FI116756B - Kestomagnetoidun sähkökoneen roottori ja menetelmä sen valmistamiseksi - Google Patents

Description

1 t \ \

KESTOMAGNETOIDUN SÄHKÖKONEEN ROOTTORI JA MENI VALMISTAMISEKSI

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen ke sähkökoneen roottoriin. Keksintö kohdistuu myös patenttivaatimuksen 1 5 mukaiseen menetelmään roottorin valmistamiseksi.

Sähkökoneen lähtömomentti on verrannollinen ilmavälivuohon ja ankki Koneen toiminnan kannalta on oleellista, että koneen lähtömomentti on i kuormitustilanteissa. Ilmavälivuo indusoi ankkuripiiriin virran, josta n ohjauksessa tarvittavia takaisinkytkentäsuureita. Mitattavan suureen tule* 10 häiriötöntä. Kestomagnetoidun sähkökoneen, kuten taajuusmuuttajaohj netoidun tahtikoneen roottorin paikkatieto lasketaan usein staattorin virr, ran häiriöttömyys on olennainen koneen luotettavalle toiminnalle. Vääi takaisinkytkentätieto häiritsee ohjauslogiikkaa ja taajuusmuuttajien kytkii

Vaihtovirtakoneen tai vastaavan sähkökoneen ilmavälivuo pyritään 15 mahdollisimman tarkasti sinimuotoiseksi. Tätä vaikeuttaa tunnetusti esii tyksestä aiheutuvat urahar moni set ja magneettien sijainnista ja kestom muotoilusta johtuvat häiriötekijät. Kestomagneettinapoja on muotoiltu s< tomagneetit tarkoituksenmukaisesti ja muotoilemalla sopivasti roottorin » * ·* muodostavaa levypakkaa. Hakemusjulkaisusta EP 0955714 tunnetaan < « l ·*· 20 kaisu, jossa kestomagnetoidun roottorin ulkokehä on muotoiltu siten, et välin suuruus vaihtelee navan alueella sini muotoisesti siten, että ilmavä van keskellä ja suurenee navan reunoja kohti kuljettaessa. Tämän toil ♦ · * haittapuolena on valmistusongelmat suurissa ja hitaissa koneissa, joiss kaisija on suuri ja jossa on useita napapareja, esimerkiksi 12 napaparia.

• *

I « I

* ** 25 Tunnetaan myös ratkaisu, esimerkiksi julkaisusta JP 2001-037127, joss « *** ohjataan roottorin levypakkaan muodostetuilla säteen suuntaisilla auko 2 11

Keksinnön tarkoituksena on luoda uusi kestomagnetoitu roottori, joka o mistaa kaikilla mitoitusvaatimuksilla ja jota käyttäen saadaan tasaisesti ; datteleva ilmavälivuo. Tämän aikaansaamiseksi on keksinnön mukaiselli nusomaista patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosan ominaispiirteet, λ 5 sinnön mukainen menetelmä tunnetaan patenttivaatimuksen 11 tunnusn naispiirteistä. Keksinnön muut edulliset suoritusmuodot tunnetaan epäits tivaatimusten ominaispiirteistä.

Keksinnön mukaisella ratkaisulla ilmavälivuon vaihtelu noudattaa oleel toa. Myös suurihalkaisijaisten ja moninapaisten moottoreiden ilmavälivi 10 suus voidaan varmistaa valmistusteknisesti edullisesti. On riittävää, että meistetään tai leikataan Laserilla sopivat aukot, jolloin valmistustekn roottorin ulkokehän muotoilulta vältytään. Keksinnön mukaisella ratki vuon säilyy olennaisen sinimuotoisena myös kuormitustilanteissa.

Erityisesti valmistustekniikan osalta keksintö tarjoaa edullisen toteutuks< 15 sintö on sellaisenaan sovellettavissa erikokoisiin ja erityyppisiin sähkökö

Keksinnön perusajatus pohjautuu siihen, että muutetaan tehollista ilmavi kuitenkaan varsinaiseen koneen ilmavälin muodostavaan rakenteeseen, : kokehään tai staattorin sisäkehään. Ratkaisun mukaisen rakenteen vaik • i» vuon jakautumiseen roottorin levypakan sisällä on vähäinen, koska vu> • * “ 20 nassa aukot muodostavat lyhyen vuoviivan suhteen kohtisuoran katkoks e* « *:··: viivat eivät vääristy.

• I • · * • · *

Erään keksinnön suoritusmuodon mukaan roottoriin muodostetut aukc välimatkan päähän roottoripakan ulkokehältä. Erään toisen suoritusmuoi β·# . kestomagneetit on asetettu V-asentoon niin, että magneetit ulottuvat root • · · ,···, 25 läheisyyteen ja että yhden navan muodostavat magneetit ovat akselin pi ♦ ··· • Rfiän lähpmnänä tnisiajin tuin iiltnlrphän nimim eleesi nääeeään 3 essa. Tehollista ilmaväliä suurennetaan siten vastaamaan olennaisesti muuttuvaa ilmavälin suuruutta.

Erään suoritusmuodon mukaan aukot kaareutuvat navan keskikohdalla r häitä akseliin päin. Valmistustekniikka ei salli hyvin kapeiden, kuten ali 5 den aukkojen tekemistä ja sen vuoksi sinimuotoisuuden varmistaminen i dalla varmistetaan etäännyttämällä ilmavälin lisäys varsinaisesta ilmavi reutuu siten sillä tavoin, että jakautuma ilmavälissä on optimaalinen.

Erään suoritusmuodon mukaan aukko ulottuu navan reunalta olennaisi keskikohtaa roottorin ulkokehällä. Tällöin aukon etäisyys ilmavälistä vc 10 mutta aukko on kuitenkin olennaisesti kohtisuoraan vuon kulkutiellä ja i vaikutus kohdistuu tässäkin suoritusmuodossa navan reunoille enemn keskelle, jolloin sinimuotoisuus saavutetaan. Tämä suoritusmuoto sov meistämällä toteutettavaan valmistukseen, koska aukko voi olla suuren doltaan säännöllinen. Aukon vaikutus ilmavälivuon jakaantumiseen ku 15 sopivasti sen vuoksi, että aukko on kauempana ilmavälistä.

Erään edullisen suoritusmuodon mukaan navan kummaltakin reunalt ulottumaan useita aukkoja kohti navan keskikohtaa jolloin tehollinen muodostuu useista aukoista. Lisäksi navan samalla reunalla olevat aul *·· roottorin säteen suunnassa välimatkan päähän toisistaan ja että ainakin y! * · ’ 20 kummallakin reunalla on olennaisesti roottorin ulkokehän suuntainen.

·;··· erityisesti laser-leikkaustekniikkaan, jossa on edullista muodostaa ra aukkoja, kuten 0,5 -1,5 mm leveitä aukkoja.

Erään lisäkehittelymuodon mukaan lähempänä roottorin ulkokehää ol· #·β · leveämpiä ja/tai pidempiä kuin kauempana roottorin ulkokehää olevat ai • ·· • » ··· * « ···' 25 Vielä erään suoritusmuodon mukaan kestomagneetit on sovitettu root 4

Vielä erään suoritusmuodon mukaan lisätään magneetin ja ilmavälin navan reunalla. Tällöin magneettivuo sulkeutuu kannaksen viereiseen ilmavälivuontiheys on napojen välissä olennaisesti suuruudeltaan nolla.

Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisesti eräiden suoritusr 5 viittaamalla piirustuksiin, joissa - kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen roottorin poikkileikkauksen, kuvio 2 esittää keksinnön toisen suoritusmuodon mukaisen roottorin sen, - kuvio 3 esittää keksinnön kolmannen suoritusmuodon mukaisen r 10 leikkauksen, kuvio 4 esittää keksinnön neljännen suoritusmuodon mukaisen roott kauksen, kuvio 5 esittää keksinnön viidennen suoritusmuodon mukaisen rootl kauksenja 15 - kuvio 6 esittää keksinnön kuudennen suoritusmuodon mukaisen rootl kauksen, ·· ·

, »M

* »I * * * Kuvioissa I - 5 on kuvattu keksinnön mukainen ratkaisu kestomagneh neessa 2, jossa magneetit on upotettu roottorin sisään. Kone on kuvattu *· ϊ sena akselin suunnassa ja kuviossa on käytetty samoja viitenumerolta, k * · .**·. 20 taavista osista. Esimerkkitapauksen mukaisessa koneessa on kaksitoista • · « ja selvyyden vuoksi on koneesta esitetty vain yhtä napaa kuvaava sektori toteutettu samalla tavalla, magneettinen napa vain vaihtelee tunnetulla ti * · ·***· joka toinen napa on N-napa ja joka toinen napa on S-napa. Koneen 2 Λ 5 magneettinen napa on muodostettu asettamalla kaksi magneettia V-ase olevaa keksintöä sovellettaessa magneettinapa olla muodostettu myös u voilla. Esimerkiksi kaksi magneetti voi olla säteen suuntaisesti navan i ”V”:n pohja jää tavallaan avoimeksi tai napa voi olla muodostettu kolme 5 joista kaksi on navan reunoilla ja yksi näiden välissä roottorin ulkokel Edelleen voivat kestomagneetit muodostaa W-muodon tai kestomagne jotka on järjestetty peräkkäin.

Koneen staattori 14 on muodostettu magneettisesti johtavista levyistä, tetty urat 16 staattorikäämityksiä (ei esitetty) varten. Kuviossa 1 kuvati 10 neettivuo sulkeutuu vuoviivojen 18 kuvaamalla tavalla reittiä: roottorin roottorinapa 9 - ilmaväli II- staattorihampaat 20 - staattorin selkä 2'.

esitetty) toisen, viereisen navan kohdalla olevat staattorihampaat - ili roottorinapa - toinen roottorin magneetti - roottoriselkä 13 - roottori

Magneettivuoviivat pyrkivät taipumaan ilmavälissä niin, että ilmavälir 15 tiheys poikkeaa sinimuodosta. Tähän vaikuttavat magneettien sijoitti hampaissa ja hajavuot. Eräs keino muuttaa ilmavälivuota sinimuotoisemi rin generaattorin muuttaminen. Esim. hakemusjulkaisun EP 0955714 ku' sussa on roottorin ulkokehä siten, että ilmaväli on pienin navan keskellä . . reunoilla.

»»· **# * " 20 Kuvion 1 mukaisessa suoritusmuodossa on roottorin napaan muodosti • 4 « 4 **! ! roottorin ulkokehän suuntaiset aukot 24, jotka ulottuvat navan reunoilta 1 * * kikohtaa siten, että aukon leveys on suurin navan reunalla. Aukko kapi ***·· • kelle päin siirryttäessä ja aukon ulkokehän suuntainen pituus on noin k • *'l *·* leveydestä. Aukko, jonka leveys on pienimmillään noin 1,5 millimetri; # 25 meistämällä roottoripakan muodostavat levyt ennen pakan kokoamista • · * t # # *..* lähellä koneen ilmaväliä on sen vaikutus ilmaväli vuon jakaantumiseen • 4 roottorin ulkokehän muotoilu. Aukot on sovitettu symmetrisesti navan k 6 jossa aukot 26 on meistetty siten, että ne kaartuvat kohti roottorin kesku kustaan päin siirryttäessä.

Navan reunalla tulee roottorin levypakan paksuus olla mekaanisista syis neetin ja ilmavälin välisellä kannaksen 28 kohdalla, minkä vuoksi au kk 5 aivan navan reunaan asti. Tällöin il ma väli vuon jakautuminen pyrkii poi muodosta. Tämän ratkaisemiseksi on kuvion 3 mukaisessa suoritusmuod ko 29 on välimatkan päässä kestomagneetin päästä, roottorin napojen vä! tehty niin suureksi, että vuo kulkee suoraan viereiseen napaan eikä staatt< niiden välisiin uriin sovitettuihin staattorikäämeihin. Staattorikäämiin in 10 nite vaihtelee tällöin olennaisen sinimuotoisesti.

Neljännen suoritusmuodon mukaan on roottoriin muodostettu kuvion 4 rr aukkoja 32, jotka on järjestetty vuon kulkusuunnassa eli roottorin säteei räkkäin. Edullisesti aukot kapenevat siirryttäessä navan reunoilta navan 1< Aukot myös kaartuvat kohti roottorin akselia, jolloin aukkojen etäisyys 15 kehältä ja siis koneen ilmavälistä on suurempi siirryttäessä navan rei Aukkojen leveys voi tässä suoritusmuodossa olla pienempi kuin kuvioi esimerkissä ja laser-leikkaus on tällöin sovelias menetelmä aukon tekemi useamman aukon kaarevuutta suurentamalla voidaan hienosäätää vuor • * ..*·* ilmavälin lähellä, mikä vaikuttaa vastaavasti ilmavälivuohon.

M I »·· • 20 Esillä olevan keksinnöllisen ajatuksen mukaan magneettivuon kulkutie I· Ϊ roottoriin aukkoja, joiden yli vuon on kuljettava. Kuten kuvioiden 1 - 4 .••J ritusmuotojen yhteydessä on kuvattu, on vaikutus ilmavälivuon jakaantur • · rempi, mitä lähempänä ilmavalla aukko on ja mitä leveämpi, so. mitä pid

IM

kusuunnassa aukon muodostama ilmarako on. Kuvion 5 suoritusmuodos: 25 jestetty niin, että aukot ohjaavat vuota navan rautaosan sisällä etäisyyden • * listä. Siten aukot on järjestetty ulottumaan olennaisen läheltä kestomagi 7

Suoritusmuoto, jossa keksintöä on sovellettu moottoriin, jossa magnet roottorin pinnalle, ns. pintamagneettiratkaisu, on havainnollistettu kuvic 61 on valmistettu esimerkiksi ympyränmuotoisiksi meistetyistä levyistä kokehälle 3 on kiinnitetty kestomagneetit 62. Ilmavälivuon ohj aarni sei 5 muodostettu aukkoja 63 esimerkiksi ennen kokoamista levyihin stanssaa aukot ovat navan reunaosilla lähellä kestomagneetteja ja aukkojen dimt vuon vuoviivojen suunnassa, siis kohtisuorassa kestomagneettiin nähdt navan reunaosissa kuin navan keskikohdan puoleisessa päässä aukko* pyrkii sulkeutumaan lyhyintä reittiä, jolloin magneettivuo tiheys pien 10 neettien reunoilla, minkä johdosta ilmavälivuo muotoutuu lähemmäs sir torin selkäosa 13 voi olla erityisesti tässä suoritusmuodossa myös yhten tehty, jolloin aukot voidaan tehdä poraamalla sopivasti akselin suuntaiset

Keksintöä on edellä kuvattu sen eräiden suoritusmuotojen avulla. Esitys ole pidettävä patentin suojapiiriä rajoittavana, vaan suoritusmuodot i 15 oheisten patenttivaatimusten määräämissä puitteissa.

9 9 99 9 9 9 99 9 9 9 999 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 * 9 99 • · • f · 9 99 9 9 9 9 9 9 9 9 99 9 9

Claims (8)

1, Kestomagnetoidun sähkökoneen roottori (4), joka on ulkokehältään ole terimäinen ja joka käsittää koneen runkoon laakeroidun akselin (6), rauda roottoripakan, joka on järjestetty akselin (6) ympärille sekä roottoripal 5 kestomagneetit (10), joilla muodostetaan roottorin magneettinavat (9), ^ tinavassa on moottorin ilmavälin puolella navan keskikohta ja roottorin h keskikohdan molemmin puolin reunaosat, ja jolloin magneettivuontihey! van keskikohdalla ja pienenee navan laidoille päin, tunnettu siitä, että r hin (9) on muodostettu aukkoja (24,26,32) magneettivuon kulkutielle sit< 10 yksi aukko (24,26,32) ulottuu navan (9) kummastakin reunaosasta olenna van keskikohtaa ja että aukko (24,26,32) on lähempänä roottorin uiko roottorin keskiakselia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen roottori, tunnettu siitä, että aukot (2^ jestetty välimatkan päähän roottoripakan ulkokehältä (3).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen roottori, tunnettu siitä, että kestc on asetettu V-asentoon niin, että magneetit (10) ulottuvat roottorin ulkok syyteen ja että yhden navan (9) muodostavat magneetit (10) ovat akselin .·. päässään lähempänä toisiaan kuin ulkokehän (3) puoleisessa päässään. * · + ♦ * · • · » *· *· 4. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen roottori, tunnettu siitä, e • · a · 20 ulottuu navan (9) reunaosasta kohti navan (9) keskikohtaa olennaisesti ro \ [ hän (3) suuntaisena. I i « * 1« • 9 • * *

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen roottori, tunnettu siitä, £ leveys kapenee kohti navan (9) keskikohtaa mentäessä. • t • ♦ · • 99 999 9 .···. 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen roottori, tunnettu siitä, £ • · A *

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 7 mukainen roottori, tunnettu siitä, i maitakin reunalta on järjestetty ulottumaan useita aukkoja (32,51,52,. keskikohtaa, jolloin navan samalla reunalla olevat aukot on sovitettu suunnassa välimatkan päähän toisistaan ja että ainakin yksi aukko (32, 5 mailakin reunalla on olennaisesti roottorin ulkokehän suuntainen.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 8 mukainen järjestely, tunnettu siitä, roottorin ulkokehää (3) olevat aukot (32,51) ovat leveämpiä ja/tai pideni; pana roottorin ulkokehää (3) olevat aukot.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen roottori, tunnettu siitä, että kestom 10 sovitettu roottorin ulkokehän (3) pinnalle ja että aukot (63) on järjestetty suunnassa kestomagneettien (62) kohdalle roottorin sisään.

11. Menetelmä kestomagnetoidun sähkökoneen valmistamiseksi siten, i muodostetaan sinimuotoiseksi, johon sähkökoneeseen kuuluu akseli (6) roitu koneen runkoon, jossa menetelmässä akselin (6) ympärille järjes 15 navat (9), jotka muodostetaan magneettisesti johtavasta raudasta (13) ja r ta kestomagneeteista (10), jossa magneettinavassa on moottorin ilmavälii keskikohta ja roottorin kehän suunnassa keskikohdan molemmin puol .·. jolloin roottorin ulkokehä on olennaisesti sylinterimäinen, tunnettu siiti • »M : muodostetaan akselin suuntaiset aukot (24,26,32), jotka ulottuvat ole * 1 : 20 kummaltakin reunaosalta kohti navan keskustaa. « · · \ \ 12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että • 9 9 ;„· valmistetaan kasaamalla levyistä levypakka, joihin levyihin aukot (24,2 « · • « *’1 taan meistämällä. · •#· · 13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että »M • _· 25 valmistetaan kasaamalla levyistä levvnakka inihin levyihin anknt /24 y J1