriin, jossa akseli kulkee levysydämen levyjen läpi. 15

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen roottori, tunnettu siitä, että oikosulkurenkaiden (13) päällä on sinänsä tunnetut hiilikuitu-lujitemuovista olevat katerenkaat (15).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen roottori, tunnettu siitä, että häkkikäämirakenne (13,14) on lämpökäsittelyllä lujitettavaa pääasiassa alumiinia sisältävää sähköä hyvin johtavaa metalliseosta.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen roottori, tunnettu 25 siitä, että häkkikäämirakenne (13,14) on lämpökäsittelyllä lujitettavaa beryliumkuparia. 30 35 li