FI113421B - Sähkökoneen roottori ja menetelmä sähkökoneessa - Google Patents
Sähkökoneen roottori ja menetelmä sähkökoneessa Download PDFInfo
- Publication number
- FI113421B FI113421B FI971660A FI971660A FI113421B FI 113421 B FI113421 B FI 113421B FI 971660 A FI971660 A FI 971660A FI 971660 A FI971660 A FI 971660A FI 113421 B FI113421 B FI 113421B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- rotor
- rotor means
- circuit ring
- short
- steel
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 16
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 14
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 13
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000010951 brass Substances 0.000 claims description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 5
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010974 bronze Substances 0.000 claims description 3
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005476 soldering Methods 0.000 claims description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 claims description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 3
- 229910015372 FeAl Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 4
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000012799 electrically-conductive coating Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N methylidyneiron Chemical compound [C].[Fe] QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000002688 persistence Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000007514 turning Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
- H02K17/02—Asynchronous induction motors
- H02K17/16—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
- H02K17/20—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors having deep-bar rotors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
- H02K17/02—Asynchronous induction motors
- H02K17/16—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
- H02K17/165—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors characterised by the squirrel-cage or other short-circuited windings
Description
113421 Sähkökoneen roottori ja menetelmä sähkökoneessa Rotor för en elmaskin och förfarande i en elmaskin
Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaiseen sähkökoneen massiiviroottorivälineeseen. Keksintö kohdistuu myös patenttivaatimuksen 9 johdannon mukaiseen menetelmään massiiviiviroottorivälineen ominaisuuksien parantamiseksi.
Epätahtikoneperiaatteella toimivat sähkömoottorit ovat tavallisesti olleet koneita, joissa on hyödynnetty ns. levyroottoreita. Ongelmana ovat olleet roottorirakenteesta, erityisesti sen huonosta taivutus- ja osin myös huonosta vääntöjäykkyydestä aiheutuvat, jo kohtuullisilla pyörimisnopeuksilla esiintyvät värähtelyt ja tasapainon vaeltaminen/muuttuminen. Levyroottorin ns. kriittinen taajuus kohdataan olennaisen alhaisilla pyörimisnopeuksilla, jotka ovat liian alhaisia erityisesti normaalista kohotettuja pyörimisnopeuksia silmälläpitäen. Levyroottorirakenteen valmistus vaatii myös lukuisia työnvaiheita sekä erikois-työkaluja ja -koneita, ollen täten hidas ja kallis suorittaa.
*...· Suurella nopeudella pyörivissä sähkömoottoreissa onkin ollut tunnettua käyttää yhtenäisestä aihiosta esim. teräksestä sorvaamalla valmistettuja ns. massiivi-V,·* roottoreita, joilla saavutetaan levyroottoria huomattavasti tukevampi ja jäy-:·· kempi rakenne. Lisäksi massiiviroottori mahdollistaa hyvän ja tarkan tasapai-Γ·.. notuksen ja roottori myös säilyy tasapainossa eri pyörimisnopeuksilla. Tämä mahdollistaa kuulalaakereiden hyödyntämisen roottorin laakeroinnissa.
.. Massiiviroottori aiheuttaa kuitenkin myös sen, että roottorin resistanssi kasvaa ja koneen tehokerroin heikkenee oleellisesti ollen tyypillisesti luokkaa 0.6 - 0.7. '·’ ' Tällaisen roottorin hyötysuhde on heikko. Yhdestä kappaleesta valmistettuja, ;:· ulkokehältään useimmiten sileitä massiiviroottoreita on kuitenkin yleisesti s"': käytetty oikosulkumoottoreissa, joissa pyörimisnopeusalue on olennaisesti tavanomaisia moottoreita korkeampi, jopa 200 000 1/min saakka. Ongelmana ’ on kuitenkin näissäkin ollut em. huono hyötysuhde ja ylikuumeneminen, silloin kin kun halutaan pienempiä eli ns. tavanomaisia pyörimisnopeuksia, kuten nopeuksia alle 20 000 1/min.
2 113421
Eräs esimerkki parannetusta massiiviroottorisovellutuksesta on esitetty GB-patentissa nro 1 427 818. Sen mukainen roottoriväline käsittää sylinterimäisen, vähähiilistä rautaa olevan roottoriakselin, jonka yhteyteen on aikaansaatu ns. kuparihäkkikäami roottoriresistanssin pienentämiseksi.
Vaikka ratkaisulla onkin saavutettu etua roottorin jäykkyydessä ja resistanssin pienemisessä, on sen ongelmana kuitenkin edelleen ollut huono hyötysuhde. Häviöt johtavat huonon hyötysuhteen ohella merkittävään käytön aikaiseen ylikuumenemiseen. Kuumenenisongelmaa on pyritty ratkomaan erilaisin jääh-dytysjärjestelyin, joidenka vaatima teho on edelleen huonontanut nettohyöty-suhdetta. Merkittävänä valmistusteknisenä ongelmana on ollut häkkikäämin aksiaalisuuntaisten, olennaisen leveiden puolipallon muotoisten kupariosuuksien kiinnityksen vaikeus ja pysyvyys roottorissa, erityisesti korkeammilla pyörimisnopeuksilla. Viitejulkaisussa ei myöskään ole mitään esitystä tai ehdotusta siitä, kuinka siinä esitetyn kaltaista roottorivälinettä voitaisiin hyödyttää muissa kuin suurnopeusmoottoreissa. Esitetyn kaltainen ratkaisu ei olekaan mm. em. syistä yleistynyt sähkömoottoreissa.
Fl patentissa 92114 esitetään epätahtisähkökoneen roottori, jonka kehä on pinnoitettu sähköä johtavalla pinnoitteella em. ongelmien poistamiseksi. Pinnoitus on kuitenkin hankala suorittaa ja sen pysyvyys on osoittautunut ongelmalli-seksi. Lisähaittaa on ollut siitä, että useissa pinnoitusmenetelmissä roottoria
IM
; lämmitetään voimakkaasti, mikä heikentää roottorin mekaanisia ominaisuuksia.
. .·. Ratkaisulla ei ole siten pystytty tyydyttävällä ja taloudellisella tavalla poista-maan massiiviroottoristen koneiden ongelmia.
US patentissa 4,577,128 ja DE julkaisuissa 2 262 587 ja 2 023 849 esitetään v ratkaisu, jossa roottorin päätyjen yhteyteen on aikaansaatu oikosulkurenkaat.
Ongelmana näissä on ollut oikosulkurenkaan kiinnityksen vaikeus ja/tai mahdot-v.: tomuus suoraan roottorimateriaaliin.
Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa tunnetun tekniikan epäkohdat ja ,···. saada aikaan aivan uudenlainen ratkaisu sähkökoneen massiiviroottorin ominai-suuksien parantamiseksi.
Keksinnön tavoitteena on lisäksi saada aikaan epätahtisähkökonerakenne, jonka hyötysuhde ja muut ominaisuudet ovat olennaisesti tunnettuja ratkaisuja paremmat, ja jossa ratkaisussa ei esiinny tunnettujen koneiden kaltaisia merkit- I · · täviä ylikuumenemisongelmia.
3 113421
Keksinnön eräänä tavoitteena on saada aikaan roottoriväline, jonka roottori-resistanssi on olennaisen pieni.
Keksinnön eräänä tavoitteena on saada aikaan rakenne ja menetelmä laajalla pyörimisnopeusalueella käytettävissä olevan koneen aikaansaamiseksi.
Keksinnön eräänä tavoitteena on saada aikaan massiiviroottorinen konerakenne, jonka kentänheikennyspiste on oleellisen alhainen. Tällöin on mm. mahdollista kuormittaa konetta vakioteholla olennaisen laajalla pyörimisnopeusalueella.
Keksinnön eräänä tavoitteena on saada aikaan roottoriväline, joka on helppo valmistaa ja täten taloudellinen toteuttaa.
Keksinnön eräänä tavoitteena on saada aikaan massiiviroottorin käsittävä konerakenne, jossa voidaan käyttää haitatta olennaisen pientä ilmaväliä, jolloin tehokerrointa saadaan kasvatettua.
Keksinnön eräänä tavoitteena on sähkökonerakenne, jonka koko ja paino ovat vastaavantehoisia tunnettuja epätahtikoneratkaisuja pienemmät.
• · ·
Keksintö perustuu siihen yllättävään havaintoon, että aikaisemmin tunnettuja : massiiviroottorisia koneita paremmat ominaisuudet voidaan saavuttaa massii- ·:·*: viroottorivälineellä, jonka päätyjen otsapinnoille on aikaansaatu sähköä hyvin johtavaa materiaalia oleva oikusulkurengas. Täsmällisemmin esitettynä keksin-nön mukaiselle rakenteelle on pääasiallisesti tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa 1...8 ja erityisesti itsenäisen patenttivaati-. . muksen 1 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasial- lisesti tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa ’·’ ’ 9...11 ja erityisesti patenttivaatimuksen 9 tunnusmerkkiosassa.
Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti laite käsittää olennaisen jäykän, yhdestä kappaleesta aikaansaadun massiiviroottorivälineen, jonka päätyjen otsapintojen yhteyteen on sopivasti aikaansaatu oikosulkurengasväli-neet, jotka edullisesti ovat kuparia tai vastaavaa hyvin sähköäjohtavaa materiaalia, kuten alumiinia, pronssia, messinkiä, hopeaa, kultaa tms. sinänsä tunnettua materiaalia tai seosta.
113421 4
Edullisen suoritusmuodon mukaisesti roottoriväline aikaansaadaan siten, että sen runko-osan kehämuoto koneistetaan sorvaamalla sopivasta teräsaihiosta, sekä sen jälkeen siihen liitetään edullisesti esim. elektronisuihkuhitsauksella (EB-hitsaus), kitkahitsauksella tai laserhitsauksella tai juottamalla kaksoimetalli-levystä (esim. FeCu) valmistettu oikosulkurengas, siten, että olennaisesti toisiaan vastaavat teräsmateriaalit liitetään toisiinsa. Tällä tavoin on mahdollista valmistaa sinänsä tunnetulla tavalla helposti ja nopeasti mm. suuresta pyörimisnopeudesta aiheutuvia rasituksia kestävä luja liitos. Erään edullisen muodon mukaisesti käytetään lisäksi kaksoismetallilevystä aikaansaatuja roottorisauva-välineitä. Erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti pääty- eli oikosulkurengas on olennaisen syvä (korkea), millä tavoin saadaan etua edelleen pienentyneen roottoriresistanssin muodossa.
Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja. Massiiviroottorisen sähkökoneen vääntömomentin antokyky ja hyötysuhde paranevat olennaisesti tunnettuihin ratkaisuihin verrattuna samalla, kun ongelma koneen kuumenemisen suhteen pienenee merkittävästi. Keksinnön avulla koneen koko ja paino pienenevät verrattuna suorituskyvyltään vastaaviin tunnettuihin koneisiin. Keksinnön mukainen kone antaa olennaisen tasaisen maksimitehon olennaisen leveällä pyörimisnopeusalueella. Keksinnön mukainen sähkökonerakenne ja menetelmä ovat hyvien ominaisuuksiensa, kuten pienen koon ja painon sekä ...· laajan pyörimisnopeusalueen ja tasaisen tehokäyrän ansiosta sovellettavissa mitä moninaisimmissa kohteissa, sillä sama moottori on sovellettavissa useisiin erilaisiin käyttötarkoituksiin. Keksinnön mukaisen roottorivälineen valmistus on :<·· helppo suorittaa, mutta silti saavutetaan kestävä ja mm. oikusulkurenkaiden pysyvyyden suhteen luotettava rakenne.
* · * » ·
Keksintöä ja sen muita kohteita ja etuja kuvataan seuraavassa esimerkinomai-. . sesti viittaamalla samalla oheiseen piirustukseen, jossa vastaavat viitenumerot ;[;* eri kuvioissa viittaavat vastaaviin piirteisiin. Tässä kohden tulee ymmärtää, että seuraavan esimerkinomaisen esityksen tarkoitus ei ole rajoittaa keksintöä tässä yhteydessä esitettyihin tiettyihin muotoihin, vaan päinvastoin keksinnön on tar-koitettu kattavan kaikki muunnokset, vastaavuudet ja vaihtoehdot, jotka sisältyvät keksinnön henkeen ja piiriin, kuten oheisissa patenttivaatimuksissa on määritetty.
Kuvio 1 esittää yksinkertaistettuna kaaviomaisena sivukuvantona erästä esillä olevan keksinnön mukaista sähkökoneen massiiviroottorivälinettä.
113421 5
Kuvio 2 esittää leikkauskuvantona sivulta keksinnön mukaisen roottorivälineen erästä suoritusmuotoa.
Kuvio 3 esittää poikkileikkauskuvantona keksinnön mukaisen roottorivälineen erästä lisäsuoritusmuotoa.
Kuviossa 4 esitetään kuvion 5 taulukon koejärjestely.
Kuvion 5 taulukossa esitetään vertailun perusteella saadut testitulokset.
Kuviossa 1 esitetään yksi keksinnön mukainen yhtenäisestä teräsaihiosta aikaansaatu massiiviroottoriväline 10. Kuviossa 1 esitetään myös roottorivälineen 10 päätyihin, eli sen otsapinnoille 11 kiinnitetyt kupariset oikosulkuren-kaat 18. Kuparirenkaat 18 voidaan kiinnittää roottorin 10 päihin 11 esim. kitka-räjäytys- tai laserhitauksella. Ainoastaan esimerkkinä mahdollisista roottoripa-rametreistä esitetään tässä erään keksinnön mukaisesti konstruoidun testiroot-torin parametrit: materiaali Fe52, halkaisija 98.5 mm ja pituus 100 mm, käytettyjen kuparisten oikosulkurenkaiden paksuus 10 mm. Oikosulkurenkaat voivat ulottua olennaisesti koko vapaan otsapinnan 11 alueella kuviossa 1 esitetysti, . . tai vain sen kehän osalla.
• · » · · ’··;* Oikosulkurenkaat 18 alentavat olennaisesti massiiviroottorin 10 roottoriresis- tanssia, millä puolestaan on edullinen vaikutus koneen hyötysuhteeseen.
Ratkaisun avulla voidaan roottorin pituutta lyhentää, ja konerakenteesta | saadaan aikaisempia massiiviroottorikoneita kompaktimpi.
• «« » · l
Edullisena oikosulkurengasmateriaalina pidetään mm. kuparia. Muita mahdolli-;·. suuksia ovat esim. alumiini, pronssi, messinki, hopea, kulta ja näiden eri seokset, joiden ominaisuudet riittävän sähkönjohtavuuden aikaansaamiseksi • * · roottorin 10 otsapinnan 11 läpi ovat riittävät mainitun roottoriresistanssin ..li* pienentämiseksi.
Kuviossa 2 on eräs esitetty valmistusteknisesti edullisena pidetty ratkaisu, jossa päätyrengas 18 on valmistettu ns. FeCu-levystä (teräs-kuparilevy). Tämä kaksoismetallirakenne 18’, 18" voidaan saada aikaan muistakin yhdistelmistä, kuten teräs-alumiini, teräs-messinki jne. Tällainen esivalmistettu kaksoismetalli-levymateriaali, jossa eri materiaalit kuten kupari ja teräs 18’ ja 18" voivat olla yhteenliitetyt esim. valssaamalla tai räjäytyshitsauksen tai shokkiaaltotekniik- 113421 6 kaan perustuvalla räjäytyskompaktoinnin avulla, on alan ammattimiehen tuntemaa, ja erilaisia kaksikomponenttilevyjä on myös kaupallisesti saatavilla.
Kuvion 2 tapauksessa voidaan päätylevyn 18 teräsosuudet 18" edullisesti hitsata esim. elektronisuihkuhitsauksella (EB-hitsaus) tai laserhitsauksena nuolella osoitetusta kohden roottorimateriaaliin 10. Täten kuvion 2 mukainen roottoriväline 10 on erityisen helppo valmistaa, sillä kaksoismetallilevy voidaan hitsata tai muutoin liittää nuolella osoitetusta kohdin ainoastaan teräksisen osuutensa 18" puolelta teräksiseen roottoriin 10. Ts. tällöin voidaan liittää kaksi olennaisen samankaltaista materiaalia olevaa tasaista liitospintaa toisiinsa yksinkertaisilla ja halvoilla liitosmenetelmillä samalla kun vaikeahko kuparisen tms. oikosulkurengasmateriaalin liitos teräkseen tms. voidaan suorittaa massatuotantona teollisissa olosuhteissa. Lisäsäästöä saavutetaan mm. siinä, että vaatimukset esivalmistelujen, kuten liitospintojen tasaisuuden ja oksidoi-tumisasteiden, suhteen eivät ole yhtä tarkat kuin mitä tilanne on esim. kuvion 1 mukaisen kupari-teräsliitoksen suhteen.
Kuviossa 3 esitetään kaaviomaisena poikkileikkauskuvantona eräs edullisena pidetty roottorivälineen 10 lisäsuoritusmuoto, jossa roottori 10 on varustettu . . sen kehäpinnalle aikaansaaduilla urilla 14. Tässä esitetyn vaihtoehdon mukai-sesti on jokaiseen uravälineeseen 14 lisäksi asetettu sopivasta kaksoismetalli- » * * '''·' levystä aikaansaadut sauvat, joka levy voi edullisesti olla esim. edellä esitetyn • I » '*· kaltainen rauta-kupari-levy (FeCu). Uraan asetettava häkkikäämivälineen aksiaa-: lisesti ulottuva roottorisauva 15 voi olla kiinnitetty ainoastaan yhdeltä sivultaan ; *·· 31 uraan. Kiinnitys voi edullisesti tapahtua esim. elektronisuihkuhitsauksella V : (EB-hitsaus) tai laserhitsauksena. Tällä ratkaisulla saavutetaan etua mm. tarvit tavan hitsauksen määrän suhteen.
i · * «* .*:\ Lisäksi, vaikkei se olekaan aina välttämätöntä, voi uran 14 ja osuuden 15 ra välille olla edullista jättää pieni ilmarako. Ilmarako voi edullisesti olla suuruudel- f * · taan luokkaa 0.1 - 2 mm.
( I
Roottorisauvat 15 vastaanottavien roottorin urien 14 muoto voi myös olla •,aikaansaatu olennaisen syväksi suhteessa niiden leveyteen. On huomattava, että vaikka kuvion 3 esityksessä urat 14 ovat poikkileikkaukseltaan olennaisen suorakaiteen muotoisia, voivat ne tarvittaessa myös poiketa siitä, ollen esim. kiilamaisia, kolmiomaisia tai osalta pinnoistaan tynnyrimäisiä tai koveria ja/tai kallistettuja ilman että keksinnön yleisestä ajatuksesta poikettaisiin.
7 113421
Valmistusteknisten etujen, kuten kiinnityksen helpottuminen, vähäisempi hitsaustarve ja nopeampi suoritus, lisäksi vain toiselta sivultaan kiinnitetyn roottorisauvavälineen 15 avulla saadaan estettyä tangentiaalisten virtojen muodostumista, jolloinka massiiviroottorin 10 ominaisuudet muistuttavat tältä osin olennaisesti levyroottoria ja magneettipiiri ja sähköpiiri saadaan osittain erotetuksi toisistaan. Kun yleisenä tavoitteena pidetään yleisesti mm. sitä, että virta kulkee roottorissa 10 aksiaalisesti eli roottorisauvan 15 suuntaisesti, parantaa tällainen roottorijärjestely edelleen olennaisesti keksinnön avulla saavutettavia moottoriominaisuuksia, erityisesti moottorin tehokerrointa.
Roottorivälineen 10 yhteyteen sovitetut oikosulkurengasvälineet 18 ja mahdolliset ura- ja sauvavälineet 14,15 voidaan helposti järjestää siten, ettei roottorivälineen tasapainon säilyvyteen vaikuteta negatiivisesti. Tällä mahdollistetaan vierintälaakeroinnin, kuten kuulalaakereiden, käyttö roottorivälineen pyöritettävässä kannatuksessa, sillä keksinnön mukainen roottori säilyy hyvin tasapainossa eri pyörimisnopeuksilla. Hyvin tasapainossa oleva massiiviroottori ei "elä" ja siten aiheuta kasvavia laakerikuormia.
« Kuviossa 4 esitetään koejärjestely, jossa esitetään keksinnön mukaisesti * · “! oikosulkurenkaalla varustetulle massiiviroottoriselle moottorille suoritetun testin | ♦ i '· tulokset. Testeissä moottorin 1 ja teholähteen 3, testissä yleisen sähköverkon, * * r ***[ välille sovitettiin ns. staattinen taajuuden muuttaja 6. Nämä muuttajavälineet * * » « * ovat sinänsä tunnettuja ja kaupallisesti saatavilla olevia. Järjestely käsittää ί lisäksi generaattorin 4 ja generaattorin 4 ja moottorin 1 välille sovitetun tir V : vääntömomentin mittausanturin 5. Lisäksi esitetään toiset taajuudenmuuttaja- välineet 7, jotka ovat kytketyt mainitun generaattorin ja sähköverkon 3 välille. Koejärjestelyn kytkentä on sellainen, että verkosta 3 otetaan koko käytön j*:‘. häviötä vastaava energia, ja että moottorin 1 teho muutetaan generaattorissa sähköenergiaksi, joka palautetaan taajuudenmuuttajien yhteiseen, rinnakkai- > » · '·; sesti kytkettyyn välipiiriin.
‘ l i · * ;V: Toisessa testissä testattiin vastaavalla järjestelyllä hakijan vielä hakemushetkel- lä ei-julkisessa Fl-patenttihakemuksessa nro 962485 esitetyn kaltaisella suoda-tinratkaisulla keksinnön mukaiseen järjestelyyn aikaansaatavaa vaikutusta. Mainittu Fl 962485 hakemus sisällytään tähän viitteenä.
113421 8
Kuvion 5 viivadiagrammit esittävät hyötysuhteelle saatuja testituloksia vertailusta, jossa tutkittiin keksinnön mukaista massiiviroottorirakennetta käytettäessä 140 Hz virransyöttöä suodatuksella ja ilman, jolloin: käyrä 1: keksinnön mukaisilla Cu-oikosulkurenkailla varustettu roottori, ei suodatusta.
Käyrä 2: keksinnön mukaisilla Cu-oikosulkurenkailla varustettu roottori, suodatus.
Pystyakseli esittää mitattua nettohyötysuhdetta [%] ja vaaka-akseli tehoa Pmek [kW].
Kuten kuvaajasta voidaan havaita, saavutetaan oikosulkurenkaalla olennaisen hyvä hyötysuhde. Keksinnön mukaisen roottorivälineen sisältävällä moottorilla 1, jota ei ole varustettu mainitun Fl hakemuksen nro 962485 mukaisella suodatuksella (käyrä 1), voidaan saavuttaa olennainen parannus hyötysuhteessa, erityisesti suuremmilla tehoilla kuin mitä tunnetuilla ratkaisuilla saadaan aikaan.
Erityisen hyvän hyötysuhteen tarjoaa ratkaisu, jossa keksinnön mukaiset oikusulkurenkaat on yhdistetty mainitun Fl 962485 suodatusjärjestelyn kanssa (käyrä 2). Käyrän 2 mukaisesti, tällä ratkaisulla saavutettava huipputeho on *: olennaisesti suurempi kuin mitä tunnetuilla ratkaisuilla on saavutettavissa.
t · » · .·. Eräissä toisissa testeissä verrattiin keksinnön mukaista oikusulkurenkaisiin « perustuvaa massiiviroottoriratkaisua myös erilaisilla pinnotteilla (esim. AIFe + Cu * · ja AlFe pinnoitteet, joilla eri alumiinipitoisuuksia) varustettuihin roottoreihin.
t · ... Näissä havaittiin mm. se, että keksinnön mukaisilla oikosulkurenkailla varuste- • · '' tulla koneella saavutettiin olennaisesti paremmat ominaisuudet vääntömomen- tin ja tehon suhteen kuin em. roottorikehältään punotetuilla roottoreilla. On ' huomattava, että keksinnön mukaisten oikosulkurenkaiden valmistus ja kiinni- : tys roottoriin on myös tunnettuja pinnoitusmenetelmiä helpompi ja taloudelli- sempi suorittaa, joten keksintö tarjoaa tunnetun tekniikan mukaisiin pinnoituk-,···. siin nähden useita selkeitä hyötyjä.
:.v Keksinnön avulla on siis saatu aikaan laitteisto ja menetelmä, minkä avulla saavutetaan oleellinen parannus massiiviroottoristen sähkökoneiden ominaisuuksiin, joita moottoreita voidaan soveltaa sekä parannettua käynnistysvääntö- 113421 9 momenttia että kohotettua pyörimisnopeutta vaativissa kohteissa. Keksinnön mukainen roottorirakenne on kuitenkin rakenteeltaan yksinkertainen sekä valmistusteknisesti helppo ja niin ollen myös taloudellisesti edullinen toteuttaa, sekä toiminnaltaan luotettava. Keksinnön mukainen massiiviroottorirakenne tarjoaa levyroottoria vastaavan hyötysuhteen, ja parannetut käynnistysvääntö-momenttiominaisuudet verkkokäytössä sekä sallii korotetut pyörimisnopeudet invertterikäytössä. Rakenne soveltuu sähkökoneille (moottorit ja generattorit) yleisimmille tehoaleille, jopa 1 MW saakka.
On huomattava, että edellä esitetyt esimerkit keksinnön suoritusmuodoista eivät rajoita keksinnön patenttivaatimuksissa esitettyä suojapiiriä.
; | « · *
Claims (11)
1. Sähkökoneen massiiviroottoriväline, jonka roottorivälineen (10) päädyn otsapinnalle (11) on kiinnitetty hyvän sähkönjohtavuuden ominaisuudet omaavaa materiaalia, kuten kuparia, alumiinia, pronssia, messinkiä, sopivaa metalli-seosta tai vastaavaa, oleva oikosulkurengas (18), tunnettu siitä, että oikosulkurengas (18) käsittää ainakin kaksi eri materiaaleista muodostettua osuutta (18',18”), jolloin mainituista oikosulkurenkaan materiaaliosuuksista roottorivälineeseen (10) liitetty osuus (18") on materiaalia, joka vastaa ominaisuuksiltaan olennaisesti roottorivälineen (10) materiaalia.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen roottoriväline, tunnettu siitä, että mainituista oikosulkurenkaan (18) osuuksista ainakin yksi osuus (18') on roottorivälineeseen (10) liitettyyn osuuteen (18") nähden sähköäjohtavampaa materiaalia.
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen roottoriväline, tunnettu siitä, että oikosulkurengas (18) on valmistettu kaksoismetallilevystä (18\18”), kuten teräs-kuparilevystä (FeCu), teräs-alumiinilevystä (FeAl) tai teräs-messinkilevys-tä.
§ · · *" 4. Jonkin edelläolevista patenttivaatimuksista mukainen roottoriväline, t u n - • » nettu siitä, että roottoriväline (10) käsittää lisäksi sen pinnalla olennaisen • · '·!·1 pituussuuntaisesti ulottuvat urat (14). • II·· I
· '·· 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen roottoriväline, tunnettu siitä, että • · f - · uraan (14) on asetettu roottorisauvaväline (15), joka käsittää ainakin kaksi osuutta (15', 15"), joista yksi osuus (15') on roottorivälinettä sähköäjohta-Y: vampaa materiaalia, kuten kuparia tai alumiinia, ja yksi osuus (15") on olennai- sesti roottorivälinemateriaalin kaltaista materiaalia.
‘ ’ 6. Jonkin edelläolevista patenttivaatimuksista mukainen roottoriväline, t u n - ...: nettu siitä, että oikusulkurengas (18) tai roottorisauvaväline (15) on kiinni- . tetty roottorivälinemateriaaliin elektronisuihku-, laser- tai kitkahitsauksella tai • · · juottamalla. „ 113421
7. Jonkin edelläolevista patenttivaatimuksista mukainen roottoriväline, tunnettu siitä, että se muodostaa osan sähkömoottorijärjestelystä, joka käsittää lisäksi staattorivälineet ja välineet moottorille syötettävän virran suodattamiseksi.
8. Jonkin edelläolevista patenttivaatimuksista mukainen roottoriväline, tunnettu siitä, että oikosulkurengasvälineet (18) ovat sovitetut roottorivälineen (10) yhteyteen siten, ettei roottorivälineen tasapainon säilyvyteen vaikuteta negatiivisesti, jolloin mahdollistetaan vierintälaakeroinnin, kuten kuulalaakerei-den käyttö roottorivälineen pyöritettävässä kannatuksessa.
9. Menetelmä sähkökoneen massiiviroottorivälineessä, käsittäen roottorivälineen sähkövirran ohjaamisen ja/tai sen resistiivisyyteen vaikuttamisen roottorivälineen päädyn otsapintaan aikaansaadun, roottorivälinemateriaaliin nähden sähköä johtavammasta materiaalista aikaansaadun oikosulkurengasvälineen avulla, tunnettu siitä, että oikosulkurengasväline aikaansaadaan liittämällä kaksoismetallilevystä, kuten teräskupari-levystä, teräs-alumiinilevystä, teräs-messinkilevystä, aikaansaatu rengasmainen kappale roottorivälineen otsapintaan osuudestaan, jonka materiaali vastaa olennaisesti roottorivälineen materiaalia. IM :#t#:
10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että . oikosulkurengasväline liitetään elektronisuihku-, laser- tai kitkahitsauksella tai ; juottamalla roottorivälineen otsapintaan osuudestaan, jonka materiaali vastaa • · · ....j olennaisesti roottorivälineen materiaalia. I · s «
11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi sähkömoottorille syötettävän virran suodattamisen. i2 112421
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI971660A FI113421B (fi) | 1996-05-30 | 1997-04-18 | Sähkökoneen roottori ja menetelmä sähkökoneessa |
| DE69734839T DE69734839T2 (de) | 1996-05-30 | 1997-05-30 | Läufer für eine elektrische maschine und verfahren zur erregung eines rotors in einer elektrischen maschine |
| EP97924052A EP1016197B1 (en) | 1996-05-30 | 1997-05-30 | Rotor for an electric machine and a method of energizing a rotor in an electric machine |
| PCT/FI1997/000337 WO1997045941A1 (en) | 1996-05-30 | 1997-05-30 | Rotor for an electric machine and a method in an electric machine |
| CN97196544A CN1110885C (zh) | 1996-05-30 | 1997-05-30 | 一种电机转子及其在电机中的一种制造方法 |
| AU29648/97A AU2964897A (en) | 1996-05-30 | 1997-05-30 | Rotor for an electric machine and a method in an electric machine |
| AT97924052T ATE312427T1 (de) | 1996-05-30 | 1997-05-30 | Läufer für eine elektrische maschine und verfahren zur erregung eines rotors in einer elektrischen maschine |
| CA002256546A CA2256546C (en) | 1996-05-30 | 1997-05-30 | Rotor for an electric machine and a method in an electric machine |
| US09/194,428 US6184606B1 (en) | 1996-05-30 | 1997-05-30 | Rotor for an electric machine and a method in an electric machine |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI962270 | 1996-05-30 | ||
| FI962270A FI113422B (fi) | 1996-05-30 | 1996-05-30 | Sähkömoottori ja menetelmä sähkömoottorissa sekä niiden käyttö |
| FI971660 | 1997-04-18 | ||
| FI971660A FI113421B (fi) | 1996-05-30 | 1997-04-18 | Sähkökoneen roottori ja menetelmä sähkökoneessa |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI971660A0 FI971660A0 (fi) | 1997-04-18 |
| FI971660A FI971660A (fi) | 1997-12-01 |
| FI113421B true FI113421B (fi) | 2004-04-15 |
Family
ID=26160166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI971660A FI113421B (fi) | 1996-05-30 | 1997-04-18 | Sähkökoneen roottori ja menetelmä sähkökoneessa |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6184606B1 (fi) |
| EP (1) | EP1016197B1 (fi) |
| CN (1) | CN1110885C (fi) |
| AT (1) | ATE312427T1 (fi) |
| AU (1) | AU2964897A (fi) |
| DE (1) | DE69734839T2 (fi) |
| FI (1) | FI113421B (fi) |
| WO (1) | WO1997045941A1 (fi) |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10117398A1 (de) | 2001-04-06 | 2002-10-10 | Miscel Oy Ltd | Elektrischer Asynchronmotor |
| US20030098627A1 (en) * | 2001-11-26 | 2003-05-29 | Mitchell William A. | Solid rotor shaft construction for alternating current induction motor |
| CN100466424C (zh) * | 2002-04-15 | 2009-03-04 | 乐金电子(天津)电器有限公司 | 感应电机和感应电机转子的制造方法 |
| DE10230006A1 (de) * | 2002-07-04 | 2004-01-29 | Robert Bosch Gmbh | Asynchronmaschine |
| DE10261763B4 (de) * | 2002-12-19 | 2005-06-09 | Danfoss Compressors Gmbh | Rotor für einen Elektromotor |
| WO2004100341A1 (en) * | 2003-05-06 | 2004-11-18 | Danfoss Compressors Gmbh | A rotor for an electrical motor |
| US7683789B2 (en) * | 2005-03-04 | 2010-03-23 | Intelleflex Corporation | Compact omni-directional RF system |
| KR101228454B1 (ko) * | 2007-03-05 | 2013-02-01 | 엘지전자 주식회사 | 자기 착자 모터 |
| DE102008026963A1 (de) * | 2007-06-14 | 2008-12-24 | Danfoss Compressors Gmbh | Rotor für einen elektrischen Motor |
| US20100231064A1 (en) | 2009-03-11 | 2010-09-16 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Balance ring for a vehicular electric machine |
| US8344577B2 (en) * | 2010-08-31 | 2013-01-01 | GM Global Technology Operations LLC | Solid phase welding of aluminum-based rotors for induction electric motors |
| US9083221B2 (en) * | 2011-05-20 | 2015-07-14 | GM Global Technology Operations LLC | Rotor assembly with integral cast conductor bars and first end rings and welded second end rings and method of manufacturing same |
| CN102801267A (zh) * | 2011-05-27 | 2012-11-28 | 上海品星防爆电机有限公司 | 实心转子高速电机 |
| DE102013005050A1 (de) * | 2013-03-22 | 2014-09-25 | Wieland-Werke Ag | Kurzschlussläufer und dessen Einzelteile sowie Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers |
| DE102014208887A1 (de) * | 2014-05-12 | 2015-11-12 | Robert Bosch Gmbh | Mittels Reibschweißen hergestellter Käfigläuferrotor |
| DE102014013684A1 (de) * | 2014-09-17 | 2016-03-17 | Wieland-Werke Ag | Kurzschlussläufer |
| DE102015224574A1 (de) * | 2015-12-08 | 2017-06-08 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Rotor, Verfahren zum Herstellen eines Rotors, Asynchronmaschine und Fahrzeug |
| DE102016204782A1 (de) * | 2016-03-23 | 2017-09-28 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Rotor für Asynchronmaschine |
| CN106655573A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-05-10 | 卧龙电气集团股份有限公司 | 大功率高转速异步电机用实心转子 |
| DE102017207671A1 (de) | 2017-05-08 | 2018-11-08 | Audi Ag | Rotor für eine elektrische Maschine, elektrische Maschine umfassend einen solchen Rotor sowie Verfahren zur Herstellung eines Rotors |
| US11258322B2 (en) | 2018-12-20 | 2022-02-22 | Teco-Westinghouse Motor Company | High speed induction machine |
| DE102021102296A1 (de) | 2021-02-02 | 2022-08-04 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Kurzschlusskäfig für einen Rotor einer elektrischen Maschine |
| FR3129043A1 (fr) * | 2021-11-09 | 2023-05-12 | Alstom Transport Technologies | Rotor de moteur électrique |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2023849B2 (de) | 1970-05-15 | 1972-05-18 | G. Bauknecht Gmbh, Elektrotechnische Fabriken, 7000 Stuttgart | Asynchronmotor |
| DE2262587A1 (de) | 1972-12-21 | 1974-06-27 | Guenther Gmelin | Elektrischer stellantrieb |
| GB1427818A (en) | 1973-12-21 | 1976-03-10 | Federal Mogul Westwind | Solid rotor machines |
| JPS55106062A (en) | 1979-02-07 | 1980-08-14 | Hitachi Ltd | Squirrel-cage rotor having two end rings at both ends |
| US4577128A (en) | 1980-12-11 | 1986-03-18 | Northern Engineering Industries, Plc | Induction motors |
| DE3127964A1 (de) | 1981-07-10 | 1983-01-27 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Druckgas-leistungsschalter |
| DE3127965C2 (de) * | 1981-07-10 | 1985-12-12 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Elektrische Maschine mit massivem Läufer und Käfigwicklung |
| DE3131772A1 (de) | 1981-08-07 | 1983-02-24 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Laeufer einer elektrischen maschine mit einer kaefigwicklung |
| RO82294A2 (ro) * | 1983-02-03 | 1985-08-31 | Intreprinderea De Motoare Electrice,Ro | Metoda si circuit electric de reducere a perturbatiilor radioelectrice produse de aparatele electrice si instalatiile electrice actionate de motoare electrice |
| DE3306548A1 (de) | 1983-02-22 | 1984-08-23 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Massiver laeuferkoerper einer elektrischen asynchronmaschine, insbesondere eines stromrichtergespeisten asynchronmotors |
| FI92114C (fi) | 1992-07-07 | 1994-09-26 | High Speed Tech Ltd Oy | Epätahtisähkökone ja sen yhteydessä käytettävät roottori ja staattori |
| FI114665B (fi) | 1996-06-14 | 2004-11-30 | Rotatek Finland Oy | Moottorijärjestely |
-
1997
- 1997-04-18 FI FI971660A patent/FI113421B/fi not_active IP Right Cessation
- 1997-05-30 AT AT97924052T patent/ATE312427T1/de not_active IP Right Cessation
- 1997-05-30 US US09/194,428 patent/US6184606B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-05-30 EP EP97924052A patent/EP1016197B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-05-30 AU AU29648/97A patent/AU2964897A/en not_active Abandoned
- 1997-05-30 CN CN97196544A patent/CN1110885C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1997-05-30 WO PCT/FI1997/000337 patent/WO1997045941A1/en active IP Right Grant
- 1997-05-30 DE DE69734839T patent/DE69734839T2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1110885C (zh) | 2003-06-04 |
| FI971660A (fi) | 1997-12-01 |
| FI971660A0 (fi) | 1997-04-18 |
| ATE312427T1 (de) | 2005-12-15 |
| CN1225756A (zh) | 1999-08-11 |
| DE69734839D1 (de) | 2006-01-12 |
| US6184606B1 (en) | 2001-02-06 |
| EP1016197A1 (en) | 2000-07-05 |
| EP1016197B1 (en) | 2005-12-07 |
| AU2964897A (en) | 1998-01-05 |
| WO1997045941A1 (en) | 1997-12-04 |
| DE69734839T2 (de) | 2006-06-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI113421B (fi) | Sähkökoneen roottori ja menetelmä sähkökoneessa | |
| US8723402B2 (en) | Structure for an electromagnetic machine having compression and tension members | |
| RU2124798C1 (ru) | Асинхронная электрическая машина | |
| US6157109A (en) | Dynamoelectric machine with ferromagnetic end winding ring | |
| US6566778B1 (en) | Cage-type induction motor for high rotational speeds | |
| US5512792A (en) | Electric motor with high power and high rotational speed | |
| HU195598B (en) | Auxiliary rotor of permanent magnet for asynchronous motors | |
| US4409506A (en) | Induction motor | |
| US5736803A (en) | Synchronous machine rotor | |
| US6426579B1 (en) | Permanent magnet type rotary electric machine and electrically driven vehicle using the same | |
| US10454351B2 (en) | Rotor, method for producing a rotor, asynchronous machine, and vehicle | |
| US6873078B1 (en) | Homopolar machine with improved brush lifetime | |
| CA2256546C (en) | Rotor for an electric machine and a method in an electric machine | |
| JP5575125B2 (ja) | 超電導回転子巻線を備えた回転子および回転子巻線を囲む単一スリーブ | |
| FI113422B (fi) | Sähkömoottori ja menetelmä sähkömoottorissa sekä niiden käyttö | |
| WO1995008210A1 (en) | A homopolar generator | |
| JP3407529B2 (ja) | ２極タービン発電機及びその回転子 | |
| Kragten | Ideas about a 26-pole permanent magnet generator for the VIRYA-2.2 windmill using the housing of a 4-pole, 3-phase, 0.75 kW asynchronous motor frame size 80 and 26 neodymium magnets size 40* 7* 3 mm | |
| US20220149678A1 (en) | Laminated core for an electric machine | |
| CN217240460U (zh) | 盘式电机用轴承座 | |
| CN219394507U (zh) | 一种高速永磁电机转子结构 | |
| CN102522842A (zh) | 导线圆盘式电机 | |
| JP2022092701A (ja) | 三相交流アキシャルデュアルギャップ型誘導電動機 | |
| JPH11178260A (ja) | 回転電機の円筒形回転子 | |
| JPH07123679A (ja) | 単極機 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GB | Transfer or assigment of application | ||
| PC | Transfer of assignment of patent |
Owner name: THE SWITCH ELECTRICAL MACHINES OY Free format text: THE SWITCH ELECTRICAL MACHINES OY |
|
| PC | Transfer of assignment of patent |
Owner name: THE SWITCH DRIVE SYSTEMS OY Free format text: THE SWITCH DRIVE SYSTEMS OY |
|
| MM | Patent lapsed |