NO328765B1 - Anordning ved en elektrisk maskin samt en framgangsmåte for tilvirkning av statorseksjoner for slike maskiner - Google Patents

Description

Anordning ved en elektrisk maskin samt en framgangsmåte for tilvirkning av statorseksjoner for slike maskiner

Oppfinnelsen gjelder en anordning ved en elektrisk maskin som angitt i innledningen til patentkrav 1 og en framgangsmåte for tilvirkning av statorseksjoner for slike maskiner, som angitt i innledningen til patentkrav 14.

Det dreier seg her om en elektrisk maskin med en rotor med magneter som er festet på en ringformet bærer, hvor det mellom to rotordeler dannes et magnetfelt over et luftgap, og hvor det er anordnet en jernløs stator med viklinger.

Det kan være tale om elektriske motorer eller elektriske generatorer eller kombimaskiner som kan drives både som generator og motor og som kan ha enten aksial- eller radialfelt.

Når det gjelder framgangsmåten dreier det seg om en framgangsmåte hvor en vikling blir innstøpt med en elektrisk isolerende støpemasse for dannelse av et stivt element.

Bakgrunn:

Stator i elektriske maskiner har tradisjonelt bestått av viklinger og et jernåk, som regel i form av blikk. I de fleste typer maskiner ligger viklingene i et spor slik at magnetfeltet blir ledet i jernet rundt viklingen. Denne typen stator blir brukt både i radialfluks og aksialfluksmaskiner.

I permanentmagnetmaskiner med tosidig rotor der magnetfeltet går i aksiell retning i det magnetiske luftgapet, aksialfluksmaskin, er det også vanlig å bruke toroideviklet stator der viklingene er viklet rundt en jernkjerne uten tenner. En av fordelene med denne typen maskin er at reluktansen er den samme uansett rotorposisjon slik at maskinen ikke har kogging.

I PM maskiner med tosidig rotor der nord og sør på magnetene står overfor hverandre, kan jernet fjernes fra stator. Magnetfeltet vil da gå fra den ene rotoren og aksielt eller radielt til den andre rotordelen. En to-polt maskin av denne typen er beskrevet i patentet US1947269 fra 1934. Maskinen som er beskrevet har to diskformet permanentmagneter med diametral magnetisering som er plassert med motsatte poler mot hverandre slik at det magnetiske feltet går i aksiell retning i luftgapet. Ved å plassere viklinger i dette magnetiske luftgapet, har man en jernløs stator. En av fordelene med jernløs stator er at jerntapene som vanligvis finner sted i stator er eliminert. Viklingene ligger direkte i luftgapet, uten at det finnes noe jern som har et varierende magnetfelt gjennom seg som gir hysteresetap og virvelstrømstap. En annen stor fordel når maskinene øker i størrelse er at de magnetiske kreftene mellom rotor og stator er så godt som eliminert. I konvensjonelle PM maskiner med jern i stator er krafta som vil trekke rotor inntil stator typisk mye større enn det ønskede momentet som blir produsert. I radielle maskiner er ikke dette et problem så lenge rotor står i sentrum siden kreftene da blir jevnet ut. Kommer rotor ut av senterposisjon, blir det derimot et problem, spesielt for større maskiner. Det samme gjelder for aksielle maskiner med jern i stator med tosidig rotor, mens maskiner med ensidig rotor ikke får noen utjevning av kreftene.

En annen maskin med jernløs stator er beskrevet i britisk patentskrift 1491026 fra 1975. Rotor i denne maskinen har seks overflatemonterte permanentmagneter på hver rotordel. Stator består av flere spoler med mange vindinger som er lagt i en flat sirkulær rekke slik at spolene overlapper hverandre ved indre og ytre diameter. Statordisken er tynn i området som ligger mellom magnetene og tjukkere ved indre og ytre diameter. Viklingene holdes sammen av et epoxybasert støpemateriale eller tilsvarende.

Et tilsvarende viklingsutlegg er beskrevet i EP-patentsøknad 0058791 fra 1981. Viklingsutlegget har også overlapp ved indre og ytre radius der stator bygger mer i aksiell retning enn den gjør i det aktive området mellom magnetene. Utlegget som er beskrevet er for en tofase maskin, men det samme utlegget kan brukes for en trefasemaskin ved å koble annerledes som også er beskrevet i patentkravet.

Samme type viklingsutlegg er også beskrevet i EP-patentsøknad 0633563 fra 1989 og US-patentskrift 5744896 fra 1998. Viklingsutleggene som er beskrevet her har en kontinuerlig utforming og er derfor vanskelig å dele opp i mindre seksjoner uten å måtte foreta større koblingsarbeid. For større elektriske maskiner er det en stor fordel å kunne dele opp maskinen i mindre deler, både med tanke på produksjon, frakt og montering.

Et noe annerledes viklingsutlegg for jernløs stator er beskrevet i US-patentskrift 4334160. Her er det en type spole som er helt flat og to spoler som er bøyd hver sin vei slik at endeviklingene overlapper hverandre i tre nivåer mens det fortsatt er kun ett lag i det aktive området av viklingen. Også dette viklingsutlegget har en kontinuerlig utforming som gjør seksjonering vanskelig.

Kjøling

For å kunne kjøre maskinene med høyere strøm, er flere forskjellige kjøleløsninger skissert. I publikasjonen XP000585921 skrevet av Caricchi og Crescimbini: " Prototype of an innovative wheel direct drive with water- cooled axial- flux PM motor for electric vehicle application" (APEC '96. Eleventh Annual Applied Power Electronics Conference and Exposition. San Jose, Mar. 3-7,1996), er det beskrevet en maskin med integrert kjøleløsning der spolene er viklet rundt et kjølerør i fiberarmert epoxy. Utformingen av stator forutsetter at den bygges i én del, og inn og utløpet av kjølevannet må få plass mellom endeviklingene.

Seksjonering

I US-patentskrift 6781276 har man foretatt en seksjonering av en radialfluksmaskin der man har oppnådd en typisk kapslingsgrad lik IP54 ved å benytte innbyrdes kapsling for hver modul/seksjon. Her er det vist en kapsling både for endeviklinger og en ytre kapsling som omslutter hele segmentet. Begrepet "fully enclosed and tight" benyttes for å beskrive dette i patentkravet. Denne type kapsling bringer inn flere ulemper i designet: man må produsere kapslinger med kompleks geometri - kostnadsdrivende man må forholde seg til mange tetningsflater - tetningsproblematikk man tilordner et hulrom der man får sykliske temperatur svigninger som igjen kan føre til kondens.

Formål:

Hovedformålet med denne oppfinnelsen er å lage en seksjonerbar elektrisk maskin med kjøling, som forenkler produksjon og montering.

Videre er det et formål å skape en elektrisk maskin som kan bygges med større diameter enn kjente maskiner, for å øke periferihastigheten.

Det er også et formål å skape en elektrisk maskin som har redusert vekt sammenlignet med kjente maskiner for tilsvarende effekt.

Det er dessuten et formål å skape en elektrisk maskin med et gunstigere forhold mellom luftgap og effekt enn kjente maskiner, for å kunne ha høye toleranser.

Et annet formål er å skape en elektrisk maskin som er tilrettelagt for enkelt montering og demontering av statorseksjonene.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å skape en framgangsmåte for tilvirkning av statorelementer, som kan gjennomføres effektivt og med høy og stabil kvalitet.

Oppfinnelsen:

Oppfinnelsen er angitt i patentkrav 1. Den omfatter en stator som er sammensatt av seksjoner som er utformet med kanaler for gjennomstrømning av kjølemedium, og med viklinger med et ringformet, kompakt midtparti som danner den aktive del av statoren.

Det er en fordel at rotoren bærer permanentmagneter. Men rotoren kan også være bygd opp med elektromagneter bestående av superledere.

Oppfinnelsen kan nyttes for ulike feltretninger, men det er en fordel dersom magnetene danner et aksialfelt.

Det er en fordel dersom hver statorseksjon er innstøpt i støpemasse som er ført rennbar inn i en støpeform eller i et ska Uformet hus, som opptar viklingene, idet støpemassen danner statorens innkapsling og innesluttet kanaler for kjølemedium.

Hver statorseksjon kan ha separate tilslutninger for tilførsel og uttak av kjølemedium.

For å kunne demontere en stator som ligger mellom to rotordeler, er det en fordel at minst en rotordet er innrettet for innsetting og uttak av statorseksjoner

Det er en fordel at viklingen består av flere like trapesformede spoler med en rett aktiv del og en bøyd endevikling slik at spolene kan legges inne i hverandre med den aktive delen liggende i ett plan, med overlappende endeviklinger i to eller flere plan.

Det er også en fordel dersom det i hver seksjon er utelatt minst en halv spoleside opptil hver ende av seksjonen. Tomrommet etter en utelatt spoleside kan nyttes for tilførsel eller bortførsel av kjølemedium til/fra tangentielle kjølekanaler.

Magnetene er fortrinnsvis anordnet på to ringformete åk som bæres i aksialt sidestilt plassering av ei rekke U-formete, radialt utragende klaver, idet magnetene er radiale permanentmagnetiske platesegmenter som er anordnet i ring.

For en maskin med Q = 1 kan antall faser, antall polpar og antall seksjoner velges slik det er angitt i patentkrav 12.

Ved en trefase-maskin er det en fordel dersom tre og tre viklinger overlapper hverandre slik at endeviklingene fordeles i tre nivåer, mens de tre spolene ligger i samme nivå i det aktive området (mellom magnetene) og antall spoler og antall polpar oppfyller vilkårene angitt i patentkrav 13.

Oppfinnelsen omfatter også en framgangsmåte for tilvirkning av statorseksjoner for slike elektriske maskiner, hvor en spole blir innstøpt med en elektrisk isolerende støpemasse for dannelse av et stivt element. Spolene legges da inn i den ene delen av et todelt skallformet hus eller en todelt støpeform, det skallformete huset eller støpeformen lukkes, og det tilføres støpemasse gjennom et hull og formens indre utsettes for undertrykk og eventuelt vibrering.

Kjølekanalene kan bli dannet ved tildekking av spor utvendig i statorinnkapslingen.

Ved bygging av store elektriske maskiner er det en større utfordring å overholde strenge toleransekrav som vanligvis gjelder for elektriske maskiner med permanentmagneter og statorblikk. Når blikket fjernes slik at stator blir jernløs og ikke er magnetisk lenger, reduseres toleransekravene vesentlig. 2-3 mm forflytning av rotor i forhold til stator vil i en vanlig PM-maskin resultere i stor ubalanse i kreftene mellom rotor og stator, og den induserte spenning vil være vesentlig forskjellig på ulike steder i maskinen. Med jernløs stator vil ubalansen i spenning være kraftig redusert og det vil ikke være noen kraftubalanse mellom rotor og stator siden stator ikke er magnetisk.

Når dimensjonene på maskinene blir store, er det også en stor fordel å kunne dele inn både rotor og stator i mindre seksjoner. I stedet for å lage verktøy for å tilvirke maskinen i full størrelse, trenger man kun å lage ett sett med mindre verktøy for å tilvirke én seksjon som kan masseproduseres for deretter å bli montert opp i tilhørende rammer eller annen sammenstilling.

Frakt av disse seksjonene er vesentlig enklere enn å frakte en ferdig montert maskin, spesielt når størrelsen på hele maskinen overskrider maksimal størrelse for veitransport.

En annen vesentlig fordel med å bygge maskinen i seksjoner er billigere vedlikehold. Dersom det skulle oppstå en feil i en av seksjonene, kan denne enkelt skiftes ut med en reserveseksjon slik at man slipper lengre nedetid.

For å kunne dele inn stator i mindre seksjoner samtidig som man skal utnytte magnetfeltet på en effektiv måte, må viklingsutlegget endres i forhold til konsepter som er beskrevet tidligere. Dette vil bli beskrevet nærmere under henvisning til eksemplene nedenfor.

Eksempel

Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet nærmere ved henvisning til tegningene, hvor

Figur 1 viser et perspektivriss av en seksjon av en elektrisk maskin i samsvar med oppfinnelsen, for eksempel en vindmøllegenerator, uten dekk- og monteringselementer, Figur 2 viser et delvis oppsnittet perspektivriss av en statorseksjon for en tre-fase elektrisk maskin tilsvarende den som er vist i Fig. 1,

Figur 3 viser et sideriss av en spoleseksjon for statorseksjonen i Figur 2,

Figur 4 viser et oppsnittet enderiss av en statorseksjonen i Figur 2,

Figur 5 viser perspektivriss av en alternativ viklingsenhet beregnet for tilkobling til tre-fase, mens Figur 6 viser skjematisk tilretteleggingen for montering og demontering av statorseksjoner i en sammensatt elektrisk maskin.

I Figur 1 er det vist en maskinseksjon 11 med to hoveddeler: en statorseksjon 12 og en rotor 13 som det er vist et utsnitt av. Rotoren 13 kan også være seksjonsbygget.

Statorseksjonen 12 utgjør et element i en krans av like seksjoner som på prinsipielt kjent måte er festet stasjonært til et maskinfundament. Et eksempel på en statorseksjon 12 er vist mer detaljert i

Figur 2.

Rotoren 13 er tilsvarende festet på prinsipielt kjent måte til en ikke vist aksel, for å bli drevet av eller for å drive et ytre utstyr. Et særlig aktuelt bruksområde er tilkobling til en vindturbin. Hovedoppgave da vil være generering av elkraft, men den elektriske generatoren kan også omkobles til å fungere som motor for å skape bremsemoment. Et annet eksempel på bruk av oppfinnelsen er som direktedrevet styremaskin i skip, der det kreves en motor med høyt moment, og hvor det er knapt med tilgjengelig plass.

Rotoren 13 er bygd opp med to ringformete rotoråk 14,15 av magnetisk jern som kan lede fluksen mellom magnetene. De kan være av massivt materiale med rektangulært tverrsnitt, og bli holdt sammen side om side med ei rekke U-formete klaver 16 av platemateriale, som er festet utvendig til rotoråkene 14,15, for eksempel ved sveising.

På hvert rotoråk 14,15 er det festet ei rekke av radialt orienterte staver 17 av permanentmagnetisk materiale. PM-stavene 17 eranbragt med mellomrom eller avstandsspalter 18.

Dette utgjør en foretrukket struktur for bestemte formål, for eksempel for bygging av stor-diameter generatorer for vindmøller. For andre formål kan det tenkes utforminger der det i stedet for stor diameter blir laget flere statorer som hver samvirker med en rotoroppstilling basert på flere aksialfelt. En forutsetning for en slik multidiskmaskin er at rotorstrukturen tillater åpning for å gi tilgang til statormontering og -demontering.

Videre er det mulig å tilrettelegge konseptet med statorseksjoner for radialmaskiner, slik at rotoren beveger seg med to konsentriske rekker permanentmagneter.

Figur 2 viser en statorseksjon 12, med detaljer vist i Figur 3 og 4. Strukturen har tre hoveddeler: en vikling 19, en innkapsling 20 og et kjølesystem med et inntak 21 og et utløp 22.

Kjølesystemet omfatter et kanalpar 23, 24 utformet som parallelle renner utvendig på skalldelene og dekket med en platestrimmel 25 som kan være klebet

Viklingen 19 er vist i detalj i Figur 3 og beskrevet nærmere nedenfor. Ved å utelate en spoledel ved hver ende, dannes det en viklingsåpning 26A, 26B, ved hver ende. Viklingen 19 kan være viklet av flatleder, for eksempel kobberbånd, slik at midtpartiet 27 blir liggende kompakt for å passe i gapet mellom rotordelene.

Viklingen 19 er innesluttet i innkapslingen 20 som avgrenses av to skalldeler 28, 29 av plast. Disse danner en ringsektor som strekker seg over 40 grader og som er generelt symmetrisk om det radiale midtplanet. De to skalldelene er innrettet for innlegging av viklingen 19 i utsparinger. Ved hver ende av en skalldel 29 er det anordnet en rørstuss 21, 22 som danner inntak og utløp.

Figur 4 viser et snitt gjennom en stator før ifylling av støpemasse, men med dekkplater som danner kanalparene 23, 24. Her der det vist hvordan spoledelenes hoder 30, 31 rager ut fra midtplanet.

Ved en alternativ framstillingsmåte blir viklingen 19 lagt i ei todelt støpeform som blir lukket under

ifylling av støpemasse.

I Figur 5 er det vist sammenstillingen av tre spoledeler 32, 33,34 for en trefase-vikling. Statoren vil også i dette tilfelle kunne lages med symmetri om luftgapet i rotoren. Sammenbyggingen til en komplett stator kan skje på tilsvarende måte som beskrevet ovenfor.

I Figur 6 er det illustrert skjematisk hvordan en statorseksjon 12 kan tas ut av eller settes inn i en elektrisk maskin i samsvar med oppfinnelsen, som tilsvarer utførelsesformen i Figur 1, sammen med deler av rotoren 13.1 dette eksemplet er avstanden mellom to av klavene 16 som ligger opptil hverandre større enn bredden på statorseksjonene.

I dette eksemplet blir det tatt ut også en del av permanentmagnetene 17, som er løsnet fra ringåket 14, sammen med en tilsvarende del av statoren. Permanentmagnetene 17 kan for eksempel være festet til plateseksjoner 35 som blir montert på ringåket. På denne måten er det enklere å stabilisere magnetkreftene under transport.

Alternativt kan en del av rotoren, som strekker seg over litt større del av omkretsen enn en statorseksjon 12 tas bort, for å skape en åpning for montering og demontering av statorseksjoner. Dette vil gjøre det mulig å foreta vedlikehold og reparasjon av elektriske maskiner i samsvar med oppfinnelsen, selv ved store dimensjoner og på vanskelig tilgjengelige steder, for eksempel ved en vindmøllegenerator.

Viklingsutlegg, alternativ 1:

Viklingsutlegget som er nyttet i US5744896 og EP0633563 er kontinuerlig og kan ikke seksjoneres uten å dele opp en vikling. I oppfinnelsen tas det derfor ut en spole per seksjon slik at det kun er ett turn per fase som må kobles til neste seksjon i likhet med at hver spole må kobles til hverandre i hele maskinen. Hver seksjon får da ett ledig "spor" i hver ende av seksjonen. I en maskin med ett "spor" per pol per fase (Q = 1), må antall seksjoner være et multiplum av antall faser, for at det totalt i maskina skal bli like mange spoler i hver fase (Nseksjoner =k<*>Nfaser, der k er et heltall). I tillegg må antall poler velges på en slik måte at de to utelatte spolesidene i hver seksjon tilhører forskjellige faser. For en maskin med Q = 1 må antall faser, antall poler og antall seksjoner velges slik at følgende formler er oppfylt: ;I en trefasemaskin som oppfyller disse to formlene, men har ulikt antall spoler per fase i hver seksjon, vil antall spoler per fase jevne seg ut ved å koble tre og tre seksjoner i serie med hverandre. Disse seriene på tre seksjoner kan da kobles i enten serie eller parallell etter ønske. ;Varmeutviklingen i stator er dimensjonerende for momentet i den aktuelle maskinen. God kjøling er derfor viktig for å kunne utnytte maskinen best mulig. Kobberet i denne jernløse statoren kan kjøles ved å lage kjølekanaler 23,24 i par på begge sider av viklingen. Kjølekanalene 23, 24 er utformet i innkapslingen 20 som vil bli beskrevet nedenfor. De går i tangentiell retning på hver side av stator. Avstanden fra kjølekanalene til kobberet bør være liten og materialet som ligger mellom bør ha så høy varmeledningsevne som mulig. ;Siden en spole blir tatt ut fra hver seksjon, blir det nå to ledige "spor"; ett i hver ende av seksjonen. Denne plassen kan dermed benyttes til å føre kjølemedium inn og ut av hver seksjon. Fra dette "sporet" kan kjølemediet gå til begge sider av stator i de tangentielle kjølekanalene. I tillegg til kjølekanalene som er beskrevet nedenfor, kan det med fordel lages flere paralelle kjølekanaler som også kjøler endeviklingene. ;En alternativ kjøleløsning er å legge de tangentielle kjølekanalene i senter av statorseksjonene istedenfor på hver side av seksjonene. På denne måten kan tverrsnittet på hver kjølekanal økes uten å øke den totale aksielle lengden på statorseksjonen. ;En annen alternativ kjøleløsning er å kjøle kobberet direkte, enten i form av hul kobberleder eller et plastrør som legges inn i en litz-wire. På denne måten blir avstanden fra kobberet til kjølemediet minimal. Det ledige "sporet" er da ikke nødvendig for inn og utløp av kjølemedium. For å utnytte denne ledige plassen og likevel unngå kontinuerlig vikling som beskrevet i tidligere patenter, kan viklingsutlegget som beskrives i alternativ 2 benyttes. ;Viklingsutlegg, alternativ 2: ;Ved direkte kjøling av kobberet, er det ikke ønskelig å ha et åpent spor som beskrevet i alternativ 1. Likevel må det være mulig å kunne dele maskinen inn i mindre seksjoner. I en trefase-maskin kan dette kan realiseres ved å plassere spolene på en slik måte at tre og tre spoler er en separat blokk med endeviklingene fordelt i tre nivåer, mens det aktive området av viklingen er i ett nivå på lik linje med viklingsutlegget i alternativ 1. En slik blokk med tre spoler er vist i Figur 5. En av de tre spolene er helt flat, mens de to andre har endeviklinger som er bøyd. De to bøyde er identiske, men den ene er lagt med bøyen motsatt i forhold til den andre. På denne måten overlapper endeviklingene hverandre i tre nivåer istedenfor i to nivåer som beskrevet i alternativ 1. ;Fordelen med denne blokk-inndelingen av viklingene er at det er enkelt å dele inn i mindre seksjoner der kun en vinding per fase må kobles til neste seksjon for å få et kontinuerlig viklingsutlegg, men også for dette viklingsutlegget er det en begrensning på antallet spoler som kan være i hver seksjon. Grunnen til dette er at den gjensidige induktansen mellom spolene blir forskjellig dersom de tre spolene blir lagt etter hverandre i en hel sirkel med Q = 1. Den midterste spolen i hver blokk er bedre magnetisk koblet til de to andre spolene enn de to "ende-spolene" er koblet til hverandre. ;Hver spole må derfor spenne over enten mer eller fortrinnsvis mindre enn et polskritt slik at Q * 1. Antall spoler per seksjon må være et multiplum av tre i en trefase-maskin, slik at seksjonene består av et helt antall "spole-blokker". Så lenge dette kravet er oppfylt, kan antall seksjoner velges fritt. Antall spor per pol per fase (Q) må derimot velges på en slik måte at hver fase får et likt antall spoler i hver posisjon. Dette er oppfylt når antall spoler og antall polpar velges slik at følgende formler oppfylles:

Innkapsling:

De jernløse statorelementene i den foreslåtte oppfinnelsen består i prinsippet bare av kobber og støp. Hvert statorelement er i seg selv iboende av høyeste oppnåelig IP. Hver seksjon har et inn- og et utløp for kjølemedium, samt elektrisk tilkobling for hver av fasene. I og med at hver statorseksjon er innstøpt, er det ikke behov for noe deksel med komplisert geometri med tilhørende pakninger for å beskytte viklingene, og det er heller ikke noen luftfylte hulrom. Oppfinnelsen eliminerer dermed en del av problemene i seksjoneringen som er beskrevet i US6781276.

Seksjonene har typisk en innfesting enten ved indre eller ytre radius for en aksialmaskin.

Seksjonene må derfor ha mekanisk styrke til å overføre kreftene som oppstår i stator både som følge av produsert moment i maskina, men også vekta av seksjonen i seg selv.

En annen viktig egenskap er termisk ledeevne. Den bør være så høy som mulig for å lede varmen bort fra varmekilden som i dette tilfellet er kobberviklingene. Ledningsevnen er spesielt viktig for viklingsutlegget og kjøleløsningen beskrevet i alternativ 1 der et sjikt med støp ligger mellom kobberet og kjølekanalen.

De ferdig støpte seksjonene bør inneholde så lite luftbobler som mulig. Dette er spesielt viktig i applikasjoner der det er hensiktsmessig å bruke høyspenning, for å unngå små områder med forskjellig permittivitet i forhold til resten som kan resultere i partielle utladninger. Ved å bruke en støp som har lik permittivitet som luft, blir det mindre viktig å unngå luftbobler i støpen.

Vedlikehold:

Ønske om enkelt vedlikehold er en drivende faktor for å bygge en maskin med seksjonert stator. I oppfinnelsen, er tykkelsen på statorseksjonen minst i området mellom magnetene og tykkere både ved indre og ytre diameter. For å få så høy flukstetthet som mulig, er magnetene plassert så nær statoren som mulig på hver side av stator. Det fysiske luftgapet mellom magnetene og stator bestemmes ut fra mekaniske toleranser, men er typisk mindre enn differansen mellom minste tykkelse på stator og tykkelsen ved endeviklingene. Dermed er det ikke mulig å ta ut en statorseksjon i radiell retning så lenge begge rotorene er montert. For å kunne skifte ut en statorseksjon må derfor rotor delvis demonteres. Ved å dele opp rotor i to eller flere mindre seksjoner, kan en slik operasjon forenkles vesentlig.

I og med at rotor kan settes i ønsket posisjon, er det tilstrekkelig at én del av rotor kan demonteres. Denne delen bør være litt større enn en statorseksjon slik at stator lett kan tas ut i aksiell retning. For å forenkle produksjon, frakt og montering, kan rotor seksjoneres på lik linje med stator, men enten med litt færre seksjoner slik at størrelsen på rotorseksjonen blir noe større enn stator seksjonen, eller ved å bruke to forskjellige størrelser på seksjonene.

Et problem med en slik demontering er at det er store krefter mellom de to rotordelene som ligger på hver side av stator. For store maskiner må det vesentlige krefter til for å fjerne den ene siden av rotoren. En måte å unngå dette på er å ta ut en komplett del av maskinen, dvs en stator seksjon sammen med en rotorseksjon på hver side av denne. De to rotorseksjonene kan da være fastmonter i hverandre som sikrer at avstanden mellom dem er lik ved demontering som de er i drift. For å kunne trekke ut en hel komplett maskindel aksielt, må rotordelen på den ene siden være større enn statorseksjonen, mens rotorseksjonen på den andre siden må være litt mindre enn statorseksjonen. Denne løsningen kan også brukes både når hele rotor er seksjonert og når kun de to aktuelle rotordelene er mulige å demontere.

Ved splitting av rotor i to eller flere deler, vil det i store konstruksjoner ikke være mulig å få veldig god magnetisk kontakt mellom de forskjellige delene. Dette på grunn av termiske utvidelser og krav til toleranser. Rotor bør derfor deles opp i senter av en permanentmagnet, siden det ikke vil gå vesentlig fluks på tvers av åket i denne posisjonen.

Enda en alternativ metode for å montere/demontere stator- og rotorseksjoner er skjematisk illustrert i Figur 6, se beskrivelsen ovenfor. I dette eksemplet tas statorseksjonen ut radielt sammen med en tilsvarende rotorseksjon på hver side av stator, som består av permanentmagneter og deler av rotoråket. Resten av rotoråket er ringformet og fungerer også som bærer for rotorseksjonene.

Brukseksempel

Oppfinnelsen egner seg generelt godt til applikasjoner som krever stort moment og tillater stor diameter. Eksempler på dette er direktedrevet vindmøller og styremaskiner som begge har relativt lave turtall, men høye momentkrav. Andre eksempler på bruksområder er vannkraft, tidevannskraft, bølgekraft, skipsframdrift, vinsj, aktuatorerog steinknuseanlegg.

Claims (15)

1. Elektrisk maskin med en rotor (13) med magneter (17) som er festet på en ringformet bærer (14,15), hvor det mellom to rotordeler dannes et magnetfelt over et luftgap, hvor det er anordnet en jernløs stator (12) med viklinger (19), karakterisert ved at statoren er sammensatt av seksjoner (12) som er utformet med kanaler (23, 24) for gjennomstrømning av kjølemedium, og at den har viklinger med et ringformet, kompakt midtparti (27) som danner den aktive del av statoren.

2. Elektrisk maskin i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at rotoren bærer permanentmagneter (17).

3. Elektrisk maskin i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at rotoren er bygd opp med elektromagneter bestående av superledere.

4. Elektrisk maskin i samsvar med et av patentkravene 1 til 3, karakterisert ved at magnetene (17) danner et aksialfelt.

5. Elektrisk maskin i samsvar med et av patentkravene 1 til 4, karakterisert ved at hver statorseksjon (12) er innstøpt i støpemasse som er ført rennbar inn i en støpeform eller i et skallformet hus (28,29), som opptar viklingene, idet støpemassen danner statorens innkapsling og innesluttet kanaler (23, 24) for kjølemedium.

6. Elektrisk maskin i samsvar med et av patentkravene 1 til 5, karakterisert ved at hver statorseksjon (12) har separate tilslutninger for tilførsel og uttak av kjølemedium.

7. Elektrisk maskin i samsvar med et av patentkravene 1 til 6, karakterisert ved at minst en rotordet er innrettet for innsetting og uttak av statorseksjoner

8. Elektrisk maskin i samsvar med et av patentkravene 1 til 7, karakterisert ved at viklingen består av flere like trapesformede spoler med en rett aktiv del og en bøyd endevikling slik at spolene kan legges inne i hverandre med den aktive delen liggende i ett plan, med overlappende endeviklinger i to eller flere plan.

9. Elektrisk maskin i samsvar med et av patentkravene 1 til 7, karakterisert ved at det i hver seksjon er utelatt minst en halv spoleside opptil hver ende av seksjonen.

10. Elektrisk maskin i samsvar med patentkrav 9, karakterisert ved at tomrommet (26A, 26B) etter en utelatt spoleside nyttes for tilførsel eller bortførsel av kjølemedium til/fra tangentielle kjølekanaler (23, 24).

11. Elektrisk maskin i samsvar med patentkrav 4, karakterisert ved at magnetene (17) er anordnet på to ringformete åk (14,15) som bæres i aksialt sidestilt plassering av ei rekke U-formete, radialt utragende klaver (16), idet magnetene er radiale permanentmagnetiske platesegmenter som er anordnet i ring.

12. Elektrisk maskin i samsvar med et av patentkravene 1 til 11, karakterisert ved at antall seksjoner og antall polpar er gitt fra følgende to formler:

13. Elektrisk maskin i samsvar med et av patentkravene 1 til 11, karakterisert ved at spolene overlapper hverandre slik at endeviklingene fordeles i like mange nivåer som antall faser, mens alle spolene ligger i samme nivå i det aktive området (mellom magnetene) og antall spoler og antall polpar oppfyller følgende to formler:

14. Framgangsmåte for tilvirkning av statorseksjoner for elektrisk maskiner i samsvar med et av patentkravene 1 til 13, hvor en vikling (19) blir innstøpt med en elektrisk isolerende støpemasse for dannelse av et stivt element, karakterisert ved at viklingen (19) legges inn i den ene delen av et todelt skallformet hus (28, 29) eller en todelt støpeform, at det skallformete huset eller støpeformen lukkes, at det tilføres støpemasse gjennom et hull og at formens indre utsettes for undertrykk og eventuelt vibrering.

15. Framgangsmåte i samsvar med patentkrav 14, karakterisert ved at kjølekanalene blir dannet ved tildekking av spor utvendig i statorinnkapslingen.