РАСПИРАЕМАЯ ПАЗОВАЯ КРЫШКА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ
EXPANDING SLOT LID FOR ELECTRIC MACHINE

Изобретение касается устройства для закрытия паза для закрытия паза статора или ротора электрической машины. С помощью этого устройства для закрытия паза в пазу могут фиксироваться или удерживаться электрические проводящие элементы, например, медные стержни, которыми образована обмотка трехфазного тока. К изобретению относятся также устройство, которое может быть выполнено в виде статора или ротора, а также способ закрытия паза статора или, соответственно, ротора.
Пазы электрических машин служат для помещения изолированных электрических проводящих элементов или, соответственно, расположения таких проводящих элементов. Пазы имеют, как правило, пазовое отверстие, которое направлено к воздушному зазору электрической машины. Через это пазовое отверстие при изготовлении электрической машины в паз могут закладываться проводящие элементы. В частности, у машин высокого напряжения работают с так называемыми открытыми пазами, у которых пазовое отверстие распространяется по всей ширине паза.
Пазовое отверстие после закладывания проводящих элементов должно закрываться, чтобы предотвратить подъем проводящих элементов из паза во время эксплуатации электрической машины. Закрытие паза обычно обеспечивается с помощью жестких закрывающих элементов, так называемых пазовых клиньев. Эти пазовые клинья могут быть, например, изготовлены из технических слоистых прессованных материалов путем механической обработки. Точно так же они могут быть изготовлены из термопластичных или термореактивных формовочных масс методом непрерывной экструзии или литья под давлением.
Материалы для пазовых крышек могут представлять собой не намагничиваемые многослойные материалы, которые, таким образом, не способствуют эффективно намагничиваемости статора, вследствие чего коэффициент мощности, коэффициент полезного действия и нагрев и вместе с тем резистивные потери могут иметь неблагоприятные значения.
Для улучшения проведения магнитного потока в области пазового отверстия пазовые крышки могут быть выполнены частично магнитномягкими, например, посредством ферритных наполненных железом слоистых прессованных материалов. Такое устройство для закрытия паза известно, например, из EP 2 706 649 A1.
Существенным недостатком магнитномягких устройств для закрытия паза является, что вследствие применяемого твердого материала не может обеспечиваться долговечная прочная посадка в пазу, так как магнитномягкий материал вследствие магнитных переменных нагрузок при эксплуатации машины в комбинации с тепловой нагрузкой, термомеханической переменной нагрузкой и влияниями окружающей среды совершает собственное движение, вследствие которого это устройство для закрытия паза может расшатываться.
Из EP 2 706 649 A1 известна механическая деформация пазового клина для распирания его тем самым внутри паза. При этом между пазовым клином и стенкой паза может также зажиматься слой электрической изоляции. При этом слой электрической изоляции должен трудоемким образом фиксироваться во время распирания пазового клина.
В основе изобретения лежит задача закрытия паза электрической машины с небольшими затратами времени.
Эта задача решается с помощью предметов независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствования изобретения следуют из признаков зависимых пунктов формулы изобретения.
Изобретение включает в себя устройство для закрытия паза для закрытия паза статора или ротора электрической машины. В качестве ротора может быть, например, предусмотрен вторичный элемент линейного двигателя или ротор вращательной машины. Устройство для закрытия паза имеет закрывающий элемент, который содержит ферромагнитный материал, напр., железо. Кроме того, закрывающий элемент имеет распространяющуюся в направлении продольной протяженности закрывающего элемента область предполагаемого изгиба, посредством которой соединены две стороны или области полок, расположенные под тупым углом меньше 180° друг к другу. Другими словами, закрывающий элемент продольно изогнут по длине. Тогда устройство для закрытия паза может вдвигаться в паз статора или ротора и распираться там, так что этот угол увеличивается. Тем самым устройство для закрытия паза может зажиматься или заклиниваться в пазу.
У предлагаемого изобретением устройства для закрытия паза закрывающий элемент подготовлен таким образом, что он может располагаться с фиксироваться в пазу с небольшими трудозатратами. Для этого на соответствующих краях областей полок расположено по клейкому слою. Другими словами, клейкий слой расположен на каждом наружном крае области полки. Этот клейкий слой предназначен для отверждения при разогреве. Нагревание или разогрев клейкого слоя вызывает повторное размягчение или ожижение клейкого слоя. После этого клейкий слой сшивается или полимеризируется и отверждается без возможности повторного размягчения. Клей для клейкого слоя может, например, основываться на термореактивном материале, в частности эпоксиде или деривате эпоксида. На закрывающем элементе могут быть также расположены несколько клейких слоев описанного рода.
К изобретению относятся также усовершенствования, которые дают дополнительные преимущества.
По одному из усовершенствований клейкий слой содержит клей на основе реактивной смолы в стадии B. Другими словами, этот клей частично отвержден. Это дает то преимущество, что клей клейкого слоя является самоклеящимся, то есть не течет или не стекает с закрывающего элемента вниз.
По одному из усовершенствований температура повторного размягчения состояния B установлена на значение в пределах от 50°C до 250°C, предпочтительно от 50°C до 150°C, в частности 70°C -120°C. Температура повторного размягчения выше 50°C, например, 70°C, имеет то преимущество, что не допускается непреднамеренное размягчение клейкого слоя, например, во время транспортировки устройства для закрытия паза на завод электрических машин. Установка этой температуры повторного размягчения может обеспечиваться путем соответствующего выбора реактивной смолы.
По одному из усовершенствований поперечное сечение закрывающего элемента в области предполагаемого изгиба выполнено суженным по сравнению с областями полок. Благодаря этому предпочтительным образом получается место предполагаемого продольного изгиба.
По одному из усовершенствований края областей полок выполнены закругленными или скругленными. Другими словами, края имеют скругленный профиль поперечного сечения. Радиус данного скругления, в частности, больше 0,5 см. Благодаря скруглению предотвращается заклинивание закрывающего элемента при распирании в пазу. Другими словами, скругленные края образуют шарообразную головку шарового шарнира. Тем самым обеспечивается направление и ориентация при механической деформации закрывающего элемента.
По одному из усовершенствований клейкий слой содержит гранулят и/или порошок. Они состоят из электроизолирующего наполнителя. Средний размер зерна гранулята и/или порошка может находиться в пределах от 5 нанометров до 50 микрометров. В качестве наполнителя может предоставляться неорганический или органический материал. Предоставление электроизолирующего наполнителя из твердого вещества дает то преимущество, что закрывающий элемент из ферромагнитного материала после расположения и распирания в пазу все еще расположен на расстоянии от стенки паза, то есть от пакета листов статора или ротора. Тем самым предотвращается образование пути тока, который проходит между закрывающим элементом, с одной стороны, и пакетом листов, с другой стороны. Это предотвращает потери вследствие индукционных токов.
Наполнитель в соответствии с одним усовершенствованием имеет одномодальное, а в соответствии с другим усовершенствованием мультимодальное распределение размера зерна. Одномодальное распределение размера зерна имеет то преимущество, что закрывающий элемент при распирании с низким сопротивлением скатывается по отдельным зернам гранулята или зернам порошка. Мультимодальное распределение размера зерна имеет то преимущество, что даже при разрушении больших зерен еще остаются более мелкие зерна, по которым может скатываться закрывающий элемент.
По одному из усовершенствований в качестве наполнителей предоставляются неорганические, порошкообразные твердые вещества, такие как, напр., кварцевая мука, тальк или прочие оксиды металлов. Они могут, не вступая в реакцию, комбинироваться с описанными сортами клея для достижения описанных преимуществ. По одному из усовершенствований в качестве наполнителей предусмотрены органические твердые вещества, такие как, напр., полимерные микрошарики.
По одному из усовершенствований закрывающий элемент, например, пазовый клин, имеет электрически изолированные друг от друга ферромагнитные листовые слои. Соответствующая плоскость протяженности каждого листового слоя ориентирована перпендикулярно направлению продольной протяженности закрывающего элемента. Другими словами, листовые слои закрывающего элемента после расположения в пакете листов статора или пакете листов ротора ориентированы копланарно или параллельно листовым слоям пакета листов статора или, соответственно, ротора. Это дает то преимущество, что также в закрывающем элементе при эксплуатации электрической машины не могут индуцироваться вихревые токи.
По одному из усовершенствований значение тупого угла устанавливается таким образом, что содержащийся в закрывающем элементе клей при распирании устройства для закрытия паза при увеличении угла, тем не менее, остается неповрежденным. Другими словами, путь деформации при распирании закрывающего элемента ограничен таким образом, что предотвращено прекращение действия или разрушение клея. Клей может, напр., представлять собой так называемый спекаемый лак для склеивания и электрической изоляции упомянутых листовых слоев.
Устройство для закрытия паза может предоставляться независимо от ротора или статора, то есть оно выполнено в виде комплектующей части для изготовления статора или ротора. После встраивания устройства для закрытия паза в соответствии с изобретением в статор или ротор получается тоже относящееся к изобретению устройство, которое выполнено в виде статора или ротора для электрической машины, при этом по меньшей мере в одном пазу этого устройства расположены электрические проводящие элементы обмотки трехфазного тока, и паз закрыт пазовым клином по одному из вариантов осуществления изобретения. В качестве ротора устройство может описанным образом быть выполнено в виде ротора или в виде вторичного элемента линейного двигателя.
К изобретению относится также способ закрытия паза статора или ротора электрической машины. Предоставляется один из вариантов осуществления предлагаемого изобретением устройства для закрытия паза, и это устройство располагается в пазу. Устройство для изготовления паза подвергается воздействию с силой, которая, напр., может действовать на область предполагаемого изгиба. Сила может быть ориентирована в направлении дна паза. Посредством этой силы закрывающий элемент распирается в пазу за счет пластической деформации. При этом закрывающий элемент может опираться на кромки или ступени в стенках паза. Эти кромки или ступени могут быть образованы соответственно поднутрением или пазом или выемкой в соответственно одной из стенок паза.
Осуществляется нагрев клейкого слоя устройства для закрытия паза, так что клейкий слой химически реагирует и отверждается без возможности повторного размягчения.
По одному из усовершенствований размер устройства для закрытия паза выбирается таким образом, чтобы поперечное сечение устройства для закрытия паза, включая клейкий слой, было меньше, чем ответное поперечное сечение паза. Тем самым предотвращается соскребание клейкого слоя на стенке паза при вдвигании устройства для закрытия паза в паз в осевом направлении ротора или статора.
Расположенный в пазу закрывающий элемент по одному из усовершенствований располагается в пазу без соприкосновения со стенками паза. Это дает то преимущество, что стенки паза электроизолированы от закрывающего элемента. Это препятствует образованию пути тока между пакетом листов статора или, соответственно, ротора, с одной стороны, и закрывающим элементом, с другой стороны. Поэтому не может возникать индукция вихревого тока, который течет между закрывающим элементом, с одной стороны, и пакетом листов, с другой стороны.
По одному из усовершенствований нагрев клейкого слоя производится путем термообработки в печи с циркуляцией воздуха и/или путем индуктивного нагрева закрывающего элемента устройства для закрытия паза и/или статора/ротора. Нагрев закрывающего элемента и/или пакета листов статора/ротора дает то преимущество, что тепло распределяется равномерно, и поэтому клейкий слой может полностью переводиться в отвержденное состояние.
По одному из усовершенствований закрывающий элемент изготавливается из кусков листа, которые были получены при вырубке пазовых поперечных сечений в листах для пакета листов электрической машины. Это дает то преимущество, что сокращается отход или расходование листа при изготовлении электрической машины.
К изобретению относятся также усовершенствования предлагаемого изобретением способа, имеющие признаки, которые уже были описаны в связи с усовершенствованиями предлагаемого изобретением устройства для закрытия паза. Поэтому соответствующие усовершенствования предлагаемого изобретением способа здесь повторно не описаны.
Ниже описан один из примеров осуществления изобретения. В этой связи показано:
фиг.1: схематичное изображение электрической машины, имеющей один из вариантов осуществления предлагаемого изобретением устройства;
фиг.2: схематичное изображение паза, который может находиться в статоре или роторе электрической машины с фиг.1;
фиг.3: схематичное изображение устройства для закрытия паза, с помощью которого закрывается, в частности, паз с фиг.2.
фиг.4: схематичное изображение устройства для закрытия паза с фиг.3 в состоянии поставки.
В поясненном ниже примере осуществления речь идет об одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения. В этом примере осуществления описанные компоненты этого варианта осуществления представляют собой соответственно отдельные, рассматриваемые независимо друг от друга признаки изобретения, которые также независимо друг от друга соответственно совершенствуют изобретение и поэтому также по отдельности или в комбинации, отличающейся от показанной, должны считаться составной частью изобретения. Кроме того, описанный вариант осуществления может также дополняться другими из уже описанных признаков изобретения.
На фигурах функционально одинаковые элементы снабжены соответственно одними и теми же ссылочными обозначениями.
На фиг.1 показано продольное сечение электрической машины E, которая, например, может представлять собой синхронную машину или асинхронную машину. На фиг.1 ось A вращения представляет собой также ось симметрии изображения. Электрическая машина E включает в себя статор S, в котором расположены обмотки электрических катушек, при этом на фиг.1 изображена только одна из обмоток W. Обмотки W могут быть выполнены в виде проводящих элементов, напр., проволок или стержней. Обмотки W попеременно снабжаются током от источника C трехфазного тока, вследствие чего внутри статора S возникает магнитное трехфазное поле в воздушном зазоре L электрической машины E. Источник C трехфазного тока может, например, представлять собой инвертор или сеть электроснабжения с постоянной частотой.
Внутри статора S находится ротор R, который без возможности вращения соединен с валом D. Вал D оперт в статоре S с возможностью вращения вокруг оси A вращения. В роторе R могут быть также расположены обмотки W из проводящих элементов.
Ротор R и/или статор S могут представлять собой соответственно один из вариантов осуществления предлагаемого изобретением устройства.
На фиг.2 показан фрагмент поперечного сечения, которое может представлять собой поперечное сечение статора S или ротора R. В пакете 1 листов статора или, соответственно, ротора могут быть предусмотрены пазы 2, из которых на фиг.2 для наглядности изображен только один. Направление продольной протяженности паза 2 ориентировано параллельно оси A вращения. Оно ориентировано перпендикулярно плоскости чертежа фиг.2.
В пазу 2 может быть расположена одна из обмоток W, то есть проводящие элементы обмотки W распространяются в осевом направлении в пазу 2. Для наглядности на фиг.2 только некоторые из проводящих элементов 3 снабжены ссылочным обозначением. Паз 2 закрыт в направлении воздушного зазора L закрывающим элементом 4, который удерживается в поднутрении 6 паза 5 отвержденным клейким слоем 5. Клейкий слой 5 имеет такую толщину, что закрывающий элемент 4 удерживается в поднутрении 6 без зазора. Тем не менее, закрывающий элемент 4 вместе с еще не отверженным клейким слоем 5 в одном единственном рабочем шаге мог еще вдвигаться в паз 2, при этом закрывающий элемент 4 вместе с клейким слоем 5 был вдвинут в паз в осевом направлении с осевого конца пакета 1 листов в направлении продольной протяженности поднутрения 6.
Для этого были предоставлены закрывающий элемент 4 вместе с клейким слоем 5 в качестве устройства 7 для закрытия паза, которое изображено на фиг.3 и фиг.4. Закрывающий элемент 4 может изготавливаться таким образом, что электроизолированные друг от друга ферромагнитные листовые слои 8 складываются в стопу или укладываются в стопу друг на друга и разогреваются. На фиг.4 для наглядности только некоторые из листовых слоев 8 снабжены ссылочным обозначением. Изоляция и склеивание листовых слоев может осуществляться посредством так называемого спекаемого лака. Это собственно известно из изготовления пакетов листов, таких как пакет 1 листов. На закрывающем элементе 4 расположен клейкий слой 5, при этом клей клейкого слоя 5 находится в стадии B, то есть в частично полимеризированном состоянии. Благодаря этому клейкий слой 5 продолжает прилипать к закрывающему элементу 4 и, например, не капает с закрывающего элемента 4 вниз. Закрывающий элемент 4 может описанным образом в осевом направлении вдвигаться в поднутрение 6.
Чтобы можно было беспрепятственно вдвигать устройство 7 для закрытия паза в паз 2, закрывающий элемент 4 продольно изгибается в своем продольном направлении, то есть при вдвигании в осевом направлении. Для этого закрывающий элемент 4 имеет область 9 предполагаемого изгиба, посредством которой соединены две области 10 полок. В области 9 предполагаемого изгиба поперечное сечение закрывающего элемента, которое показано на фиг.2, фиг.3 и фиг.4, имеет сужение. Другими словами, закрывающий элемент 4 в области 9 предполагаемого изгиба тоньше, чем в областях 10 полок. Области 10 полок вследствие продольного изгиба в области 9 предполагаемого изгиба расположены друг к другу под некоторым углом 11, образующим тупой угол, который меньше 180°. Другими словами, продольные оси 12, 13 областей 10 полок, которые получаются в профиле поперечного сечения, ориентированы под углом 11 друг к другу. Вследствие продольного изгиба закрывающий элемент 4 имеет сводчатую конструкцию.
После вдвигания устройства 7 для закрытия паза в паз 2 концы 14 областей 10 полок вдаются каждый в собственное поднутрение 6. На концах 14 расположено по клейкому слою 5.
В клее 15 клейкого слоя 5 могут быть расположены элементы 16 наполнителя 17. Элементы 16 наполнителя являются электроизолирущими. Элементы 16 наполнителя, например, представлять собой зерна какого-либо гранулята или порошка, напр., кварцевого песка или кварцевого порошка. С помощью наполнителя 17, как показано на фиг.2, закрывающий элемент 4 удерживается на расстоянии от стенок паза 2 в области поднутрения 6.
При воздействии на закрывающий элемент 4 с силой F в направлении дна паза закрывающий элемент 4 распирается. Другими словами, область предполагаемого изгиба пластически деформируется. Вследствие этого угол 11 увеличивается, пока закрывающий элемент 4 не будет иметь показанную на фиг.2 форму и при этом вместе с поднутрением 6 образовывать геометрическое замыкание, посредством которого движение закрывающего элемента 4 в направлении воздушного зазора L блокировано. Кроме того, закрывающий элемент 4 зажимается в пазу таким образом, что он зафиксирован также в осевом направлении. Угол 11 выбран таким образом, что при механической деформации закрывающего элемента 4 путь деформации или длина деформации ограничивается для предотвращения прорезания клейкого слоя и вместе с тем короткого замыкания листовых слоев 8.
Наполнитель 17 упрощает или облегчает также соскальзывание или скатывание концов 14 на поверхности поднутрения 6. Другое упрощение процесса распирания получается благодаря закруглению концов 14. Радиус 18 скруглений концов 14, в частности, больше 0,5 см. В области поднутрения 6 стенки паза тоже могут иметь скругление. Радиус этих скруглений, в частности, равен или больше радиуса 18 скруглений концов 14. Когда боковые стороны пазового клина и боковые стороны паза пакета листов скруглены, получается шаровой шарнир, благодаря чему обеспечено направление и ориентация при механической деформации закрывающего элемента. Вследствие деформации боковые стороны точно адаптируются к геометрии паза. При этом клей выполняет функцию дополнительной фиксации, однако первично - изолятора пазового клина от пакета листов электрической машины.
После этого клейкий слой может разогреваться.
Размер поперечного сечения элемента 7 для закрытия паза согласован с пакетом листов, в частности шириной паза 2 в области поднутрения 6. Поднутрение 6 образует направляющую для закрывающего элемента. При вдвигании элемента 7 для закрытия паза вследствие сдвига отдельных листов электротехнической стали пакета 1 листов клей при вдвигании может соскребаться, из-за чего не было бы обеспечено необходимое плоскостное приклеивание закрывающего элемента. Поэтому размер элемента для закрытия паза выбирается настольно малым, чтобы элемент 7 для закрытия паза, включая его клейкий слой 5, был уже или имел меньший размер, чем паз 2 в области поднутрения 6. Благодаря этому устройство 7 для закрытия паза может вдвигаться в паз 2 без соскребания клея. Когда закрывающий элемент 4 распирается, и клейкий слой 5 после охлаждения имеет отвержденное состояние, закрывающий элемент 4, тем не менее, прочно сидит в пазу.
После вдвигания устройства 7 для закрытия паза в паз устройство 7 для закрытия паза может фиксироваться на осевых концах пакета листов с помощью немагнитных клиньев для закрытия паза для его временной фиксации до распирания закрывающего элемента 4 и отверждения клейкого слоя 5. Полимеризация клейкого слоя 5 может осуществляться или достигаться путем термообработки в печи с циркуляцией воздуха или путем индуктивного нагрева устройства 7 для закрытия паза.
Вследствие предоставления подготовленного закрывающего элемента 4, имеющего клейкий слой 5, то есть вследствие предоставления устройства 7 для закрытия паза, поучается простой процесс установки прочных магнитных клиньев для закрытия паза, т.е. закрывающих элементов, в электрической машине. Обеспечено полное присоединение пазового клина в осевом, в также радиальном измерении пакета листов. Может даже достигаться улучшение напряженной посадки. При этом количество технологических шагов минимизировано, так как нет необходимости в дополнительном нанесении клея.
При шихтовке закрывающего элемента 4 получается повышенное использование магнетизма при одновременной повышенной термической и механической прочности вследствие применения шихтованных листов спекаемого лака. Когда для предоставления листовых слоев 8 применяются те части листов, которые получаются при вырубке профиля паза 2 в отдельных листах пакета 1 листов, может осуществляться почти полное использование заготовок пакета листов.
В целом этот пример показывает, как с помощью изобретения может предоставляться пластически деформируемая, вклеенная магнитная пазовая крышка.