DK172561B1 - Lang elektrisk motor - Google Patents

Description

DK PR 172561 B1 - i -

Den foreliggende opfindelse angår en lang elektrisk motor, hvor rotoren er opdelt i sektioner med mindst ét leje med lav friktion arrangeret mellem sektionerne og i hver ende af motoren, hvor statoren er stablet kontinuerligt forbi de indre lejer, under anvendelse af tynde plader af enten magnetiske eller s umagnetiske metalskiver i områderne, som omslutter lejerne, og tynde plader af magnetiske metalskiver mellem lejerne.

En sådan lang elektrisk motor kendes fra US-Patent 2,251,816, hvor lejerne er arrangeret i en rille i rotoren og derfor udgøres af lejeringe, som kan deles i to halve lejeringe, som holdes på plads af butterfly fjedre. Sådanne ringe kan io omfatte et rulleleje i en indre rille med henblik på at reducere friktionen.

Fremstillingen og monteringen af sådanne lejer er omstændelig og tidskrævende og derfor kostbar. Varmeledningsegenskabeme afhænger af statoren, eftersom lejeringene holdes direkte af statoren.

En anden lang elektrisk motortype kendes fra US-Patent 3,136,905 og fra is DE-B 885 279, hvor statoren er delt i sektioner ved hjælp af lejedele, som er me get tykkere end de enkelte statorskiver, men hvor vindingerne i statoren e r afbrudt ved lejedelene og ikke ledes uafbrudt fra den ene ende til den anden i den lange elektriske motor. Endvidere er lejerne i US-Patent 3,136,905 ikke af “lav friktions” typen. En sådan motor er ligeledes uhyre kompliceret at samle 20 og har en ringe pålidelighed som følge af den komplicerede fremstilling af statorvindingerne. Denne konstruktion har ligeledes en ringe effektivitet, eftersom den magnetiske flux spredes af de relativt store mellemrum i statorvindingerne.

Endelig kendes en lang elektrisk motor fra US-Patent 3,136,905, hvor le-2s jerne defineres direkte af de stablede skiver mellem sektionerne. Disse skiver er således fremstillet af et materiale, som ikke er velegnet til det formål at udgøre et leje med en ukontrollerbar friktion. Et leje, som er fremstillet af, hvad der kan betragtes som et lamineret materiale, vil med en relativt stor friktion frembringe en ikke-uniform slidflade, og sålede frembringe et slidmønster i den jo roterende aksel. Friktionen, som forårsager en vækst i temperaturen, er af hængig af gode varmeledningsegenskaber i lejerne. En sådan god varmetrans-mission foreligger ikke, når lejerne er fremstillet af de stablede skiver, eftersom jern (Fe) har en specifik termisk ledningsevne på kun 72.8 J/(msK).

Fra US-Patent 5,128,573 kendes en lang elektrisk motor med multiple sekti-3s oner, hvor et rotorleje og en manchet anbringes mellem hver rotorsektion, hvor hvert leje omfatter en fast låseindretning til positionering i langsgående mellemrum, som er udformet som en del af statorsektionen, med henblik på at - 2 - DK PR 172561 B1 forebygge rotation af lejet under brug. Et sådant leje er forståeligvis ikke et leje af lavfriktionstypen, eftersom den faste låseindretning åbenbart er nødvendig.

Fra US-Patent 4,638,198 kendes endnu en lang elektrisk motor med multiple sektioner, hvor den øverste rotorsektion af hvert par af successive rotorsektio-3 ner kan støtte sin nederste ende på et rotorakselfremspring, som fx. en ring anbragt i en rundtgående not på rotorakslen, og hvor endvidere en skrå kant ved enden af rotorboringen fastlåser ringen. Selv om denne kendte teknik har et fremspring til støtte af den nederste ende, kan dette fremspring ikke karakteriseres som et leje af lavfriktionstypen. Endvidere er fremspringet låst fast o ved hjælp af en skrå kant ved enden af rotorboringen, hvilket ikke reducerer friktionen.

Endelig kendes der en lang elektrisk motor med multiple sektioner fra US-Patent 4,453,099, hvor lejet er et modul, som omfatter en bøsning, som er fastgjort til akslen, en indre del, som drejeligt rummer bøsningen, og en flange is med en periferi, som er anbragt i statoren ved strampasning med henblik på at forhindre, at lejet roterer.

Den kendte teknik har visse ulemper idet trådningen af statorvindingeme hele vejen gennem statorpakken ikke er mulig eller er meget vanskelig. Trådningen kræver megen tid og er kostbar, og en mulighed for reduktion af om-io kostningerne, når statorvindingeme trådes i en lang elektrisk motor, ville være belejlig. Endvidere er den kendte teknik også afhængig af friktionen, idet friktionen lejerne ikke er kontrolleret, og effektiviteten er relativt lav som følge af det store magnetiske gab mellem rotor og stator, der er nødvendigt for at undgå mekaniske skader, når det magnetiske moment er stort. Endelig er om-zs kostningerne ved fremstilling og vedligeholdelse høje. Friktionen kan føre til opvarmning og for tidlig nedslidning af lejet og vil derfor forårsage tab af energi og materialer.

Til grund for den foreliggende opfindelse ligger den opgave at tilvejebringe en lang elektrisk motor, som har en stor effektivitet, og som er meka-io nisk stabil med en effektive køling af lejerne og kan samles under et lavt tidsforbrug med lave omkostninger, og hvilken motor er nem at vedligeholde og reparere.

Denne opgave løses ifølge opfindelsen ved, at hver enkelt plade i lejebukken er signifikant tykkere end de almindelige statorplader og fremstillet af et is paramagnetisk metal med gode varmeledningsegenskaber, al den indre diameter af hver plade er mindre i lejebukken end i de almindelige statorplader, at lejet er indsat i og fastholdes ved strampasning i lejebukken, hvor den indre - 3 - DK PR 172561 B1 diameter af lejet passer stramt til rotorakslen, og at slidserne til statorvindin-gerne i alle metalskiverne er radialt åbne mod rotoren.

En foretrukket udformning ifølge opfindelsen kan fremkomme ved, at lejerne er kuglelejer, enten aksialkuglelejer og/eller radialkugle lejer, der her-j med tilbyder den lavest mulige friktion til enten vandret eller lodret position af motoren under brug. Muligheden for at kombinere aksialkuglelejerne og radialkuglelejerne i én motor, hvilket gør den universalt anvendelig, er også mulig på basis af opfindelsen. Det kan også være hensigtsmæssigt at benytte et rulleleje.

ίο I den lange motor ifølge opfindelsen, hvor trådningen gennemføres re lativet hurtigt og derfor med lave omkostninger, danner slidserne hver en hulkel for hver vinding, og det foreslås, at hver streng i vindingen har et ikke-cirkulært tværsnit. Dermed opnås det, at vindingen kan føres gennem åbningerne mod rotoren eller lejerne og derpå ført ind i slidserne, det ikke-i5 cirkulære tværsnit vil med dette særpræg sikre, at vindingerne udfylder størstedelen af hulrummene i hulkelen, hvorved der tilvejebringes en stor magnetisk flux i rotoren. Rotoren kan være af en hvilken som helst type som er egnet til dette formål.

Yderligere hensigtsmæssige udformninger anføres i kravene. Opfindelsen 20 forklares nærmere i den følgende specielle del af beskrivelsen med henvisning til tegningen, som viser: fig. 1. et længdesnit langs motorens centerakse t dens værktøj, som drives af motoren; a fig. 2 et længdesnit gennem statoren; fig. 3 et længdesnit gennem rotoren; fig. 4 en statorlejebuk set fra enden af motoren; fig. 5 et tværsnit gennem en statorlejebuk langs linen V-V på fig. 4; 30 fig. 6 en gengivelse af den ene ende af rotoren; og fig. 7 et tværsnit af enden af rotoren vist på fig. 6;

Et længdesnit langs centeraksen af den lange motor 1 og de værktøjer, som drives af den lange motor vises på fig. I, hvor længden af den lange motor 35 er stor i forhold til dens diameter. I motorer fremstillet efter normal praksis forholder længden og diameteren af den lange motor sig omtrent som <1:1, hvorimod denne relation i en lang motor kunne være 5:1. I den lange motor, - 4 - DK PR 172561 B1 som er vist på fig. I er relationen omtrent 10:i. Sådanne motorer er meget vanskelig at stabilisere i forhold til transversale kræfter og bevægelser, og derfor er brugen af yderligere lejer blevet foreslået, hvorved rotoren opdeles i sektioner.

s Med en sådan opdeling i sektioner blev lejerne mellem sektorerne tidlige re dannet ved hjælp af de almindelige stator plader eller ved hjælp af umagnetiske plader med en temmelig kompliceret udformning af lejerne med henblik på at gøre det muligt at anvende den lange motor i en lodret position. Eksempler på sådanne motorer er anført i beskrivelsesindledningen. io På figur 1 kan det ses, at rotoren 2 bæres af lejer 4, som er ophængt i leje bukke S, som hver er signifikant tykkere end de almindelige statorplader i sta-toren 3. De radialt åbne slidser 6 er vist i lejebukkene, hvormed trådningen a f statorvindingerne lettes inden lejerne monteres.

Lejebukkene er fremstillet af et paramagnetisk metal, e.g. aluminium eller is kobber. Den varierende magnetiske flux vil forårsage en opvarmning af lejebukkene som følge af hvirvelstrømme. Derfor foretrækkes kobber som materiale for tejebukkene, da det har en specifik termisk ledningsevne på 401 J/(msK), hvorimod aluminium har en specifik termisk ledningsevne på 237 J/(msK). Begge metaller udviser imidlertid fremragende egenskaber med hen-2o syn til termisk ledningsevne.

Fig. 2 viser statoren alene opbygget med lejebukkene S. Eftersom hver statorplade kan variere i tykkelse som følge af udstansningen af pladerne, grupperes statorplademe i 10 plader med henblik på at rotere hver gruppe 90° i forhold til den foregående gruppe 10. Derved opnås det, at statoren kan blive 25 næsten retlinet over hele længden med kun små afvigelser fra en ret linie.

Dette vil på den anden side garantere, at rotoren kan rotere meget tæt på stato ren uden at komme i fysisk kontakt med statoren og derved overføre en optimal magnetisk flux til rotoren.

Fig. 3 viser en rotor med lejer monteret mellem sektionerne af rotoren, jo Rotoren kan være af en hvilken som helst type, fx. En asynchron rotor eller e n permanent magnetisk rotor, hvor sidstnævnte dog har brug for styreindretninger. Til en asynchron rotor er vindingerne markeret med 20.

Fig. 4 viser en lejebuk S set fra enden af den lange motor. Slidserne 6 e r radialt åbne mod rotoren. Bredden af slidserne er ikke konstant langs en radius,

55 og fra den snævre åbning mod rotoren vokser bredden med dybden af slidsen, hvorved er således dannes en hulkel for hver statorvinding. De “magnetiske” åg 7 er her gjort mere eller mindre konstante i tykkelsen langs en radius. I

- 5 - DK PR 172561 B1 denne konstruktion strampasses et leje ind mellem ågene 7 og kan fastholdes dér som følge af den solide konstruktion af lejebukken 5. Som tidligere anført kan bide kobber og aluminium anvendes som et materiale til lejebukken, og med disse metaller sikres det, at den udviklede varme kan fjernes gennem leje-5 bukken S.

Claims (5)

1. Lang elektrisk motor, hvor rotoren (2) er opdelt i sektioner med mindst ét leje med lav friktion (4) arrangeret mellem sektionerne og i hver ende af moto- i ren (1), hvor statoren er stablet kontinuerligt forbi de indre lejer (4), under anvendelse af tynde plader af enten magnetiske eller umagnetiske metalskiver i områderne, som omslutter lejerne (4), og tynde plader af magnetiske metalskiver (10) mellem lejerne (4), kendetegnet ved, at hver enkelt plade i lejebukken (S) er signifikant tykkere end de almindelige statorplader (10) og fremstil-io let af et paramagnetisk metal med gode varmeledningsegenskaber, at den indre diameter af hver plade er mindre i lejebukken (S) end i de almindelige statorplader (10), at lejet (4) er indsat i og fastholdes ved strampasning i lejebukken (S), hvor den indre diameter af lejet (4) passer stramt til rotorakslen, og at slidserne til statorvindingeme i alle metalskiverne (5, 10) er radialt åbne mod roto-is ren.

2. Elektrisk motor ifølge to krav 1, kendetegnet ved, at lejerne (4) er kuglelejer.

3. Elektrisk motor ifølge krav 1, kendetegnet ved, at lejerne (4) er aksial-kuglelejer og/eller radialkuglelejer.

4. Elektrisk motor ifølge krav 1, kendetegnet ved, at lejerne (4) er rulle lejer.

5. Elektrisk motor ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at hver streng i vindingen har et ikke-cirkulært tværsnit.