FI117581B - Kestomagneettikoneen roottori - Google Patents

Description

, 117581 i

KESTOMAGNEETTIKONEEN ROOTTORI

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen roottoriin.

Kestomagneeteilla magnetoidun tahtikoneen roottoreille on ehdotettu useita rakenteita, sekä roottorin pinnalle asennettuja magneetteja että roottorin levysydämeen sisään upotettuja 5 magneetteja. Kestomagneettien ja roottorin konstruktion valinnassa tärkeinä kriteereinä ovat koneen sähkömagneettiset ominaisuudet sekä mekaaniset voimavaikutukset. Pienillä koneilla, joiden massat ja roottorin kehänopeus ovat pieniä, voidaan keskittyä varmistamaan riittävä magnetointiteho ja magneettivuon tasainen jakautuminen ilmavälissä. Koneen koon ja kehänopeuden kasvaessa saavat mekaaniset rasitukset suuremman merkityk- s 10 sen.

Aiemmin tunnetaan pintamagneettiratkaisuja, joissa magneetit kiinnitetty liimaamalla tai ruuvaamalla roottorin kehän pintaan. Magneettien kiinnitys on edelleen mahdollisesti varmistettu magneettien ympärille sovitetulla kiristyspannalla. Esimerkiksi julkaisusta EP0410048 tunnetaan pantamainen kiinnitysratkaisu, jossa kestomagneettien ympärillä on 15 ohut levy, joka on napojen välissä kiinnitetty roottorin runkoon. Julkaisusta W002103882 i tunnetaan ratkaisu, jossa kestomagneetit on kiinnitetty erityisen kuorirakenteen avulla roottorin pinnalle.

• · · ·*· Julkaisusta EP 1420501 tunnetaan aikaisemmin rakenne, jossa kestomagneetit on upotettu • · · * * · *** roottorin sisään kehänsuuntaisesti. Nopeuden kasvaessa muodostuu keskipakovoima ja • ♦ · • · · ***. 20 roottorin ulkokehällä roottorin kannakseen vaikuttava leikkausvoima liian suureksi.

* · ♦

Vuokeskitykseen perustuvissa koneissa, kuten ratkaisuissa, joissa kestomagneetit on V- • · « ·...· asennossa magneettinapojen sivuilla, kohdistuu V-kappaleeseen niin suuri keskipakovoi ma, ettei se suurissa koneissa ole mahdollista toteuttaa.

• · · • · * · :***: Kun roottorin kehänopeus kasvaa suureksi, tulee kiinnittää erityistä huomiota kestomag- • · · l 25 neettien kiinnitykseen ja kiinnityksen varmistamiseen. Toisaalta koneen halkaisijan kasva- • · · • # ....: essa napa levenee tangentiaalisuunnassa. Nelinapaisella koneella, j onka roottorin halkaisij a on metri, on napa lähes metrin levyinen. Esimerkiksi neli- ja kuusinapaisilla koneilla, kun • « » « < \ \ pyörimisnopeus on yli 1500 kierrosta minuutissa ja teholuokka yli 15 MW, runkokoko on • » « • ♦♦ ‘ * yli 1000 mm, kehänopeus on niin suuri, että naparakenteisiin, mukaan lukien magneetit, 30 kohdistuu suuria voimavaikutuksia.

117581

' . ; V

2 "·;

Keksinnön tavoitteena on luoda uusi kestomagneettiroottori, jossa edellä kuvatut tekniikan | ΐ tason ongelmat on poistettu ja joka kestää roottoriin ja siihen sovitettuihin kestomagneetti-paloihin ja niitä kiinnipitäviin osiin kohdistuvat rasitukset. Tämän aikaansaamiseksi keksintö tunnetaan patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosan ominaispiirteistä. Keksinnön ii 5 eräillä muilla edullisilla suoritusmuodoilla on epäitsenäisten patenttivaatimusten tunnusmerkit.

Keksinnön mukaisella ratkaisulla koneen ilmaväliin luodaan optimaalisesti jakautunut il-mavälivuo, joka täyttää mitoitusvaatimukset niin tyhjäkäynnissä kuin kuormituksessakin.

Keksintö mahdollistaa myös sähkökoneen suunnittelussa hyväksi tunnettujen mitoitusperi- d ·· $ 10 aatteiden ja rakenneratkaisujen noudattamisen. Kokonaisvuon edullinen jakautuminen voidaan varmistaa muotoilemalla ilmaväli sopivasti kaarevaksi. Lisäksi napojen vinous, jolloin magneetit eivät ole täysin koneen akselilinjan suuntaisia, ja siirtymä, jolloin magneetit eivät kehän suunnassa ole täysin tasaisesti jakaantuneita, on yksinkertainen toteuttaa. .·

Osanapojen magneetit voidaan keksinnönmukaisesti kiinnittää erikseen, jolloin kiinnitys-15 välineeseen tai elimeen kohdistuu kestomagneetin pienemmän massan johdosta pienempi voimavaikutus. Mekaaninen kiinnitys on siten helpompi tehdä ja sen luotettavuus on pa- \ rempi.

: Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan osanapojen kestomagneetit on kiinnitetty niiden ·( : : : päälle sovitetulla kuorirakenteella, joka on mitoitettavissa ja muotoiltavissa kestomagneet it; 20 tipalojen vaatimalla tavalla. Pulttaamalla jokainen kuorirakenne roottoriin jokaisen osana-*"" van vierestä erikseen varmistetaan edelleen kestomagneettien luotettava kiinnitys.

• · · · .*♦·. Erään suoritusmuodon mukaisesti osanavan kestomagneettipalan päälle on järjestetty na- • * • · * · pakenkä, joka valmistettu magneettisesti johtavasta materiaalista ja joka on muotoiltu siten, ; että saadaan aikaan edullinen roottorin ulkokehän muoto ja magneettivuon jakautuma il- ·, ···· 25 mavälissä.

• · ♦ · ♦ * · ·.*·: Vielä erään edullisen suoritusmuodon mukaan osanapojen väliin on sovitettu magneettises- < ***** ti johtavaa, kuten magneettinen uratikku, jolla edesautetaan edelleen ilmavälivuon pitämis- ;*·*· tä symmetrisenä myös konetta kuormitettaessa. : • · • « • « · * · *

Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisesti viitaten piirustuksiin, joissa 30 - kuvio 1 esittää osaleikkausta keksinnön mukaisesta roottorista ja 117581 t 3 - kuvio 2 esittää yksityiskohtaisesti erästä keksinnön mukaista naparakennetta ja kestomagneettien kiinnitystä ja - kuvio 3 esittää toista keksinnön mukaista naparakennetta.

Kuviossa 1 on esitetty keksinnönmukaisen roottorin periaatteellinen rakenne, jossa kuu-5 sinapaisen roottorin kaksi napaa on kuvattu. Koneen staattorista on näkyvissä vain sisäkehä 2, joka on ilmavälin 4 päässä roottorin 6 ulkokehän uloimmasta kohdasta. Roottori 6 käsittää akselille 8 kiinnitetyn esimerkiksi magneettisesti johtavista levyistä kootun levypakan 10, jonka levyt on leikattu muodostamaan olennaisesti sylinterimäinen levyrunko. Runkoon on muodostettu napojen kohdalle ulokkeet 12 ja 13. Napojen välisellä alueella 21 10 roottori on siten ohuempi ja roottorin ja staattorin välinen väli selvästi koneen ilmaväliä 4 suurempi. Roottorin ulokkeeseen 12 on kiinnitetty kolme kestomagneettia 14, 16 ja 18, jotka ovat roottorin kehän suunnassa pienen välimatkan 20 päässä toisistaan ja jotka muodostavat navan 22 osanavat. Kestomagneetit voivat olla valmistettuja useista vierekkäisistä kestomagneettipaloista koneen pituussuunnassa. Kehän suunnassa toisistaan erillään olevat 15 kestomagneetit on magnetoitu samaan suuntaan, jolloin navassa 22 kaikissa kestomagneeteissa 14, 16 ja 18 on ilmavälin puolella N-napa. Vastaavasti navan 24 osanavoissa 26, 28 ja 30 on ilmavälin puolella S-napa. Kuten kuviossa 1 on kaaviomaisesti esitetty kaikki osanavat on päällystetty kuorirakenteella 32, joka on osanapojen reunoilta kiinnitetty root- • » · *···’ torin runkoon. Kuorirakenne on toteutettu esimerkiksi hakemusjulkaisussa W002103882 * « t ·*·’ 20 kuvatulla tavalla. Kuorirakenne on muotoiltu ja mitoitettu siten, että kestomagneetteihin • * * • · · **. koneen pyöriessä kohdistuvat keskipakovoimat pysyvät hallinnassa. Kun jokainen mag- • » , neetti roottorin kehän suunnassa on erikseen kiinnitetty siten, että kunkin osanavan mo- ··· **" lemmilla puolilla on kiinnitys, pysyvät magneetit luotettavasti paikallaan. Suuren nopeu- • · den koneissa leikkausjännityksen vaikutus kohdistuu voimakkaimmin osanavan kulmaan.

25 Tämä jännityksen haittavaikutusta pienennetään edullisesti muotoilemalla kuorirakenne .···, vahvemmaksi sekä pyöristämällä kestomagneettien kulmia hiomalla.

« · • · · ! ‘.j Kuviossa 2 on kuvattu lähemmin kuorirakenteen ja kestomagneettien kiinnitys. Kuviossa on osanapojen väli kuvattu suhteessa huomattavan suureksi. Osanapojen 14, 16 ja 18 väliin jV. on sovitettu kestomagneetit kiinnittävän kuorirakenteen 32 kiinnityspultit 34. Kuoriraken- • · taavasti 18 ulkopuolelle. Yhtälailla voi jokaisen osanavan kiinnitys olla toteutettu erillisillä kuorirakenteilla, jolloin osanapojen välissä olevat kuorirakenteen reunat on kiinnitetty yh- • 30 ne 32 ulottuu kehän suunnassa navan puolilla hieman reunimmaisen osanavan 14 ja vas- * · 117581 ΐ 4 teisellä kiinnityspulteilla, Kuorirakenteen 32 reunosiin 36 on vastaavasti sovitettu kiinni-tyspultit 38. Kuorirakenne on valmistettu esimerkiksi hiilikuidusta kuten hakemusjul-kaisussa W002103882 on kuvattu. Osanapojen välissä olevat raot 20 ovat avoimia, jolloin niiden välissä ovat vain kiinnityspultit 34. Tällöin raot ovat mahdollisimman kapeita, jotta 5 osanapojen magneettivuot eivät pääse vuotamaan viereisen osanavan alueelle kuormitustilanteessa.

Jotta osanapojen yhdessä muodostama magneettikenttä pysyisi myös kuormitustilanteissa mahdollisimman symmetrisenä voidaan lisäksi osanapojen väliin sovittaa magneettiset ura-tikut 40. Uratikut ulottuvat akselinsuuntaisesti roottorin päästä päähän.

10 Roottorin ulkopinnan muotoileminen kaarevaksi parantaa ilmavälivuon jakautumista ja siten koneen ominaisuuksia tunnetulla tavalla. Roottorirungon napojen ulokkeet on edullisesti leikattu niin, että magneetit ovat oikeassa asennossa koneen ilmaväliin nähden. Edelleen on roottorin ulkokehää muotoiltu edulliseksi lisäämällä kestomagneettien ja kuorirakenteen väliin magneettisesti johtava kerros. Kuvion 3 esimerkissä on osanapojen 14, 16 ja 15 18 päälle sovitettu napakenkä 42, joka on valmistettu esimerkiksi Somaloid-materiaalista.

t

Roottori on kuvattu edellä umpirakenteisena, jolloin koko akselin ja napojen välinen osa on yhtenäistä levypakettia. Yhtä hyvin keksintö on sovellettavissa muunlaisiin roottorin : ;1 runkoratkaisut. Roottorissa voi olla akselin suuntaisia aukkoja roottorin keventämiseksi ja ♦ ·· : jäähdytysilman kierrättämiseksi. Edelleen akseli ja roottorirunko voi olla samaa kappaletta * · · ; 20 ja valmistettu yhdestä koneistetusta takeesta..

• · · • 1 1

Keksintöä on edellä kuvattu esittämällä sen eräiden suoritusmuotojen yksityiskohdat. Esi- * tystä ei kuitenkaan ole pidettävä patentin suojapiiriä rajoittavana, vaan patentin suojapiiri • · voi vaihdella patenttivaatimusten määritysten puitteissa.

«·· ···« • · 1 • 1 • « • · · * · • · · • 1 · • · * · 1 t · • · * 1 · • · · • · • « « • «· • «

Claims (6)

117581 6

1. Kestomagneettikoneen roottori, johon kuuluu runkorakenne (10) ja kestomagneeteista (14.16.18) muodostetut magnetointivälineet, jotka on kiinnitetty roottorin runkorakenteeseen (10), jolloin magnctointivälineillä muodostetaan kaksi tai useampaa napaa (22,24) : olennaisesti tasavälein roottorin kehän suunnassa ja kukin napa (22,24) on toteutettu kahdesta tai useammasta roottorin kehän suunnassa peräkkäin järjestetystä osanavasta (14.16.18) , jotka on magnetoitu samaan suuntaan, tunnettu siitä, että kunkin osanavan (14) päälle on muodostettu kuorirakenne (32) ja että osanavan (14) kuorirakenteeseen on sovitettu kiinnitysvälineet (34,38), joiden avulla osanapa on kiinnitetty roottoriin osanavan (14.16.18) molemmin puolin.

: 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen roottori, tunnettu siitä, että kiinnitysväline (34) on epämagneettinen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen roottori, tunnettu siitä, että osanavan päälle on järjestetty napakenkä (42).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen roottori, tunnettu siitä, että napakengän (42) ulkopinta on muotoiltu.

: 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen roottori, tunnettu siitä, että osanapojen • « · : väliin on sovitettu magneettisesti johtava aine, kuten uratikku (40). • « · * ·

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen roottori, tunnettu siitä, että vierekkäisten • · napojen välissä on aukko (21), joka on olennaisesti kestomagneettipalan syvyinen rootto- • · · · ,···, rin säteen suunnassa. • · • · • ♦ · • · · ··· • * · > • · • · • · · • · • · · * · · * · * * * • * • · • · • ·* • · * • * » · ··* 6 117581 /