FI119960B - Sähkökoneen roottorin napamoduuli ja sähkökoneen roottori - Google Patents

Description

SÄHKÖKONEEN ROOTTORIN NAPAMODUULI JA SÄHKÖKONEEN ROOTTORI

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen sähkökoneen roottorin napamoduuliin ja patenttivaatimuksen 8 johdanto-osan mukaiseen sähkökoneen roottoriin.

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 levypaketit. Kestomagneettien ja levypakettien mitoituksen suunnitteluperusteena on sähkökoneen tarvitsema magnetointiteho. Mekaaniseen rakenteeseen ja eri osien kiinnityk-10 seen vaikuttavat muun muassa niihin vaikuttavat voimat ja sähkökoneen koko.

Sähkökoneissa, joissa napaluku ja roottorin halkaisija on suuri, varsinkin pienen vakoluvun koneissa, joissa staattorissa on keskitetty käämitys, asettaa magnetoinnin jäljestäminen erityisiä vaatimuksia. Näissä koneissa vakoluku q < 1, kun vakoluku 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. Edellä mainitun pintamagneetin käyttäminen ei usein ole mahdollista, koska pintamagneeteilla ei saada riittävää magneettivuon tiheyttä raskaasti kuor-20 mitetuissa käytöissä.

Kestomagneettien ja magneettisydämien luotettava kiinnitys on järjestettävä niin, että magneettivuon kulkua ei häiritä. Kestomagnetoidun sähkökoneen hyvä hyötysuhde edellyttää myös että hajavuo mahdollisimman pieni. Halkaisijaltaan suurten magneettisydämien käsittely sähkökoneen valmistuksen aikana on hankalaa, minkä vuoksi tuotanto ja valmis-25 tustekniikka on suunniteltava etukäteen siten, että koneen osia voidaan valmistaa etukäteen pienempinä ja helpommin käsiteltävinä osina.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on luoda tehokas ja edullisen roottorin naparakenne suuren halkaisijan sähkökoneeseen. Tämän aikaansaamiseksi keksinnön mukainen napa-moduuli tunnetaan patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkki-osan ominaispiirteistä. Keksinnön 30 mukainen roottori tunnetaan patenttivaatimuksen 8 tunnusmerkki-osan ominaispiirteistä.

2

Keksinnön eräät muut edulliset suoritusmuodot tunnetaan epäitsenäisten patenttivaatimusten tunnusmerkeistä.

Keksinnönmukaisella ratkaisulla sähkökoneen roottorin naparakenne on muodostettu useista napamoduuleista, jotka on kiinnitetty kehänsuunnassa peräkkäin roottorin ulkopin-5 nalle. Napamoduulien magneettilevypaketit on valmistettavissa erikseen. Näin niiden käsittely on helpompaa ja ne voidaan tehdä erillisinä valmiiksi asti. Roottorikeskukselle asennettavien osien määrä ja roottorikeskukseen tehtävien porauksien määrä pienenee olennaisesti keksinnön mukaisella ratkaisulla. Roottorin valmistusaika kokoonpanossa ja asennus-aika tehtaalla lyhenee myös merkittävästi. Ratkaisu myös edesauttaa valmistuksen ja ko-10 koonpanon automatisointia.

Keksinnön mukaisella ratkaisulla runkorakenteen valmistus yksinkertaistuu ja helpottuu olennaisesti, kun runkorakenne tehdään pursottamalla alumiinista eikä se vaadi koneistusta. Lisäksi keksinnön mukainen rakenne minimoi napojen välisen hajavuon, jolloin koneen hyötysuhde paranee.

15 Keksinnön kohteena olevalla roottorilla roottorin magneettipiirin sydänosa on muodostettu roottorin ulkokehälle sovitetuista moduuleista, jolloin kuhunkin moduulin on sovitettavissa ainakin kaksi kestomagneettia roottorin kehänsuunnassa ja että moduuli muodostaa kaksi napaa, ja että napamoduulit ovat kiinnitettävissä roottorikeskukseen. Roottorin valmistusaika nopeutuu ja erityisesti kokoonpanoaika tehtaalla pienenee, kun valmiit napamoduulit 20 voidaan kiinnittää roottorikeskukseen.

Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaan napamoduuli on neljän roottorin navan levyinen. Runkorakenne moduulit voidaan näin kiinnittää roottorikeskukseen tasaisin välein kehän suunnassa, jolloin kiinnitysruuvit ovat joka toisen kestomagneetin alapuolella..

Erään edullisen suoritusmuodon mukaan napamoduuli on kiinnitettävissä runko-osastaan 25 roottorikeskukseen levypakettien välistä. Runko-osa voidaan kiinnittää tällöin ilman kestomagneetteja, jotka on asennettavissa jälkeenpäin esimerkiksi roottorin radiaalisuunnassa, ja lukittavissa paikalleen kiinnityslistalla, joka sovitetaan levypaketeissa oleviin uriin Asennuksen aikana kestomagneetit voivat olla magnetoimattomia, mikä helpottaa niiden käsittelyä, jolloin kestomagneetit magnetoidaan oikeansuuntaisesti paikalleen asettamisen 30 jälkeen. Keksinnön puitteissa voidaan toisaalta käyttää myös valmiiksi magnetoituja kestomagneetteja. Kestomagneettien päälle sovitettava kiinnitys lista paitsi tukee kestomag- 3 neetteja keskipakovoimia vastaan suojaa myös kestomagneetteja likaantumiselta ja korroosiolta.

Keksinnön erään edullisen piirteen mukaisesti levypaketti ja runko-osa on lukittu toisiinsa muoto lukitsevalla liitoksella. Käyttökelpoisia ja toimivia liitoksia ovat erityisesti lohen-5 pyrstöliitos tai T-ura liitos, joista on tunnetussa tekniikassa useita esimerkkejä. Esillä olevan keksinnön yhteydessä ne mahdollistavat toimivan ja käytännöllisen kokoonpanon sekä joustavan vaihtelun kokoonpanojäijestyksessä. Levypaketti voidaan sovittaa kokonaisena tai lyhyempinä osina runko-osaan taikka jopa levy kerrallaan.

Vielä erään edullisen piirteen mukaisesti epämagneettinen runko-osa on alumiinia. Alu-10 miini on runko-osan materiaalina käyttökelpoinen sekä sähköisten, magneettisten että lujuusominaisuuksien puolesta. Pursottamalla alumiinista on helppoa ja edullista valmistaa riittävän mittatarkka kappale.

Erään edullisen suoritusmuodon mukaan roottorikeskus on epämagneettista ja sähköjohta-vaa, jolloin roottorikeskus toimii samalla vaimennuskääminä vaimentaen sykkivää vuota 15 pienentäen näin tästä johtuvia häviöitä. Lämmönjohtavuutensa ansiosta alumiininen runko-osa myös edesauttaa roottorin jäähtymistä.

Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisesti sen eräiden suoritusmuotojen avulla viitaten piirustuksiin, joissa - kuvio 1 esittää keksinnön mukaista napamoduulia, 20 - kuvio 2 esittää erästä keksinnön mukaista napamoduulia roottoriin asennettuna ja - kuvio 3 esittää erästä toista keksinnön mukaista napamoduulia roottoriin asennettuna.

Kuviossa 1 on esitetty eräs keksinnön mukainen napamoduuli katsottuna moduulin päästä. Moduulin leveys on roottorin kehän suunnassa kolmen magneettinavan mittainen ja siinä 25 on alumiinista pursotettu runkorakenne 2.. Moduuli on koneen akselin suunnassa roottorin pituinen. Runkorakenteen sisäpinta 4 on hieman kaareva vastaten roottorikeskuksen sylin-terimäistä ulkopintaa. Roottorin kehänsuunnassa runkorakenteen 2 toisessa päässä on asennuslovi 3 ja toisessa päässä vastaava asennusuloke 5. Moduulin runkorakenteen ulkopinnalla on lohenpyrstön muotoiset ulokkeet eli vaarnat 6 kunkin magneettinavan 8 koh- 4 dalla. Vastaava lohenpyrstöliitoksen lovi 12 on muodostettu magneettisesti johtavista levyistä muodostetun levypaketin 10 alareunaan. Levypaketit 10 muodostavat roottorin magneettisen roottorisydämen. Roottorisydämet magnetoidaan niiden väliin asetetuilla kestomagneeteilla niin, että kehän suunnassa niistä muodostuu vuorotellen roottorin N- ja S-5 napa. Niiden yläreuna muodostaa roottorin ulkopinnan, joka on kohti sähkökoneen ilma-väliä. Edullisesti levypakettien sivuseinät 14 on leikattu hieman vinoiksi siten, että vierekkäisten levypakettien väliin jää suorakaiteen muotoinen tila 15 kestomagneettia varten. Levypakettien sivuseinien 14 uloimpaan osaan on muodostettu kapeat kiinnitysurat 16, joihin sovitetaan kestomagneettien 18 kiinnityslistat 20 (kuvio 2) sen jälkeen kun kestomagneetit 10 on asetettu paikoilleen. Roottorisydämin on porattu reiät 22, joihin sovitetuilla kierretan-goilla 24 roottorisydämen levyt on puristettu kasaan navan päätylevyjen 26 avulla.

Kuviossa 2 on kuvattu napamoduuli 30 kiinnitettynä roottorikeskukseen 28. Napamoduu-lissa 30 on neljä napaa, mutta muilta osin se vastaa kuvion 1 moduulia, ja tosiaan vastaavat osat on numeroitu samoilla viitenumeroilla kuviossa 1 ja 2.

15 Roottoria valmistettaessa napamoduulin runkorakenteeseen kiinnitetään lohenpyrstöliitok-sella roottorisydämen muodostavat levypaketit 10. Levypakettien levyt on valmistettu esimerkiksi leikkaamalla ne levyleikkaimella oikean muotoisiksi. Levypaketit on puristettu niiden päihin sovitetuilla päätylevyillä 26 ja levypakettien läpi menevillä kierretangoilla 24 tiukasti yhteen. Kunkin napamoduulin runko-osa 2’ kiinnitetään roottorikeskukseen 28 ke-20 hän suunnassa kahdella pultilla 32, jotka sovitetaan napasydänten välissä oleviin reikiin 34. Roottorin akselin suunnassa kiinnityspultteja 32 on roottorin pituudesta riippuva määrä. Napamoduulin runko-osan 2’ pohjan 31 kaarevuus vastaa roottorikeskuksen 28 ulkokehän pinnan kaarevuutta. Pultit 32 on sovitettu napamoduulin kahden reunimmaisen kestomagneetteja 18 varten olevan aukon kohdalle. Napamoduulin toisella sivulla on roottorin ke-25 hänsuuntainen asennuslovi 38 ja toisella sivulla vastaava asennusuloke 40, joilla napamo-duulit asemoidaan ja tuetaan toisiinsa nähden. Paikalleen kiinnitettyyn napamoduuliin asetetaan kestomagneetit 18 roottorin säteen suuntaisesti levypakettien 10 väliin. Osa kesto-magneeteista on siten yhden napamoduulin levypakettien välissä ja osa kahden vierekkäisen napamoduulin äärimmäisten levypakettien välissä. Kestomagneetit liimataan napamo-30 duuliin kiinni ja kestomagneettien ilmavälin puoleiselle sivulla asetetaan kiinnityslista 20 sitä varten muodostettuihin kiinnitysuriin 16. Kiinnityslistat tukevat kestomagneetteja keskipakovoimia vastaan ja suojaavat kestomagneetteja korroosiolta ja ympäristön muilta haitallisilta vaikutuksilta.

5

Keksinnön ajatukseen kuuluu myös napamoduulien kokoaminen suoraan roottorikeskuk-sen pinnalle, jolloin runko-osa kiinnitetään ensin roottorikeskukseen ja sen jälkeen sovitetaan levypaketit ja edelleen kestomagneetit paikoilleen. Runko-osat voidaan tällöin kiinnittää myös levypaketin kohdalta.

5 Kuviossa 3 on esitetty keksinnön suoritusmuoto, jossa levypakettien ja runko-osan kiinnitys poikkeaa kuvion 2 suoritusmuodosta. Kuvion 3 viitenumerot vastaavat soveltuvin osin aiemmin käytettyä numerointia, runko-osaan 42 on muodostettu T-muotoinen vaarna 44 ja vastaavasti levypakettiin 43 siihen sovitettava T-muotoinen ura 46. Levypaketin sivuseinän uloimpaan reunaan on muodostettu pinteet 48, jotka tukevat kestomagneetteja 18 keskipa- 10 kovoimia vastaan. Kestomagneetit 18 asennetaan tässä suoritusmuodossa roottorin akselin suunnassa joko levypakettien välisiin aukkoihin tai samanaikaisesti levypakettien 43 kanssa. Korroosiosuojaksi on kestomagneettien ulkopinta 45 pinnoitettu esimerkiksi lakalla tai hartsilla. Runko-osa 42 on kiinnitetty roottorikeskuksen 52 läpi ulottuvilla ruuveilla 50, jotka kiristetään roottorikeskuksen 52 sisäpuolelta.

15 Kuvioissa 2 ja 3 esitettyjä suoritusmuotoja voi soveltuvin osin myös yhdistellä keksinnön ajatuksen toteuttamiseksi. Levypaketin ja runko-osan välinen kiinnitys voidaan tehdä myös päätylevyjen avulla, jolloin päätylevyt on kiinnitetty pulteilla myös runko-osan päätyihin. Vierekkäisten runko-osien liitoskohta voi olla myös edellä kuvatun asemasta esimerkiksi kaareva taikka kokonaan tai osittain viisto.

20 Napojen lukumäärä keksinnönmukaisessa roottorissa on suuri, ainakin yli kymmenen. Keksinnön mukaisella ratkaisulla toteutetaan tehokkaasti roottoreita, joiden napaluku on useita kymmeniä, tai yli sadan luokkaa. Sähkökoneissa, joissa on keskitetty käämitys, jolloin käämikerros on käämitty yhden hampaan ympärille, keksinnön mukainen roottori erityisen käyttökelpoinen.

25 Keksintö on edellä kuvattu sen eräiden suoritusmuotojen avulla. Esitystä ei ole kuitenkaan katsottava patentin suojapiiriä rajoittavaksi, vaan eri toteutusmuodot voivat vaihdella seu-raavien patenttivaatimusten määrittämissä rajoissa. Esimerkiksi napamoduulin runko-osa voi ulottua kehän suunnassa levypaketin ja kestomagneetin rajan kohdalle. Silloin kun na-pamoduuli kootaan suoraan roottorikeskukselle, voi runko-osien liitoskohta olla myös le- 30 vypaketin kohdalla.

6

Viitenumerot: 2, 2’ runkorakenne; 3 asennuslovi; 4 runkorakenteen sisäpinta; 5 asen-nusuloke; 6 lohenpyrstövaama; 8 magneettinapa; 10 levypaketti; 12 lohenpyrstölovi; 14 5 levypaketin sivuseinä; 15 tila kestomagneetille; 16 kiinnitysura; 18 kestomagneetti: 20 kiinnityslista; 22 reikä; 24 kierretanko; 26 päätylevy; 28 roottorikeskus; 30 napamoduuli; 31 runko-osan pohja; 32 kiinnityspultti; 34 reikä; 38 asennuslovi; 40 asennusuloke; 42 runko-osa; 44 T-vaama; 45 kestomagneetin ulkopinta; 46 T-ura; 48 pinne; 50 ruuvi; 52 roottorikeskus 10

Claims (11)

1. Napamoduuli (30) sähkökoneen roottoria varten, tunnettu siitä, että se käsittää ainakin kahden roottorin navan (8) levyisen epämagneettisen runko-osan (2,2’) ja ainakin kaksi runko-osaan (2,2’) kiinnitettyä levypakettia (10), jotka muodostavat roottorin ainakin kaksi 5 napaa (8), jolloin napamoduulissa (30) kahden vierekkäisen levypaketin (10) väliin jää aukko (15), johon kestomagneettipala (18) on sovitettavissa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen napamoduuli, tunnettu siitä, että napamoduuli (30) on neljän roottorin navan (8) levyinen.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen napamoduuli, tunnettu siitä, että napamoduuli (30) 10 on kiinnitettävissä runko-osastaan (2,2’) levypakettien välistä roottorikeskukseen (28).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen napamoduuli, tunnettu siitä, että kestomagneetit (18) on asennettavissa napamoduuliin (30) roottorin radiaalisuunnassa napamoduulin (30) kiinnittämisen jälkeen ja lukittavissa paikoilleen kiinnityslistoilla (20).

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen roottori, tunnettu siitä, että levy-15 paketti (10) ja runko-osa (2,2’) on lukittu toisiinsa muotolukitsevalla liitoksella (6,12).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen roottori, tunnettu siitä, että levypaketti ja runko-osa on lukittu toisiinsa lohenpyrstöliitoksella (6,12) tai T-ura (44,46) liitoksella.

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen roottori, tunnettu siitä, että epä-magneettinen runko-osa (2,2’) on alumiinia.

8. Kestomagneeteilla magnetoidun sähkökoneen roottori, jonka magneettipiiri käsittää magneettisesti johtavasta levypaketeista (10) muodostetun sydänosan, johon kestomagneetit (18) on sovitettu ja jonka sähkökoneen napaluku on suuri, tunnettu siitä, että sydänosa on muodostettu roottorin ulkokehälle sovitetuista moduuleista (30), jolloin kuhunkin moduulin (30) on sovitettavissa ainakin kaksi kestomagneettia (18), jotka on sovitettu levypa-25 kettien väliin, ja että moduuli muodostaa vastaavasti ainakin kaksi napaa (8), ja että napa-moduulit (30) ovat kiinnitettävissä roottorikeskukseen (28).

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen roottori, tunnettu siitä, että napamoduulit (30) käsittävät levypaketin (10) ja siihen kiinnitetyn epämagneettisen runko-osan (2,2’).

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen roottori, tunnettu siitä, että epämagneettinen runko-osan (2,2’) on sähköä ja lämpöä johtavaa.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 8-10 mukainen roottori, tunnettu siitä, että napamoduulit (30) käsittävät roottorin ulkokehälle antavat aukot (15) kestomagneetteja (18) varten, ja 5 että aukot (15) on suljettavissa kiinnityslistoilla (20).