FI119958B

FI119958B - Rotor hub structure of electric machine

Info

Publication number: FI119958B
Application number: FI20070184A
Authority: FI
Inventors: Ari Vartiainen
Original assignee: Abb Oy
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2009-05-15
Also published as: FI20070184A0; FI20070184A

Description

SÄHKÖKONEEN ROOTTORIN NAPARAKENNEELECTRICAL MACHINE ROTOR HARDWARE

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen sähkökoneen roottorin naparakenteeseen.The invention relates to the hub structure of an electric machine rotor according to the preamble of claim 1.

Kestomagnetoiduissa tahtikoneissa luodaan magnetointikenttä koneen roottoriin asenne-5 tuilla kestomagneeteilla. Kestomagneetit on asetettu joko roottorin ilmavälin puoleiselle pinnalle tai kestomagneetit upotetaan roottorin magneettisydämen sisään. Magneettisydän on useimmiten valmistettu ferromagneettisista rautalevyistä, joista on kasattu roottorin pituiset levypakat. Kestomagneettien ja levypakkojen mitoituksen suunnitteluperusteena on sähkökoneen tarvitsema magnetointiteho. Mekaaniseen rakenteeseen ja eri osien kiinnityk-10 seen vaikuttavat muun muassa niihin vaikuttavat voimat ja sähkökoneen koko.In permanent magnet synchronous machines, a magnetization field is created with permanent magnets mounted on the rotor of the machine. The permanent magnets are placed either on the air-side face of the rotor or the permanent magnets are embedded in the magnetic core of the rotor. Magnetic cores are mostly made of ferromagnetic iron plates assembled with rotor-length plates. The design of permanent magnets and disc packs is based on the magnetization power required by the electrical machine. The mechanical structure and the attachment of the various parts are affected, among other things, by the forces acting on them and the size of the electrical machine.

Sähkökoneissa, joissa napaluku ja roottorin halkaisija on suuri, varsinkin pienen vakoluvun koneissa, joissa staattorissa on keskitetty käämitys, asettaa magnetoinnin jäijestäminen erityisiä vaatimuksia. Näissä koneissa vako luku q < 1, kun vako luku määritellään q = Q/(m*2*p), jossa Q tarkoittaa koneen uralukua, m on koneen vaihelukua ja p on koneen 15 napapariluku. Keskitetyllä käämityksellä ymmärretään staattorikäämitystä, jossa käämi-vyyhti on käämitty staattorin yhden hampaan ympärille. Suuresta napaluvusta johtuen yhtä magneettinapaa kohti on roottorin kehänsuunnassa pieni tila. Magneettivuon radiaalisuun-tainen kulkutie on kapea. Kestomagneettien ja magneettisydämien luotettava kiinnitys on järjestettävä niin, että magneettivuon kulkua ei häiritä. Halkaisijaltaan suurten magneet-20 tisydämien käsittely sähkökoneen valmistuksen aikana on hankalaa.In electrical machines with a large number of poles and a large rotor diameter, especially in machines with a low constant number, where the stator has a central winding, the stiffening of the magnetization imposes special requirements. In these machines, a constant number q <1, when a constant number is defined as q = Q / (m * 2 * p), where Q represents the slave number of the machine, m is the phase number of the machine and p is the number of poles of the machine. Centralized winding is understood to mean a stator winding in which a coil of winding is wound around one tooth of a stator. Due to the high number of poles, there is a small space per magnet pole in the circumferential direction of the rotor. The radial path of the magnetic flux is narrow. Reliable attachment of permanent magnets and magnetic cores must be arranged in such a way that the flow of the magnetic flux is not disturbed. Handling large magnet-20 core cores during the manufacture of an electrical machine is difficult.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on luoda tehokas ja edullisen roottorin naparakenne suuren halkaisijan sähkökoneeseen. Tämän aikaansaamiseksi keksintö tunnetaan patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkki-osan ominaispiirteistä. Keksinnön eräät muut edulliset suoritusmuodot tunnetaan epäitsenäisten patenttivaatimusten tunnusmerkeistä.It is an object of the present invention to provide an efficient and affordable rotor hub structure for a large diameter electrical machine. To accomplish this, the invention is known from the features of the characterizing part of claim 1. Other preferred embodiments of the invention are known from the features of the dependent claims.

25 Kestomagneettiroottorin naparakenne valmistetaan keksinnön mukaisella ratkaisulla erillisistä osista, joista roottori voidaan koota roottorikeskuksen ulkopinnan päälle. Erilliset osat ovat helpommin käsiteltäviä ja niiden esivalmistus voidaan tehdä toisistaan riippumattomasti. Erityisesti roottorin napojen magneettiset sydänosat ovat ennen kiinnitystä erillisiä ja irrallaan paitsi toisistaan myös niiden väliin tulevista kestomagneeteista. Erillisillä, vä-30 limatkan päässä toisistaan olevilla sydänosilla hajavuo napojen välillä on pieni, minkä ansiosta sähkökoneen hyötysuhde on hyvä.The pole magnet structure of a permanent magnet rotor is manufactured by means of the solution according to the invention from separate parts, from which the rotor can be assembled on the outer surface of the rotor center. Separate parts are easier to handle and can be prefabricated independently. In particular, the magnetic core portions of the rotor hubs are separate and detached not only from each other but also from the permanent magnets between them. The separate core sections, spaced 30 mm apart, have a small diffusion flux between the poles, which results in a good electrical machine efficiency.

22

Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaan sydänosaan on järjestetty kiinnitysvä-lineet roottorin kehänsuunnassa sydänosan molemmille puolille. Vaikka jokainen napa on erillinen valmistusvaiheessa, ne on luotettavasti ja varmasti kiinnitettyjä roottorikeskuk-seen valmiissa sähkökoneessa.According to a preferred embodiment of the invention, fastening means are provided in the core section on both sides of the core section in the circumferential direction of the rotor. Although each hub is separate at the manufacturing stage, it is reliably and securely attached to the rotor center in a complete electrical machine.

5 Erään toisen keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaan kiinnitysvälineet käsittävät epämagneettisen profiilin, joka sovitetaan sydänosien ja roottorikeskuksen väliin. Edullisesti epämagneettinen profiili on sähköä ja lämpöä johtavaa. Erityisen suoritusmuodon mukaan epämagneettinen profiili on alumiinia. Erillinen profiili on edullinen valmistaa ja parantaa lämmönjohtavuutensa ansiosta jäähdytystä sekä toimii samalla harmonisten yli-10 aaltojen vaimennuskäämityksenä. Alumiiniprofiili on valmistusteknisesti helppo muodostaa esimerkiksi pursottamalla vastaamaan sekä roottorin sydänosien että roottorikeskuksen muotoja.According to another preferred embodiment of the invention, the fastening means comprise a non-magnetic profile which is fitted between the core parts and the rotor center. Preferably, the non-magnetic profile is electrically and thermally conductive. According to a particular embodiment, the non-magnetic profile is aluminum. The separate profile is advantageous for producing and improving cooling due to its thermal conductivity, and at the same time acts as an attenuation coil for harmonic over 10 waves. The aluminum profile is easy to form, for example by extrusion, to match the shape of both the core parts of the rotor and the center of the rotor.

Vielä erään edullisen keksinnön suoritusmuodon mukaan kiinnitysväline käsittää kiristys-pinne, joka vastaa sydänosaan kiinnityspinteeseen, ja kiinnitysväline on kiinnityselimellä 15 kuten ruuvilla kiristettävissä paikalleen. Roottorin kehänsuunnassa vierekkäiset sydänosat on edullisesti kiristettävissä yhteisillä kiinnityselimillä. Roottorin pituussuunnassa on samalla kohtaa useita kiinnityselimiä, joilla kiristetään vierekkäiset sydänosat. Erityisesti sydänosan asema roottorin säteen suunnassa on vielä säädettävissä kiinnitysvälineellä. Kutakin roottorin napaa voidaan säätää yksilöllisesti, jolloin kaikkien napojen asema on asetet-20 tavaksi suhteessa staattoriin. Kiinnitysväline ja sydänosa muodostavat yhdessä muoto lukitun rakenteen, jossa kutakin napaa vastaava kiinnitysvälineen ja sydänosan yhdistelmä on kiinni roottorikeskuksessa yhdellä kiinnityselimellä. Edullisesti kiinnitysväline on kiinnitetty kiinnityselimen avulla ja sydänosa lukittuu sydänosan ja kiinnitysvälineisiin jäqestet-tyj en muoto lukitsevien pinteiden ja niiden vastinosien avulla.According to another preferred embodiment of the invention, the fastening means comprises a clamping clamp corresponding to the core part of the clamp, and the fastening means can be clamped in place by a fastening member 15 such as a screw. Advantageously, adjacent core portions in the circumferential direction of the rotor can be tightened by common fastening means. In the longitudinal direction of the rotor, there are also several fastening means for clamping adjacent portions of the core. In particular, the position of the core member in the radial direction of the rotor is still adjustable by the fastening means. Each rotor hub can be individually adjusted so that the position of all hubs is set relative to the stator. The clamping member and the core member together form a locked structure in which the combination of the clamping member and the core member corresponding to each hub is secured in the rotor center by a single clamping member. Preferably, the fastening means is secured by the fastening member and the core portion is locked to the core portion and the fastening means by means of the locking clamps and their counterparts.

25 Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisesti sen erään suoritusmuodon avulla viitaten piirustuksiin, joissa - kuvio IA esittää erästä keksinnön mukaista roottorin yhden navan sydänosaa - kuvio IB esittää erästä keksinnön mukaista kiinnitysvälinettä ja 3 - kuvio 2 esittää kuvioiden IA ja IB mukaisia osia kiinnitettynä roottorikeskuksen pinnalle.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the following, the invention will be described in detail with reference to the drawings, in which: - Figure 1A shows a core part of one rotor hub according to the invention - Figure 1b shows an attachment device according to the invention;

Kuvio IA esittää päästä katsottuna eräs yhden navan magneettisydämen suoritusmuoto, joka toteuttaa keksinnön mukaisen ratkaisun. Magneettisesti johtavista levyistä on kasattu 5 levypakka 2, joka muodostaa kestomagnetoidun sähkökoneen roottorin navan magneettisydämen. Levypakka 2 on joko koko roottorin pituinen akselin suunnassa tai yhden akselin suuntaisen moduulin mittainen, jolloin moduulit asennetaan peräkkäin muodostamaan roottorin yhden navan. Levypakan 2 päästä nähtynä magneettilevyihin on muodostettu levyjen sivuihin 4 ja 6 kapeat asennusurat 8 ja 10 lähelle levyn ulointa reunaa 12, joka ποιοι 0 dostaa roottorin ulkopinnan valmiissa roottorissa. Kuten kuviosta 2 ilmenee asennusuriin 8 ja 10 sovitetaan lukituslistat 34, jotka tukevat ja lukitsevat kestomagneetit 36 paikallaan radiaalisuunnassa. Levypakan 2 sivuihin 4 ja 6 on edelleen muodostettu kiinnitysurat 14 ja 16 lähelle levypakan sisäreunaa 18, joka on levypakan roottorikeskustan puoleisessa päässä. Levypakka 2 on kasattu kahden pyörötangon varaan, jotka on sovitettu levyissä oleviin 15 reikiin 5. Levypakka on puristettu tiukasti yhteen ja levypakan 2 kumpaankin päähän asennetut päätylevyt 33 on hitsattu pyörötankoihin. Kuviossa IB on esitetty navan kiinnitysvä-line 20, jonka muodostaa pursottamalla valmistettu alumiiniprofiili ja jota vasten levypakan 2 sisäreunaa 18 asetetaan jäljempänä kuvattavalla tavalla. Ahimiiniprofhlin alareunan ensimmäinen pää 22 on muotoiltu hieman kaarevaksi vastaamaan roottorikeskuksen 38 20 (kuvio 2) ulkopintaa. Profiilin 20 alareunan toinen pää 24 on hieman viistetty siten, että alareunan toisen pää 24 ja roottorikeskuksen 38 ulkopinnan väliin jää pieni säätövälys. Profiilin yläreunaan 25 viistetyn pään kohdalle on muodostettu ulkoneva asennuspinne 26, joka vastaa levypakan kiinnitysuraan 16 ja asennuspinne 28, joka vastaa viereisen levypa-ketin 2 kiinnitysuraan 14. Profiilin yläreunaan asennuspinteen 26 viereen kohdalle, josta 25 alareunan viistetty alue alkaa, on muodostettu säätöura 30. Asennuspinteiden 26 ja 28 väliin alumiiniprofiilin läpi on porattu reikä 32, johon kiinnityselimenä toimiva ruuvi 40 (kuvio 2) on sovitettavissa.Figure IA is an end view of an embodiment of a single pole magnetic core which implements the solution of the invention. From the magnetically conductive plates, a plate pack 2 is assembled which forms the magnetic core of the rotor hub of a permanent magnet electrical machine. The plate pack 2 is either the entire length of the rotor in the axial direction or the length of one of the axial modules, the modules being successively mounted to form one rotor hub. Seen from the end of the plate pack 2, the magnetic plates have narrow mounting grooves 8 and 10 on the sides 4 and 6 of the plates close to the outer edge 12 of the plate, which ποιοι 0 gives the outer surface of the rotor in the finished rotor. As shown in Fig. 2, the mounting grooves 8 and 10 are fitted with locking strips 34 which support and lock the permanent magnets 36 in place in the radial direction. Further, on the sides 4 and 6 of the disc pack 2, securing grooves 14 and 16 are formed near the inner edge 18 of the disc pack, which is at the end of the rotor center of the disc pack. The plate pack 2 is assembled on two rotary bars arranged in the holes 15 in the plates 5. The plate pack is tightly pressed together and the end plates 33 mounted at each end of the plate pack 2 are welded to the rotary bars. Fig. 1B shows a hub clamping device 20 formed by an extruded aluminum profile against which the inner edge 18 of the disc pack 2 is positioned as described below. The first end 22 of the lower edge of the ahimin profile is shaped slightly curved to correspond to the outer surface of the rotor center 38 20 (Fig. 2). The other end 24 of the bottom edge of the profile 20 is slightly bevelled so that a small adjustment clearance is left between the other end 24 of the bottom edge and the outer surface of the rotor center 38. At the beveled end of the profile upper edge 25 is formed a protruding mounting clamp 26 which corresponds to a disc pack mounting groove 16 and a mounting clamp 28 corresponding to the adjoining disc pack 2 securing groove 14. At the top of the profile Between the mounting pins 26 and 28, a hole 32 is drilled through the aluminum profile into which the screw 40 (Fig. 2) serving as a fastening element can be fitted.

Kuvion IA mukaisesti valmistettu levypakka 2 sovitetaan kuvion IB mukaiseen alumiini-profiiliin 20 ja asennetaan roottorikeskukseen 38 kuten kuviossa 2 esitetään. Roottorikes-30 kukseen on porattu reiät 42 napojen kiinnitystä varten tasavälein. Napojen lukumäärä on kuvion 2 esimerkissä suhteellisen suuri kuten roottorikeskuksen kaarevuudesta näkyy ja käytännössä napojen lukumäärä voi olla jopa sadan luokkaa. Kiinnitysvälineenä toimiva 4 alumiiniprofiili 2 (joista yksi on esitetty leikkauskuvana kuviossa 2) kiinnitetään kiinni-tyselimenä toimivalla ruuvilla 40 roottorikeskukseen. Ruuvi on tässä kuusiokoloruuvi, mikä säästää tilaa kehänsuunnassa. Levypaketit 2 asennetaan alumiiniprofulin 20 päälle siten, että niiden kiinnitysurat 14 ja 16 vastaavat ahimiiniprofiilin asennuspinteisiin 28 ja 26, jot-5 ka painavat levypaketit 2 kiinni alumiiniprofiiliin 20. Ruuveilla 40, joita luonnollisesti on roottorin pituussuunnassa useita yhdessä profiilissa, kiinnitetään levypaketit ja profiilit paikalleen. Sen jälkeen kiristetään ja säädetään levypakettien asema tarkasti ruuvilla asen-nusprofiilissa olevan säätöuran 30 ja profiilin alareunassa 25 olevan viisteen mahdollistamana. Säätöuran 30 kohdalta heikennetty profiilin osa joustaa ja viisteen suuruus määrää 10 säädön suuruuden. Levypaketti 2 lukitaan näin täsmällisesti oikeaan kohtaan.The plate pack 2 made according to Fig. 1A is fitted to the aluminum profile 20 of Fig. 1B and mounted on the rotor center 38 as shown in Fig. 2. The Rotorikes-30 has been drilled with holes for a 42-pole attachment evenly. In the example of Figure 2, the number of poles is relatively large, as shown by the curvature of the rotor center, and in practice the number of poles can be as high as one hundred. An aluminum profile 2 (one of which is shown in sectional view in Fig. 2) serving as an attachment means is fixed to the rotor center by a screw 40 acting as an attachment member. The screw here is a hex screw, which saves space in the circumferential direction. The plate packs 2 are mounted on the aluminum profile 20 so that their mounting grooves 14 and 16 correspond to the ahimin profile mounting pins 28 and 26, which press the plate packages 2 onto the aluminum profile 20. The screws 40, which are naturally several in the longitudinal rotor Subsequently, the position of the plate packages is tightened and adjusted accurately by the adjustment groove 30 on the screw and the chamfer at the bottom 25 of the profile. At the adjustment groove 30, the weakened section of the profile is flexible and the size of the chamfer determines the size of the 10 adjustments. The plate package 2 is thus precisely locked in the correct position.

Roottorikeskukseen 38 kiinnitettyjen levypakettien 2 väliin sovitetaan kestomagneetit 36 koneen ilmavälin puolelta ja liimataan kiinni asennusprofiilin ja/tai levypakettien sivuseiniin. Kestomagneettien lukitsemiseksi paikalleen levypakettien asennusuriin 8 ja 10 sovitetaan lukituslistat 34.Between the plate packages 2 attached to the rotor center 38, permanent magnets 36 are fitted from the air gap side of the machine and glued to the side walls of the mounting profile and / or plate packages. In order to lock the permanent magnets in place, the locking strips 34 are arranged in the slots mounting grooves 8 and 10.

15 Keksintö on edellä kuvattu sen erään suoritusmuodon avulla. Esitystä ei ole kuitenkaan katsottava patentin suojapiiriä rajoittavaksi, vaan eri toteutusmuodot voivat vaihdella seu-raavien patenttivaatimusten määrittämissä rajoissa. Erityisesti esimerkiksi levypakettien ja asennusprofiilien asennus ja kiinnitys voi tapahtua eri järjestyksessä. Levypaketti voidaan keksinnön ajatuksen puitteissa pinota myös suoraan roottoriin jo kiinnitetyn alumiiniprofii-20 Iin päälle tai levypaketti ja alumiiniprofiili muodostaa yhteiseksi yhden navan käsittäväksi osaksi, joka kiinnitetään roottorikeskukseen. Toisaalta myös kestomagneettien asennus- ja lukitusjärjestely voi poiketa edellä kuvatusta.The invention has been described above with reference to an embodiment thereof. However, the disclosure is not to be construed as limiting the scope of the patent, but the various embodiments may vary within the limits set forth in the following claims. In particular, the installation and fastening of, for example, disk packages and installation profiles may take place in a different order. Within the scope of the invention, the plate package may also be stacked directly on an aluminum profile 20 already attached to the rotor, or the plate package and the aluminum profile may be formed as a common single-pole part which is attached to the rotor center. On the other hand, the mounting and locking arrangement of the permanent magnets may also differ from the above.

Viitenumerot: 2 levypakka; 4 levyn ensimmäinen sivu; 5 reikä; 6 levyn toinen sivu; 8 25 asennusura; 10 asennusura; 12 levyn uloin reuna, roottorin ulkopinta; 14 kiinnitysura; 16 kiinnitysura; 18 levypakan sisäreuna; 20 kiinnitysväline, alumiiniprofiili; 22 alumiiniprofiilin ensimmäinen pää; 24 alumiiniprofiilin toinen pää; 25 profiilin alareuna; 26 asennus-pinne; 28 asennuspinne; 30 säätöura; 32 reikä; 33 päätylevy; 34 lukituslista; 36 kestomagneetti; 38 roottorikeskus; 40 kiinnityselin, ruuvi; 42 reikä.Reference numbers: 2 disc pack; First page of 4 discs; 5 hole; 6 sides of a disc; 8 25 mounting grooves; 10 mounting grooves; 12 outer edges of the plate, outer surface of the rotor; 14 mounting grooves; 16 mounting grooves; 18 inner edges of the disc stack; 20 fastener, aluminum profile; 22 first end of aluminum profile; One end of 24 aluminum profiles; 25 bottom of profile; 26 mounting clamps; 28 mounting clips; 30 adjustment grooves; 32 hole; 33 end plate; 34 locking laths; 36 permanent magnets; 38 rotor center; 40 mounting bracket, screw; 42 hole.

Claims

A rotary magnetized electric motor rotor, in which is located a rotor center (38) fitted on the shaft of the electric motor and comprising at least one magnetically conductive plate-shaped magnetic core (2) and permanent magnets (36), which are fitted between rotor centers (38) and the rotor surface directed toward the air gap of the electric motor, each poem's magnetic core being formed by a core portion (2) separated from the core portions (2) of the other poles, wherein in the space between two adjacent core portions, there is a space holding a permanent magnet (36 , characterized in that fasteners (20) for attaching the core (2) to rotor centers (38) are provided in the root end of the core part and that the fasteners (20) comprise an non-magnetic profile which fits between the core parts (2) and the rotor center (38). ).

2. A rotor according to claim 1, characterized in that fasteners (20) are provided in the core parts of the core part (2) in the peripheral direction of the rotor part (2).

3. A rotor according to claim 1, characterized in that the non-magnetic profi (20) is electrically conductive and heat conducting.

4. A rotor according to claim 1, characterized in that the non-magnetic profile (20) consists of aluminum.

5. A rotor according to claim 1, characterized in that the fastening device (20) comprises a mounting clamp (26,28) which fits into the core part's fastening latch (14,16) and the fastening device 20 (20) can be tensioned in place with a fastening means (40). ).

6. A rotor according to claim 1, characterized in that adjacent core parts (2) in the circumferential direction of the rotor can be clamped together with common fastening means (40).

7. A rotor according to claim 1, characterized in that the position of the core part (2) in the radial direction of the rotor can be adjusted with the fastening device (20).