FI113308B - Kestomagneettielementti ja sähkökone - Google Patents

Description

113308

Kestomagneettielementti ja sähkökone

Keksinnön tausta Tämän keksinnön kohteena on kestomagneettielementti erityisesti sähköteknisiin laitteisiin, joka elementti käsittää kaksi tai useampia kestomag-5 neettikappaleita.

Kestomagneetteja käytetään yleisesti sähkökoneissa magneettikentän tuottamiseen, ja edelleen magneettikentän ja johtimen vuorovaikutussuhteen hyväksikäyttämiseen pyörivissä sähkökoneissa. Esimerkkinä pyörivistä sähkökoneista on kestomagnetoitu tahtikone, jonka roottoriin on asen-10 nettu kestomagneetit ja staattoriin tyypillisesti kolmivaiheinen käämitys. Tällöin roottoria pyöritettäessä roottorissa olevien magneetien muodostama pyörivä magneettivuo leikkaa staattorin käämityksiä ja muodostaa staattoriin käämei-hin virran. Vastaavasti syötettäessä staattoriin vaihtovirtaa muodostuu staattorin käämeihin magneettivuo, joka pyöriessään pyörittää mukanaan kestomag-15 netoitua roottoria.

Ongelmana nykyisissä kestomagneeteissa sähköteknisten laitteiden yhteydessä on kestomagneettikappaleiden vaikea kiinnitettävyys ja pieni koko. Suurien laitteiden valmistuksen yhteydessä joudutaan käsittelemään suurta määrää hauraita ja vaikeasti käsiteltäviä kestomagneettikappaleita, sillä esi-20 merkiksi suuritehoisten tahtikoneiden roottorin halkaisija ja akselin suuntainen pituus saattavat olla useita metrejä.

Kestomagneettikappaleiden asentamisen helpottamiseksi on nykyi-. j sin tapana liimata kappaleita metallilevylle, joka muodostaa asennettavan ..· kestomagneettielementin. Tällöin kappaleita ei tarvitse asentaa yksittäin asen- . 25 nuskohteeseen, kuten esimerkiksi roottorin pinnalle. Kestomagneettielementti- en asentamisen jälkeen elementtien paikallaanpysyminen on tyypillisesti var-·’ mistettu kelaamalla koko roottorin ympärille lasikuitunauhaa ja lopuksi kovet tamalla lasikuitunauhan hartsi uunissa. Elementtien asennuksen jälkeen tar-; vitaan siis ylimääräinen työvaihe asennuksen varmistamiseksi. Erityisesti hart- .·’ 30 sin kovettamisvaihe on pitkäkestoinen, ja hidastaa laitteen lopullista valmistu- j mistä. Lisäksi uunitus on hankala toteuttaa mikäli käsiteltävä kappale, kuten .· roottori on suurikokoinen. Lasikuitunauhalla on varsin vahva pituussuunnas- » saan ja antaa tällöin luotettavan tuen magneeteille keskipakovoimia vasten : magneettien ollessa esimerkiksi pyörivälle roottorille asennettuna. Nauhaa "· 35 käyttämällä ei kuitenkaan saavuteta sivusuuntaista tukea magneeteille. Lisäksi kestomagneettien tai kestomagneettielementtien asennusvaiheessa ulkoiset 113308 2 magneettiset metallikappaleet tarttuvat voimakkaasti kiinni näiden pintaan haitaten ja hidastaen asennustyötä.

Keksinnön lyhyt selostus Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada kestomagneetti-5 elementti, joka välttää edellä mainitut epäkohdat ja mahdollistaa kestomagneettien asentamisen aikaisempaa yksinkertaisemmalla tavalla sähkölaitteeseen. Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella kestomagneettiele-mentillä, jolle on tunnusomaista se, että kestomagneettielementti käsittää lisäksi suojakuoren, joka on sovitettu osittain ympäröimään elementtiin sovitet-10 tuja kestomagneettikappaleita ja kiinnittämään kestomagneettikappaleet toisiinsa nähden.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että kestomagneettielementti muodostetaan kahdesta tai useammasta kestomagneettikappaleesta koteloimalla ne osittain muovin tai vastaavan sisään. Koteloiminen suoritetaan yksin-15 kertaisimmillaan valamalla muotissa kestomagneettikappaleiden ympärille muovinen suojakuori, joka pitää kappaleet toisiinsa nähden vakaasti paikoillaan. Suoraan kappaleiden ympärille valamisen vaihtoehtona suojakuori voidaan rakentaa myös liimaamalla tai muutoin kiinnittämällä kestomagneettiset kappaleet muovisiin rakenneosiin, jotka muodostavat koteloinnin mainittujen 20 kappaleiden ympärille.

Muovikuori voidaan muotoilla tarpeen vaatimalla tavalla siten, että sen muodoissa huomioitu asennuskohdan muodot. Lisäksi muovikuoreen voi-, j daan liittää tarvittavia lisäosia valun yhteydessä. Tällaisia lisäosia ovat esimer- .,· kiksi kiinnikkeet, joiden avulla elementit saadaan kiinnitettyä luotettavalla ta- . 25 valla asennuspintaan. Muovi- tai vastaavaan kuoreen voidaan lisäksi lisätä elementtiin liittyvää tarpeellista informaatiota valun yhteydessä.

Keksinnön mukaisen kestomagneettielementin käsitteleminen helpottuu huomattavasti aikaisempaan tunnettuun tekniikkaan nähden, sillä hau-: raat ja muotoillut kestomagneetit ovat muovisen suojaavan kuoren peitossa.

: 30 Tällöin vieraat kappaleet eivät tartu yhtä voimakkaasti elementin pintaan ja ; kuori tarjoaa lisäksi hyvän suojan ulkoisia epäpuhtauksia vastaan. Lisäksi kek- sinnön mukaisella elementillä aikaansaadaan luotettava suoja kestomagneettikappaleiden korroosiota vastaan.

Keksinnön kohteena on myös sähkökone, joka käsittää ainakin 35 osittain kestomagneettielementeillä magnetoidun roottorin, jolloin sähkökoneelle on tunnusomasta se, että roottorin pinnalle on järjestetty kestomag- 113308 3 neettielementtejä, jotka käsittävät kaksi tai useampia kestomagneettikappa-leita sekä näitä osittain ympäröimään sovitetun suojakuoren, joka suojakuori on sovitettu kiinnittämään kestomagneettikappaleet toisiinsa nähden.

Tällaisen sähkökoneen avulla voidaan hyödyntää keksinnön mukai-5 sella kestomagneettielementillä aikaansaatava yksinkertainen kestomagnetoi-dun roottorin rakenne, jossa roottorin magnetoiminen toteutetaan ainakin osittain kestomagneettielementtejä käyttäen. Tällöin roottorin rakenne ja sen magneettien asentaminen on toteutettavissa varsin yksinkertaisella tavalla.

Kuvioiden lyhyt selostus 10 Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:

Kuviot 1 ja 2 esittävät erästä suoritusmuotoa keksinnön mukaisen kestomagneettielementin rakenteesta; ja

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaista elementtiä kiinnitettynä sähkö-15 tekniseeen laitteeseen.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Kuviossa 1 ja 2 on esitetty keksinnön mukaisen kestomagneettielementin 1 erään suoritusmuodon rakenne. Kuvio 1 esittää erityisesti poikkileikkausta kuvion 2 rakenteesta, jossa kestomagneettielementti 1 on kuvattu : 20 ylhäältä. Keksinnön mukainen elementti käsittää kaksi tai useampia kesto- magneettikappaleita 10. Kuvioiden 1 ja 2 esimerkeissä näitä kappaleita 10 on esitetty 4 kappaletta.

! Keksinnön mukaisesti edelleen kestomagneettielementti 1 käsittää • < | suojakuoren 11, joka on sovitettu osittain ympäröimään mainittuja elementissä I » · 25 olevia kestomagneettikappaleita. Suojakuori 11 on valmistettu lisäksi siten, että elementissä olevat kappaleet kiinnittyvät toisiinsa nähden luotettavalla tavalla, jolloin elementin rakenteesta tulee yhtenäinen ja luja.

: Kuvioissa esitetty elementti on kiinnitetty sähkötekniseen laittee- : seen, joka on kuvioiden suoritusmuodoissa keksinnön mukaisen sähkökoneen ' ; 30 roottori 12, joka on tarkoitus magnetoida kestomagneetteja käyttäen. Keksin- • * · I nön edullisen suoritusmuodon mukaisesti kestomagneettielementin suojakuori on kotelomainen rakenne, jonka yksi sivu on avoin. Kuten kuviosta 1 ilmenee, v : suojakuoren avoin sivu on liitetty asennuspintaa vasten, eli tässä tapauksessa ;··· roottorin 12 pintaa vasten. Muutoin suojakuori peittää kestomagneettikappa- 35 leet ja sulkee nämä oleellisesti kokonaisuudessaan sisäänsä. Suojakuoren 113308 4 ! asennuspintaa vasten liitettävä sivu muodostetaan avoimeksi magneettipiiriin muodostuvan ilmavälin pituuden minimoimiseksi.

Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti kestomag-neettielementin 1 suojakuori 11 on polyamidia tai muuta vastaavaa muovia.

5 Tämä muovinen suojakuori on edullisesti valmistettu muottiin valamalla siten, että kestomagneettikappaleet asetetaan muottiin haluttuun asemaan toisiinsa nähden ennen muovisulan lisäämistä. Tällöin saadaan aikaan valmis rakenne, jossa kestomagneettikappaleet sijaitsevat valmiina oikeilla paikoillaan. Toinen vaihtoehto suojakuoren valmistamiselle on se, että suojakuori muodostetaan 10 sellaisenaan ilman kestomagneettikappaleita. Kestomagneettikappaleet tulee myöhemmin liimata tai muulla tavoin kiinnittää suojakuoreen. Kestomagneettikappaleet magnetoidaan tyypillisesti vasta sen jälkeen kun elementti on saatu aikaiseksi.

Suojakuoren materiaalina voidaan käyttää esimerkiksi polyamidia, 15 jonka tuotenimenä on Zytel®, jonka tavaramerkin haltijana on DuPont. Mainittu polyamidi on ruiskupuristusmuovi, jonka on havaittu täyttävän suojakuorelle asetetut vaatimukset. Muita käyttöön soveltuvia muoveja ovat esimerkiksi po-lyuretaanihartsi, lasikuituvahvistettu hartsi sekä polyesterilaminaatti eli lasikui-tuvahvisteinen polyesterilevy. Erityisesti polyesterilaminaatti on pitkään ollut 20 käytössä ja havaittu luotettavaksi materiaaliksi sähköteknisten laitteiden yhteydessä. Polyesterilaminaatti on erityisen käyttökelpoista silloin, kun suojakuori • · rakennetaan ennen kestomagneettikappaleiden liimaamista siihen.

:\· Elementti 11 käsittää edullisen suoritusmuodon lisäksi yhden tai ; ·.· useamman kiinnike-elimen 13 elementin kiinnittämistä varten. Kiinnike-elimet 25 ovat esimerkiksi valun yhteydessä muovikuoreen liitettyjä metallikovikkeita tai . muita vastaavia, joiden välityksellä elementti saadaan luotettavalla tavalla kiin- , ·. nitettyä sähköteknisen laitteen pinnalle.

Elementin kiinnittäminen voidaan toteuttaa esimerkiksi kuviossa 3 esitetyllä tavalla. Kuviossa 3 elementti 1 on tuettu roottorin pinnalle käyttäen ·’, ;* 30 hyväksi elementin suojakuoreen 11 valaessa lisättyjä ulokkeita 21 ja ulokkei- siin painautuvia kiinnityskappaleita 22. Ulokkeet on tyypillisesti valamisen yh-: teydessä vahvistettu metallilla kiinnitysvarmuuden lisäämiseksi. Kiinnityskap- J paleet ovat kuvion 3 esittämässä suoritusmuodossa kiinnitetty pulttikiinnityk- sellä suoraan roottorin pintaan siten, että kiinnityskappaleisiin muodostetut [ 35 kulmat painavat kestomagneettielementin ulokkeita ja kiinnittävät elementin : luotettavasti roottorin pintaan. Kuviossa 3 on esitetty ainoastaan yksi roottorin 113308 5 pintaan asennettavista useista kestomagneettielementeistä. Elementtejä asennetaan koko roottorin mitalle tämän akselin suunnassa, jolloin roottorille muodostuu yksi magneettinen napa. Samalla tavoin muodostettuja magneettisia napoja sijoitetaan roottorin kehälle lukumäärä, joka riippuu koneen suun-5 nittelusta.

Entuudestaan tunnettu tapa magneettielementtien kiinnittämiseen roottorin pinnalle on näiden liimaaminen, jonka suorittamiseen voidaan käyttää esimerkiksi lämpöä johtavaa liimaa roottorin lämmön johtamiseksi ulos roottorista.

10 Koska yksi magneettinen napa muodostuu koko roottorin mittai sesta kestomagneettielementtisarjasta, voidaan niiden kiinnittäminen suorittaa luotettavasti ja yksinkertaisesti kuviossa 3 esitettyä tapaa, jossa kiinnityskap-pale 22 on muodostettu yhden elementin akselin suuntaista pituutta pidem-mästä profiilikappaleesta. Tällöin yhdellä kiinnityskappaleella saadaan kiinni-15 tettyä useita elementtejä 1 paikoilleen roottorin pinnalle. Yksinkertaisimmassa tapauksessa kiinnityskappaleen pituus vastaa roottorin pituutta, jolloin yhtä magneettista napaa kohden tarvitaan ainoastaan kaksi kiinnityskappaletta. Kestomagneettielementin kiinnittämiseen voidaan kuitenkin käyttää lukuisia eri toteutuksia. On huomattava, että kuviossa 3 yksittäiset elementin sisässä ole-20 vat magneettikappaleet 10 on esitetty näkymään piirustuksessa ainoastaan selkeyden vuoksi. Tyypillisessä toteutuksessa kestomagneettikappaleet on si- * f säilytetty reunoiltaan muovisen suojakuoren sisäpuolelle.

Kuviossa esitetyt kestomagneettielementit ovat muodoltaan yksin-; kertaisia ja sellaisia, että kestomagneettikappaleet sijaitsevat oleellisesti mat- 25 riisimaisesti suorissa riveissä. Keksintö ei kuitenkaan rajoitu tällaisiin kappalei-siin, vaan kappaleiden sijainti toisiinsa nähden voi vaihdella vapaasti elementin . sisäpuolella kulloisenkin tarpeen mukaisesti. Magneettien tarkoituksenmukai sella sijoittelulla elementtien sisäpuolelle voidaan esimerkiksi saada aikaan erityyppisiä magnetointikuvioita tai vinoutta keksinnön mukaisen sähkökoneen : ;* 30 roottorin magnetointiin.

'·* Keksinnön mukaisen kestomagneettielementtiin voidaan tämän va- ; lamisen aikana sisällyttää myös muita lisäosia, kuten mittausantureita esimer- ·;. kiksi lämpötilan määrittämistä varten. Lisäksi valun yhteydessä muoviin tai muuhun vastaavaan valumateriaaliin voidaan sisällyttää informaatiota koskien ' ' ) 35 magnetoinnin suuntaa eli napaisuutta. Tämä informaatio voidaan sisällyttää * * yksinkertaisella tavalla valussa tehtävällä kuvioinnilla, joita ovat esimerkiksi 6 i 113308 kirjaimet tai muut symbolit, tai värikoodia käyttämällä, jolloin eritavoin magne- toitujen elementtien suojakuorien väri on yksilöity tiettyyn informaatiosisältöön.

Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritus-5 muodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

I · « » · * * • · « * » * < · * · » # * » > · * · • · * · * * ♦ > ♦ » »

Claims (10)

113308

1. Kestomagneettielementti erityisesti sähköteknisiin laitteisiin, joka elementti (1) käsittää kaksi tai useampia kestomagneettikappaleita (10), tunnettu siitä, että kestomagneettielementti (1) käsittää lisäksi suojakuo- 5 ren (11), joka on sovitettu osittain ympäröimään elementtiin sovitettuja kestomagneettikappaleita (10) ja kiinnittämään kestomagneettikappaleet toisiinsa nähden.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elementti, tunnettu siitä, että kestomagneettielementin (1) suojakuori (11) käsittää kotelomaisen ra- 10 kenteen, joka käsittää yhden avoimen sivun.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen elementti, tunnettu siitä, että kestomagneettielementin (1) suojakuoren (11) avoin sivu on sovitettu liitettäväksi sähköteknisen laitteen (12) pintaa vasten.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen elementti, tunnettu 15 siitä, että kestomagneettielementin (1) suojakuori (11) on polyamidia tai muuta vastaavaa muovia.

5. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1-4 mukainen elementti, tunnettu siitä, että kestomagneettielementin (1) suojakuori (11) on muodostettu valamalla muottiin.

6. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen elementti, tunnettu siitä, että kestomagneettielementti (1) käsittää lisäksi yhden tai f.; : useamman kiinnikke-elimen (13; 21) elementin kiinnittämiseksi sähkötekni- ',·,·* seen laitteeseen.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-6 mukainen elementti, ·:··· 25 tunnettu siitä, että kestomagneettielementti (1) käsittää lisäksi yhden tai useamman mittausanturin, joka on sisällytetty suojakuoreen tai tämän sisä-puolelle. * ·

8. Sähkökone, joka käsittää ainakin osittain kestomagneettiele- :Vt menteillä magnetoidun roottorin, tunnettu siitä, että roottorin pinnalle on 30 järjestetty kestomagneettielementtejä, jotka käsittävät kaksi tai useampia ' kestomagneettikappaleita sekä näitä osittain ympäröimään sovitetun suoja- : kuoren, joka suojakuori on sovitettu kiinnittämään kestomagneettikappaleet v‘i toisiinsa nähden.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen sähkökone, tunnettu siitä, 3. että sähkökoneen roottorille sovitettavat kestomagneettielementit käsittävät li- 113308 saksi yhden tai useamman kiinnike-elimen elementin kiinnittämiseksi roottorin pinnalle.

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen sähkökone, tunnettu siitä, että roottorin pinnalle järjestetyt kestomagneettielementit käsittävät muo-5 don, joka on sovitettu toteuttamaan epäsymmetrian tai vinouden roottorin magnetoinnissa. « » • · • ' * · » * » * »· * • t · « I » · * * * * * * · * * i ♦ · ' * * · » » · » · 9 113308