FI122755B

FI122755B - Liitos ja liitosmenetelmä kestomagneettitahtikohteessa

Info

Publication number: FI122755B
Application number: FI20115075A
Authority: FI
Inventors: Ari Piispanen; Asko Parviainen
Original assignee: Axco Motors Oy
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2012-06-29
Also published as: WO2012101327A1; EP2668710B1; US20140028144A1; US9660494B2; EP2668710A4; FI20115075A0; EP2668710A1

Abstract

Keksinnön kohteena on kestomagneettitahtikoneen kuparia olevien oikosulkurenkaan (1) ja vaimennuskäämin sauvan (2) välinen liitos, jossa sauvan pää liitetään oikosulkurenkaassa olevaan reikään (9) hitsaamalla ne toisiinsa vastinpinnoistaan. Edelleen keksinnön kohteena on vastaava menetelmä. Keksinnön mukaisesti oikosulkurenkaaseen (1) kuuluu estorakenne oikosulkurenkaan ja sauvan välisestä hitsistä laajemmalle oikosulkurenkaaseen johtuvan lämpövuon rajoittamiseksi.

Description

LIITOS JA LIITOSMENETELMÄ KESTOMAGNEETTITAHTIKONEESSA KEKSINNÖN ALA

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-5 osassa määritetty liitos sekä patenttivaatimuksen 6 johdanto-osassa määritelty menetelmä kestomagneetti-tahtikoneen kuparia olevien oikosulkurenkaiden ja vai-mennuskäämin sauvan hitsaamiseksi toisiinsa.

10 KEKSINNÖN TAUSTA

Suoraan verkossa käyvä kestomagneettitahtikone vaatii perinteisen tahtikoneen tyyppisen vaimennuskäämin roottoriin. Edullisesti vaimennuskäämi valmistetaan kuparista.

15

Perinteisessä tahtikoneessa vaimennuskäämin sauvat ja oikosulkurengas juotetaan tyypillisesti toisiinsa kiinni. Juottaminen vaatii huomattavan paljon lämmön-tuontia juotoskohtaan. Koska kupari johtaa erittäin 20 hyvin lämpöä, siirtyy lämpö roottoriin tehokkaasti.

Perinteisen tahtikoneen roottorin valmistuksen tapauksessa tämä ei ole ongelma.

Sen sijaan kestomagneettitahtikoneessa kestomagneetit 25 eivät kestä korkeita lämpötiloja, vaan tällaisessa lä-^ hes avoimessa magneettipiirissä lämpötilan on pysyttäen vä alle 100°C. Tämän vuoksi kuparisten vaimennuskäämin

CM

sauvojen ja oikosulkurenkaan liitos on tehtävä muulla o 1 tavoin.

° 30

X

£ Hitsaus on juotosta parempi kupariosien liitosmenetel- m mä sen vuoksi, että se on nopeampi ja siinä tarvittava t'" § lämpömäärä on pienempi. Kuitenkin hitsaamalla suoraan ^ oikosulkurengas ja vaimennuskäämin sauva toisiinsa ^ 35 johtuu lämpöä kestomagneetteihin siinä määrin, että ne tuhoutuvat.

2

KEKSINNÖN TARKOITUS

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä esitetyt tunnetun tekniikan epäkohdat. Erityisesti keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uudenlainen hitsausmene-5 telmä sekä liitos, joiden avulla kupariset oikosulku-rengas ja vaimennuskäämin sauva voidaan hitsata toisiinsa kestomagneettitahtikoneen kestomagneetteja tuhoamatta .

10 KEKSINNÖN YHTEENVETO

Keksinnön mukaisessa kestomagneettitahtikoneen kuparia olevien oikosulkurenkaan ja vaimennuskäämin sauvan välisessä liitoksessa sauvan pää liitetään oikosulkuren-15 kaassa olevaan reikään hitsaamalla ne toisiinsa vas-tinpinnoistaan. Keksinnön mukaisesti oikosulkurenkaa- seen kuuluu estorakenne oikosulkurenkaan ja sauvan välisestä hitsistä laajemmalle oikosulkurenkaaseen johtuvan lämpövuon rajoittamiseksi. Keksinnön mukaisella 20 estorakenteella siis estetään lämmön siirtymistä pois suoritettavan hitsauksen alueelta. Ensiksikin tällä estetään lähellä olevien kestomagneettien liiallinen lämpiäminen ja niiden tuhoutuminen. Toiseksi estorakenne pidättää lämpöä hitsin alueella niin, että hit-25 siin tarvittava lämpötila saavutetaan pienemmällä ko- konaislämpömäärällä. Näin hitsaus estorakenteen ansi- osta saadaan toteutetuksi nopeammin ja vähemmällä läm- ^ möllä.

o ^ 30 Eräässä keksinnön sovelluksessa estorakenteen muodos- o x taa reiän ympärillä oleva holkkimainen reunus, jolloin cc “ oikosulkurenkaan ja sauvan välinen hitsausliitos muo- rC dostuu oikosulkurenkaan reiän holkkimaisen reunuksen o !£ ja sauvan välille, o 35

CM

3

Kuparin sulamispiste on 1083°C ja tämä lämpötila on saavutettava saumassa silloin kun kuparia hitsataan. Toisaalta kestomagneettien ylin sallittu lämpötila on noin 100°C. Nämä ovat lämpötila-arvot, joita ei voi 5 muuttaa. Näin keksinnössä on lähdetty siitä, että käytetään pienempää kokonaislämpömäärää ja keskitetään se estorakenteen avulla tarkemmin ja nopeammin hitsattavan sauman alueelle.

10 Täten keksinnön perusideana on rajoittaa lämmön vapaata johtumista kuparissa eteenpäin kohti kestomagneetteja. Näin lämmön keskittyessä tai pysyessä tarkemmin rajatulla alueella eli hitsausalueella hitsaukseen tarvittava lämpömäärä on pienempi ja hitsaus tapahtuu 15 nopeammin. Kun hitsaus saadaan tehdyksi nopeammin, on kupariin siirtynyt lämpömäärä pienempi ja näin kuparia pitkin kohti magneetteja johtuva lämpömäärä on myös pienempi, mikä automaattisesti johtaa alempiin lämpötiloihin kestomagneettien kohdalla.

20

Eräässä keksinnön sovelluksessa estorakenteen muodostaa reiän ympärille etäisyydelle siitä tehty rengasmainen ura. Näin avoin ura ei johda merkittävästi lämpöä, vaan lämpö keskittyy hitsaussaumaan. Toisessa 25 keksinnön sovelluksessa estorakenteen holkkimaisen reunuksen muodostaa oikosulkurenkaan pinnasta ylöspäin reiän reunassa ulottuva rengasmainen vaippa. Toimin-

CM

i- nallisesti molemmat rakenteet ovat samanlaisia eli o ^ hitsattaessa sauva oikosulkurenkaan reikään lämpö ei cp 30 pääse vapaasti johtumaan oikosulkurenkaan pinnan suun- o nassa, vaan ensiksi hitsattavan sauman ja sauvan suunni; nassa.

Q_

LO

^ Edullisessa keksinnön sovelluksessa myös sauvan päätä

LO

t- 35 on muotoiltu lämmön vapaan siirtymisen rajoittamiseksi ^ ja lämmön keskittämiseksi tarkemmin ja nopeammin vain hitsattavaan saumaan. Täten sauvan päähän kuuluu kes- 4 keinen syvennys, mikä muodostaa sauvan päähän holkki-maisen reunuksen. Näin sekä oikosulkurenkaassa että sauvan päässä on molemmissa putkimaiset ja suhteellisen ohuet osat, joiden alueelta ne hitsataan toisiinsa 5 kiinni. Hitsauksessa tarvittava lämpö keskittyy näiden putkimaisten osien alueelle eikä pääse johtumaan oi-kosulkurenkaaseen tai sauvaan välittömästi poikittais-suunnassa.

10 Edelleen keksinnön kohteena on menetelmä kestomagneet-titahtikoneen kuparia olevien oikosulkurenkaan ja vai-mennuskäämin sauvan hitsaamiseksi toisiinsa, jossa sauvan pää liitetään oikosulkurenkaassa olevaan reikään hitsaamalla ne toisiinsa vastinpinnoistaan. Kek-15 sinnön mukaisesti hitsattavien vastinpintojen läheisyydessä ainakin toista hitsattavista kappaleista muotoillaan siten, että lämmön vapaata johtumista hitsattaviin kappaleisiin hitsin ulkopuolelle rajoitetaan.

20 Eräässä keksinnön sovelluksessa lämmön vapaata johtu mista oikosulkurenkaaseen rajoitetaan työstämällä oikosulkurenkaassa olevan reiän ympärille etäisyydelle siitä ura. Edelleen lämmön vapaata johtumista kohti kestomagneetteja voidaan rajoittaa järjestämällä sau-25 van päähän keskeinen aukko.

Kestomagneetteja vahingoittavan lämmön lisäksi engelin mia hitsauksessa aiheuttaa tai jopa hitsauksen estää o ^ hitsattavalla alueella vaikuttavat magneettikentät.

st o 30 Sula kupari ei pysy paikallaan hrtsrssä vaan se lentää o paikaltaan voimakkaassa magneettikentässä. Tämän vuokin si edullisesti ennen hitsausta kestomagneettitahtiko-

CL

neen magneettipiiri oikosuljetaan hitsattavalta aluin ^ eelta hitsausta estävien magneettivoiden minimoimisek- m T- 35 si. Oikosulku voidaan tehdä massiivisella rautamassal- ^ la, joka ulottuu roottorin oikosulkurenkaan alta sau vojen ympäriltä ja kontaktista niihin pitkin roottorin 5 ulkovaippaa hitsattavalla alueella. Massiivisella massalla saadaan hajavuot minimoiduiksi, mikä jo sinällään mahdollistaa hitsaamisen. Lisäksi napojen oi-kosulkeminen muuttaa kestomagneettien toimintapistettä 5 siten, että magneetit kestävät korkeampia lämpötiloja degeneroitumatta termisesti. Edelleen massiivinen kappale imee lämpöä alentaen magneettien lämpenemistä hitsauksen alueella. Lisäksi massiivisessa kappaleessa voi olla virtaavaan nesteeseen tai kaasuun perustuva 10 jäähdytyskierto, jolla tehostetaan navan jäähtymistä hitsattavalla alueella.

Keksinnön mukaisella liitoksella ja menetelmällä saavutetaan merkittäviä etuja tunnettuun tekniikkaan ver-15 rattuna. Keksintö mahdollistaa kestomagneettitahtiko- neissa oikosulkurenkaan ja vaimennuskäämin sauvan hitsaamisen toisiinsa kestomagneetteja vahingoittamatta. Edelleen keksinnön avulla hitsaus voidaan tehdä tunnettua tekniikkaa nopeammin ja pienemmällä lämpömää-20 rällä mitenkään heikentämättä itse syntyvän hitsin laatua.

KUVALUETTELO

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti 25 viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää erästä keksinnön mukaista liitosta, ^ kuva 2 esittää toista keksinnön mukaista liitosta, o kuva 3 esittää kolmatta keksinnön mukaista liitosta, <M ' .4 kuva 4 esittää neljättä keksinnön mukaista liitosta ja o ^ 30 kuva 5 esittää kaaviollisesti magneettipiirin oikosul- ° kua.

x cc

CL

to KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS

o !£ Kuvan 1 esittämässä keksinnön sovelluksessa kuparia o 35 olevassa oikosulkurenkaassa 1 on reikä 9, jonka poik- kileikkausmuoto vastaa siihen kiinni hitsattavan kupa- 6 ria olevan sauvan 2 poikkileikkausta niin, että ne ovat suhteellisen tiiviisti vastinpinnat vastakkain. Sauva 2 on suora ja tasapaksu, suorapäinen kappale. Oikosulkurenkaan 1 pinnalle reiän 9 ympärille on tehty 5 etäisyydelle reiästä sitä kiertävä renkaan muotoinen ura 5 niin, että reiän 9 ja uran 5 väliin jää holkki-mainen reunus 3.

Oikosulkurenkaan 1 ja sauvan 2 välinen hitsausliitos 4 10 tehdään sitten pääasiassa holkkimaisen reunuksen 3 korkeudella. Kun hitsaus tapahtuu reunuksen 3 alueella, ei lämpö pääse suoraan johtumaan ympärille oi-kosulkurenkaaseen 1, koska ura 5 estää lämmön johtumista. Näin lämpö keskittyy tarkemmin hitsausliitoksen 15 4 alueelle, mistä johtuen hitsauksessa tarvittava ko- konaislämpömäärä on pienempi, mikä luonnollisesti alentaa koko kappaleen eri osien lämpötiloja hitsauksen aikana ja sen jälkeen.

20 Kuvassa 2 on esitetty kuvan 1 sovellusta vielä tehokkaampi sovellus, jossa kuvan 1 sovellukseen on vielä lisätty kuparisauvan 2 päähän syvennys 7 eli sopivan pituinen poraus. Se on esimerkiksi saman syvyinen kuin reikää 9 ympäröivän uran 5 syvyys. Näin myös sauvan 2 25 päähän sen ulkokehälle muodostuu holkkimainen reunus 8. Tällä tavoin hitsausliitos 4 syntyy kahden holkkimaisen reunuksen 3 ja 8 väliin eli kahden suhteellisen

OJ

^ ohuen putken sisäkkäisenä liitoksena. Näin hitsaukses- sa syntyvä lämpö ei pääse johtumaan ulospäin tai si-S* 30 säänpäin vaan ainoastaan hitsauksen eli sauvan pituus- o suunnassa. Tällöin hitsaus tapahtuu nopeasti ja vähällä sellä lämpömäärällä hitsisauma saadaan lämpiämään tar-

CL

vittavaan hitsauslämpötilaan. m I'-- o m 35 Kuvassa 3 on esitetty keksinnön sovellus, jossa kuvien ^ 1 ja 2 mukainen estorakenne eli ura 5 on korvattu muunlaisella rakenteella. Oikosulkurenkaan 1 reiän 9 7 ympärille renkaan pinnasta ylöspäin on muodostettu rengasmainen vaippa 6 eli reiän 9 pituutta oikosulku-renkaan paksuudesta lisäävä kehä. Kun sauvan 2 pää sitten sijoitetaan tämän renkaanmuotoisen vaipan 6 5 reunan tasalle, voidaan hitsausliitos 4 tehdä sauvan pään ja vaipan 6 välillä niin, että lämpö ei pääse johtumaan oikosulkurenkaaseen merkittävästi kuvassa vaakasuunnassa.

10 Kuvassa 4 on kuvan 3 sovelluksesta parannettu tehokkaampi sovellus, joka vastaa kuvan 2 sovellusta. Siinä myös sauvan 2 päähän on muodostettu syvennys 7 eli poraus 7, mikä kuvan 2 sovellusta vastaavalla tavalla muodostaa sauvan ja oikosulkurenkaan välille vain ohu-15 et putkimaiset renkaat, joiden välille hitsausliitos 4 tehdään.

Kuvassa 5 on kaaviollisesti esitetty osa kestomagneet-titahtikoneen roottorista. Roottorin päässä on kupari-20 nen oikosulkurengas 1, jossa oleviin reikiin 9 hitsataan kiinni kuparia olevat vaimennuskäämin sauvat 2. Roottorin levyrakenteinen runko 10 ei ole kiinni oi-kosulkurenkaassa 1, vaan etäisyydellä siitä niin, että oikosulkurengas 1 tukeutuu runkoon 10 sauvojen 2 väli-25 tyksellä.

Rungossa 10 peitossa olevat kestomagneetit aiheuttavat

C\J

^ voimakkaan magneettikentän myös oikosulkurenkaan ja ^ sauvojen väliselle hitsattavalle alueelle, mikä estää sl- <9 30 hitsauksen. Tämän vuoksi ennen hitsausta kestomagneet- o titahtikoneen magneettipiiri on oikosuljettava hitsat- tavalta alueelta hitsausta estävän magneettivuon mini- Q_ moimiseksi. Kuvan 5 mukaisesti oikosulku tehdään mäsin o siivisella rautakappaleella 12, jossa on sormimaiset

LO

35 ulokkeet 11, jotka ulottuvat sauvojen 2 välissä oi-S kosulkurenkaan 1 alle ja ovat suorassa galvaanisessa kontaktissa sauvoihin. Kappale 12 ulottuu roottorin 8 rungon 10 pinnalla sekä sen akselin että kehän suunnassa peittäen roottoria niin, että se oikosulkee magneettipiirin riittävästi hitsattavalta alueelta.

5 Rautakappaleeseen 12 on myös piirretty liitosyhteet 13 ja 14 ja rautakappaleen sisään on järjestetty virtaus-kanava, joka yhdistää liitosyhteet 13 ja 14 toisiinsa. Yhdistämällä liitosyhteisiin sopivat letkut voidaan rautakappaleen läpi kierrättää sopivaa jäähdyttävää 10 nestettä tai kaasua. Näin estetään lämmön siirtymistä sauvoja 2 pitkin runkoon 10 ja edelleen rungosta kes-tomagneetteihin.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyjä esi-15 merkkejä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

20 c\j δ

CM

sj- o sj- o

X

en

CL

m h-· o

LO

δ

CM

Claims

1. Kestomagneettitahtikoneen kuparia olevien oikosulkuunkaan (1) ja vaimennuskäämin sauvan (2) välinen 5 liitos, jossa sauvan pää liitetään oikosulkurenkaassa olevaan reikään (9) hitsaamalla ne toisiinsa vastin-pinnoistaan, tunnettu siitä, että oikosulkurenkaa-seen (1) kuuluu estorakenne oikosulkurenkaan ja sauvan välisestä hitsistä laajemmalle oikosulkurenkaaseen 10 johtuvan lämpövuon rajoittamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen liitos, tunnettu siitä, että estorakenteeseen kuuluu oikosulkurenkaan (1) pinnassa reiän ympärillä holkkimainen reunus (3), 15 jolloin oikosulkurenkaan ja sauvan (2) välinen hitsausliitos (4) muodostuu oikosulkurenkaan reiän (9) holkkimaisen reunuksen ja sauvan välille.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen liitos, tunnettu 20 siitä, että estorakenteen muodostaa reiän ympärille etäisyydelle siitä tehty rengasmainen ura (5) .

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen liitos, tunnettu siitä, että estorakenteen muodostaa oikosulkurenkaan 25 (1) pinnasta ylöspäin reiän reunassa ulottuva rengas mainen vaippa (6). C\J

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen liitos, (M tunnettu siitä, että sauvan (2) päähän kuuluu kes-o ' 30 keinen syvennys (7), mikä muodostaa sauvan päähän ° holkkimaisen reunuksen (8). x cc CL to

6. Menetelmä kestomagneettitahtikoneen kuparia olevien g oikosulkurenkaan (1) ja vaimennuskäämin sauvan (2) ^ 35 hitsaamiseksi toisiinsa, jossa sauvan pää liitetään ^ oikosulkurenkaassa olevaan reikään hitsaamalla ne toisiinsa vastinpinnoistaan, tunnettu siitä, että hitsattavien vastinpintojen läheisyydessä ainakin toista hitsattavista kappaleista muotoillaan siten, että lämmön vapaata johtumista hitsattaviin kappaleisiin hitsin ulkopuolelle rajoitetaan. 5

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmön vapaata johtumista sauvaan (2) rajoitetaan järjestämällä sauvan päähän keskeinen syvennys (7) .

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmön vapaata johtumista oi-kosulkurenkaaseen (1) rajoitetaan työstämällä oikosul-kurenkaassa olevan reiän ympärille etäisyydelle siitä 15 ura (5) .

9. Jonkin patenttivaatimuksista 6-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennen hitsausta kesto-magneettitahtikoneen magneettipiiri oikosuljetaan hit- 20 sattavalta alueelta hitsausta estävän hajavuon mini moimiseksi .

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että oikosulku tehdään massiivisella 25 rautamassalla, joka ulottuu roottorin oikosulkurenkaan alta sauvojen ympäriltä ja kontaktista niihin pitkin roottorin ulkovaippaa hitsattavan alueen läheisyydes- C\J >- sa. o CVJ cp 30

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tun- o nettu siitä, että rautamassalla jäähdytetään rootle torin kestomagneettinapoja hitsattavien sauvojen koh- CL dalta. LO i^. o LO >- 35

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tun- ^ nettu siitä, että rautamassaa jäähdytetään sitä ym- päröivän ja/tai sen läpi kulkevan jäähdytyskierron avulla. 5 c\j δ (M sj- o sj- o X en CL m h-· o m δ (M