NO320783B1 - Lineaer elektrisk motor - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en lang elektrisk motor, hvor rotoren er oppdelt i seksjoner med minst et lavfriksjonslager arrangert mellom seksjonene og i hver ende av motoren, hvorved statoren er stablet kontinuerlig forbi de indre lagre, med anvendelse av tynne flak av enten magnetiske eller ikke magnetiske metallskiver i de områder som omgir lagrene, og tynne flak av magnetiske metallskiver mellom lagrene.

En slik lang elektrisk motor er kjent fra US-patent 2,251,816, hvor lagrene er arrangert i en fure i rotoren og dermed består av lagerringer som eventuelt kan splittes i to halve lagerringer som holdes på plass av butterfly-fjærer. Slike ringer kan inneholde et rullelager i en indre fure til reduksjon av friksjonen. Produksjonen og monteringen av slike lagre er omstendelig og tidskrevende og derfor kostbar. Videre er varme-overføringsegenskapene avhengig av statoren, idet lagerringene bæres direkte av statoren.

En annen lang elektrisk motortype er kjent fra US-patent 3,136,905 og fra DE-B 885 279, hvor statoren er oppdelt i seksjoner ved hjelp av lagerdeler som er mye tykkere enn den enkelte statorskive, men hvor statorens vinninger er avbrutt ved lagerdelene og ikke passerer fra den lange elektriske motors ene ende til den annen. Videre, i US-patent 3,136,905, er lagrene ikke av en "lavfriksjons" type. Slike motorer er også meget kompliserte å sette sammen og har en lav grad av pålitelighet p.g.a. den kompliserte produksjon av statorviklingene. Denne konstruksjon ender også opp med en dårlig effektivitet, idet den magnetiske fluks spres av det relativt store gap i statorviklingene.

Videre er en lang elektrisk motor kjent fra US-patent 3,136,905, hvor lagrene direkte utgjøres av de stablede skiver mellom seksjonene. Disse skiver er således utført i et materiale som ikke er velegnet til det formål å utgjøre et lager med en ukontrollert friksjon. Et lager som er utført av noe som kan betraktes som et laminært materiale vil under en relativt stor friksjon frembringe en ujevn sliteflate, noe som frembinger et slipemønster i den roterende aksel. Idet friksjonen forårsaker en økning i temperatu-ren, er den avhengig av gode varmeoverføringsegenskaper i lagrene. Slike gode varmeoverføringsegenskaper foreligger ikke når lagrene er utført av de stablede skiver, idet jern (Fe) har en varmekonduktivitet på bare 72,8 J/(m s K).

Fra US-patent 5,128,573 er det kjent en annen lang elektrisk motor med et antall seksjoner, hvor en rotorlager- og mansjettenhet er arrangert mellom hver rotorsek-sjon, idet lageret inkluderer en festet splint for plassering i langsgående inndelinger hvilket er formet som en del av statorseksjonen, for å forhindre rotasjonen av lageret under anvendelse. Et slikt lager er helt klart ikke av lavfriksjonstypen, idet den feste-de splint tydeligvis er nødvendig.

Fra US-patent 4,638,198 er det kjent nok en annen lang elektrisk motor med et antall seksjoner, hvor den øvre rotorseksjonen i hvert par av påfølgende rotorseksjoner kan ha sin nedre ende båret på et rotorakselfremspring, slik som en ring som er montert i en ringformet not på rotorakselen, og hvor videre en fas i enden av rotorutboringen låser ringen på plass. Selv om denne kjente teknikk har et fremspring for å bære den nedre ende, kan dette fremspring ikke kjennetegnes som et lager av lavfriksjonstypen. Videre er fremspringet låst på plass av en fas i enden av rotorutboringen, noe som ikke reduserer friksjonen.

Endelig er en lang elektrisk motor med et antall seksjoner kjent fra US-patent 4,453,099, hvor lageret er en enhet som inkluderer en mansjett, som er nøklet fast til akselen, et indre parti, som roterbart mottar mansjetten, og en flens med en periferi, som friksjonsmessig engasjerer statoren for å forhindre lageret fra å rotere.

Teknikkens tilstand har noen ulemper idet at treingen av statorviklingene hele veien gjennom statorpakken ikke er mulig eller er meget vanskelig. Treingen er meget tidskrevende og kostbar, og en anordning for å redusere kostnadene, ved treing av statorviklingene i en lang elektrisk motor, ville være meget hensiktsmessig. Videre er kjent teknikk også avhengig av friksjonen idet friksjonen i lagrene ikke er kontrollert, og effektiviteten er forholdsvis lav p.g.a. det store magnetiske gap mellom rotoren og statoren, noe som er nødvendig for å unngå mekaniske skader når det magnetiske moment er stort. Endelig er kostnadene for produksjon og vedlikehold høye. Friksjonen kan føre til oppvarming og for tidlig slitasje av lagrene og vil derfor forårsake tap av energi og materialer.

Det er derfor et formål ved oppfinnelsen å frembringe en lang elektrisk motor med høy effektivitet, idet motoren som er mekanisk stabil med en effektiv kjøling av lagrene kan settes sammen under lavt tidsforbruk til lave kostnader, og idet motoren er enkel å vedlikehold og reparere.

Dette mål nås ifølge oppfinnelsen idet at hver enkelt plate i lagerbukken er signifikant tykkere enn de vanlige statorplater og er utført av paramagnetisk metall med gode varmeoverføringsegenskaper av paramagnetisk metall med gode varmeoverførings-egenskaper, at innerdiameteren av hver plate i lagerbukken er mindre enn i de alminnelige statorplater, at lageret er ført inn i og holdes av en tett tilpasning i lagerbukken, hvorved lagerets innerdiameter er tett tilpasset til rotorens akse, og at slissene for statorviklingene i alle metallskivene er radialt åpne henimot rotoren.

En foretrukket utførelsesform ifølge oppfinnelsen kan frembringes idet at lagrene er kulelagre, enten aksialkulelagre og/eller radialkulelagre, og derved fremviser den la-vest mulig friksjon for enten horisontal eller vertikal plassering av motoren under anvendelse. Videre er alternativet med å kombinere aksialkulelagrene og radialkulelag-rene i en motor, slik at den blir universelt anvendbar, mulig på basis av oppfinnelsen. Det kan også være fordelaktig å benytte et rullelager.

I den lange motor ifølge oppfinnelsen, hvor treingen oppnås forholdsvis hurtig og derfor til lav kostnad, danner hver enkelt sliss en hulkil for hver vikling, og det foreslås, at hver streng i viklingen har et ikke sirkulært tverrsnitt. Derved oppnås det, at viklingen kan føres gjennom åpningene mot rotoren eller lagrene og deretter føres inn i slissene. Det ikke sirkulære tverrsnitt vil med dette trekk sikre at viklingene fyller mestepar-ten av hulrommene i hulkilen, hvilken frembringer en stor magnetisk fluks i rotoren. Rotoren kan være av enhver type som er egnet til dette formål.

Ytterligere fordelaktige utførelsesformer vil bli nevnt i kravene. Oppfinnelsen vil i den følgende spesielle spesifisering beskrives videre under henvisning til tegningene, hvori det er vist på: Figur 1: et lengdesnitt langs motorens senterakse og dens verktøy som dri ves av motoren; Figur 2: et lengdesnitt gjennom statoren; Figur 3: et lengdesnitt gjennom rotoren; Figur 4: statorpidestallen sett fra enden av motoren; Figur 5: et tverrsnitt gjennom statorpidestallen langs linjen V-V i figur 4;

Figur 6: ete riss av rotorens ene ende; og

Figur 7: et tverrsnitt av den ende av rotoren som er vist i figur 6.

Et lengdesnitt langs senteraksen for den lange motor 1 og dens verktøy som drives av den lange motor er vist i figur 1, hvor lengden av den lange motor er stor sam-menlignet med dens diameter. I motorer som er konstruert ifølge normal praksis er den lange motors lengde til diameter ca. som <1:1, hvori en lang motor denne rela-sjon kan være 5:1.1 den lange motor som er vist i figur 1 er relasjonen ca. 10:1. Slike motorer er meget vanskelige å stabilisere overfor tversgående krefter og bevegelser, og derfor har anvendelsen av ytterligere lagre vært foreslått, noe som deler opp rotoren i seksjoner.

Med slik oppdeling i sektorer ble lagrene mellom sektorene dannet fra de felles statorflak eller fra ikke magnetiske flak med heller komplisert form av lagre med sikte på å gjøre et mulig å benytte den lange motor i en vertikal stilling. Eksempler på slike motorer er nevnt i beskrivelsens innledning.

Fra figur 1 kan det sees at rotoren 2 bæres av lagrene 4 som er opphengt i lagerbuk-ker 5, som hver for seg er signifikant tykkere enn de alminnelige felles statorflak i statoren 3. De radialt åpne slisser 6 er vist i lagerbukkene, hvorved treingen av statorviklingene lettes før lagrene monteres.

Lagerbukkene er utført av et paramagnetisk metall, eksempelvis aluminium eller kopper. Den varierende magnetiske fluks vil bevirke en oppvarming av lagerbukkene p.g.a. virvelstrømmer. Derfor kan kopper foretrekkes som et materiale til lagerbukkene, idet det har en spesifikk varmekonduktivitet på 401 J/(m s K), mens aluminium har en spesifikk varmekonduktivitet på 237 J/(m s K). Begge metaller fremviser imid-lertid utmerkede egenskaper innen varmekonduktivitet. Figur 2 viser statoren alene, oppbygd med lagerbukkene 5. Idet hvert statorflak kan variere i tykkelse p.g.a. utstansingen av flakene, er statorflakene gruppert i 10 flak slik at hver gruppe dreies 90 °C i forhold til den foregående gruppe 10. Dermed oppnås det at statoren kan være nesten rett over den samlede lengde med bare små avvik fra en rett linje. Dette vil på den annen side garantere at rotoren kan rotere meget nær statoren uten å komme i fysisk kontakt med statoren og derved overføre en optimal magnetisk fluks til rotoren. Figur 3 viser en rotor med lagre som er montert mellom rotorens seksjoner. Rotoren kan være av enhver type, eksempelvis av synkron rotor eller en permanent magnetisk rotor, idet den sistnevnte på den annen side behøver en styringsanordning. For en asynkron motor er viklingene markert med 20. Figur 4 viser en lagerbukk 5 slik den sees fra enden av den lange motor. Slissene 6 er radialt åpne henimot rotoren. Slissens bredde er ikke konstant langs en radius, og fra den trange åpning henimot rotoren øker bredden med slissens dybde, slik at det dannes en hulkil for hver statorvikling. De "magnetiske" og 7 er derved utført mer eller mindre konstant i tykkelse langs en radius. I denne konstruksjon er et lager passet tett inn mellom åkene 7 og kan holdes der p.g.a. lagerbukkens 5 kraftige konstruksjon. Som nevnt i det foregående kan kopper så vel som aluminium benyttes som et materiale for lagerbukken, og med disse metaller sikres det, at den varme som utvik-les, kan fjernes gjennom lagerbukken 5.

Claims (5)

1. Lang motor hvor rotoren (2) er oppdelt i seksjoner med i det minste et lavfriksjonslager (4) arrangert mellom seksjonene og i hver ende av den lange motor (1), hvorved statoren er stablet kontinuerlig forbi de indre lagre (4), ved anvendelse av tynne flak av metallskiver i de områder som omgir lagrene (4), og tynne flak av magnetiske metallskiver (10) mellom lagrene (4), karakterisert ved at hver enkelt plate i lagerbukken (5) er signifikant tykkere enn de vanlige statorplater (10) og er utført av et paramagnetisk metall med gode varmeoverføringsegenskaper, at innerdiameteren av hver plate i lagerbukken (5) er mindre enn innerdiameteren på de alminnelige statorplater (10), at lageret (4) føres inn i og holdes av en tett tilpasning i lagerbukken (5), hvorved lagerets (4) innerdiameter passer tett til rotorens aksel, og at slissene for statorviklingene i alle metallskivene (5,10) er radialt åpne henimot rotoren.

2. Elektrisk motor i samsvar med krav 1, karakterisert ved at lagrene (4) er kulelagre.

3. Elektrisk motor i samsvar med krav 1, karakterisert ved at lagrene (4) er aksialkulelagre og/eller radialkulelagre.

4. Elektrisk motor i samsvar med krav 1, karakterisert ved at lagrene (4) er rullelagre.

5. Elektrisk motor i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at tråder i viklingen har et ikke-sirkulært tverrsnitt.