NO330865B1 - Permanentmagnetisk elektrisk maskin - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en permanentmagnet elektrisk maskin, særlig for elevator- eller heisinstallasjoner, som definert i innledningen i krav 1.

US patent nr. 5 898 990 til Henry beskriver en fremgangsmåte for å sette sammen én eller flere enkomponent permanentmagnetiske ringer på en rotorkropp for en elektrisk motor eller generator når rotoren har en større termisk utvidelseskoeffisi-ent enn ringene. Denne fremgangsmåte inkluderer trinnene å danne spor i den sylindriske overflate av rotoren, påføre et herdbart klebemiddel på nevnte overflate og plassere nevnte enkomponent permanentmagnetiske ringer over den klebende understøttende sylindriske overflate. Disse enkomponent magnetringer har en magnetisk orientering i den radiale retning.

US patent 5 998 902 til Sleder, Sr. et al. vedrører en magnetrotorsammensetning omfattende en rekke permanentmagneter inneholdt i en ikke-magnetisk ring og med flere låsefremspring som kan fås til å bøyes elastisk i en radialt innoverven-dende retning. Når låsefremspringene elastisk springer tilbake inn i et spor, blir ringen permanent låst til en roterbar komponent og kan ikke fjernes uten å defor-mere og kraftig ødelegge ringen. Låsefremspringene kan strekke seg helt rundt den ytre omkrets av ringen.

US patent 4 877 986 til Shimizu vedrører en rotor av en magnetisk generator omfattende en rekke magneter plassert på en indre overflate av en omkretsvegg av et svinghjul ved intervaller av en forhåndsbestemt vinkel, og med en magnetholdende sylinder med en utovervendende flens og en rekke utovervendende fremspring, hvor nevnte magneter er plassert slik at de er parallell med aksen av nevnte magnetholdende sylinder.

Ifølge patentpublikasjon DE 195 01 745 Al kan en rotor av en motor eller generator lages av et antall metallamineringer tvunget og limt sammen, og med spalter mellom tenner, hvor magnetene er plassert. Metallamineringsplatene har hull for nøyaktig å sentrere stabelen av plater.

Den konvensjonelle konstruksjon av motorer av denne type består i å fiksere magnetene enten direkte på overflaten av en rotorramme eller på en pakke av lamine-ringsplater.

JP 8331782 A beskriver en rotor for permanentmagnetisk roterende maskin.

US 6075306 A viser å sette ringer i hver sine fikserte spor for permanentmagnete-ne.

EP 871277 Al viser en modulær elektrisk motor hvor magnetene er kurvet.

US 5760503 A beskriver en stepmotor med rotorseksjoner som har permanentmagneter spredt med et konstant trykk.

En ulempe med motorer ifølge teknikkens stand er at konfigurasjonen av de magnetholdende kropper er ganske komplisert, og at spesielle maskinverktøy kreves for å installere nevnte magneter, hvilket vil øke produksjonskostnadene.

Det er derfor en hensikt ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret elektrisk maskin, fortrinnsvis en synkron maskin eller motor, benyttet for elevatorer eller heiseinstallasjoner.

Motoren ifølge oppfinnelsen erkarakterisert veddet som angis i den karakterise-rende del av krav 1.

Andre utførelser av oppfinnelsen erkarakterisert vedtrekkene presentert i de andre krav.

En av fordelene ved motoren ifølge oppfinnelsen er at rotoren av nevnte maskin enkelt og hurtig kan installeres og/eller fjernes i meget små rom, spesielt for elevator- eller heisinstallasjoner.

Andre karakteristikker og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå ved le-sing av den etterfølgende beskrivelse med henvisning til de vedføyde tegninger, alene gitt som eksempel, hvor:

Figur 1 er en skjematisk illustrasjon av en stålring med permanentmagneter,

Figur 2 er et perspektivbilde av en eksempelvis rotor omfattende fire stålringer med permanentmagneter ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, Figur 3 er et perspektivbilde som illustrerer den sammensatte stator og motor, og Figur 4 er en skjematisk illustrasjon av en foretrukket utførelse av en maskin ifølge foreliggende oppfinnelse. Som det ses i figur 1 og 2, omfatter rotoren ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen fire stålringer 1 med permanentmagneter 2 festet på deres ytre overflate. I figur 2 kan det klart ses et sammensatt rotorsystem som omfatter fire stålringer med en innerside, og en rotorramme 3 med en ytterside. Imidlertid kan rotoren også dannes av to eller flere ringer 1 med magneter 2. Ringene 1 er laget av stål eller et annet egnet ferromagnetisk materiale og har samme diameter. Innersiden av ringene 1 er montert på yttersiden av rotorrammen 3. Innersiden av ringene 1 har minst ett spor 4 som tjener som et innretningsmiddel og til å fiksere ringene på rotoren 3, for eksempel ved hjelp av låseorganer som vinkelbeslag, plater eller braketter. De samme eller lignende ringer kan benyttes for motorer av forskjellig jern-lengde, idet standard jernlengder defineres som multiple verdier av ringlengden. Som illustrert i figur 3, kan magnetringene 1 fjernes ved bruk av gjengede stenger 5 som kan settes inn i respektive hull 6 som magnetringene 1 er utstyrt med. I dette tilfellet er stengene 5 meget enkle verktøy for den suksessive fjerning av ringene 1 i samarbeid med nevnte hull 6. Det er også mulig å bruke nevnte stenger 5 til å forsterke fikseringen av ringene sammen i den aksiale retning. Dette er mulig, men ikke absolutt nødvendig, fordi nevnte fiksering oppnås ved sporet 5 av nevnte vinkelbeslag, plater, braketter eller lignende, som er meget effektivt til å motstå særlig tangentielle krefter.

Ifølge figur 3 kan ringene 1 forskyves med en vilkårlig magnetskiftevinkel a. Dette tillater en generering av en skjeveffekt av magnetene som reduserer eller eliminerer motorens slående moment (cogging torque). Hvis magnetene på to tilliggende ringer posisjoneres på samme overlappende måte som avbildet i figur 1, blir sporet i den andre ring forskjøvet med nevnte vinkel a i forhold til sporet 4 i den første ring foran. Ved å sette sammen ringene må imidlertid den første ring dreies rundt aksens sentrum, dvs. forskyves mot klokken med nevnte vinkel a for å få sporene i begge ringer på en rett linje, slik at nevnte feste- eller låseorganer kan introduse-res i alle spor 4 av nevnte ringer 1. Som et resultat, vil sporene i rotorenheten være lokalisert på en overlappende måte (figur 2) og magnetene vil forsinkes ved nevnte vinkel a, fortrinnsvis i området 0-3°.

Figur 3 viser en motor med et luftgap mellom magnetene 2 av rotorene og en stator 7. Naturligvis inkluderer statoren 7 en statorspole. I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen fremviser den sirkulære rand eller ytterkant av stålringen 1 en til-strekkelig stor tykkelse til å motta de lange hull 6 for de gjengede stenger 5 eller andre demonteringselementer eller verktøy. Hullene 6 er parallelle med rotasjons-aksen av ringen 1, dvs. perpendikulær på den lille flate side av yttergrensen av ringen 1.

Systemet ifølge figur 4 inkluderer et drivhjul 8, fortrinnsvis beregnet på å vikle opp et rep av en elevator eller en heisinstallasjon. Nevnte drivhjul 8 er plassert mellom to lagre 9 og 10 for en aksel 11 av rotoren, og rammen 3 er festet til nevnte aksel 11. Lagrene 9 kan være festet til en understøttelse 12 festet til en basis 13 plassert i maskinrommet av nevnte elevator eller heisinstallasjon. Systemet kan inkludere en statorramme 14 som understøtter lageret 10 og ved hjelp av forbindelsesorganer 15, også statoren 7. Som det ses i figur 4, kan rammen 3 og statoren 7 monte-res ut fra lageret 10 av rotoren. Denne unilaterale utførelse med rammen 3 utenfor lageret 10 forenkler den enkle og hurtige installasjon av to eller flere ringer med permanentmagneter, for eksempel tre ringer 16 som vist i figur 4.

En fremgangsmåte for å montere en permanentmagnet eller elektrisk maskin omfattende et armatur 7 og en induktor eller rotor med ringer 1 eller 16 med nevnte magneter 2, kan omfatte de følgende fremgangsmåtetrinn:

å montere statoren 7 på statorrammen 14 over forbindelsesorganer 15,

å montere rotorrammen 3 på akselen 11 av rotoren,

å montere en første ring 1 på nevnte induktorramme 3, montere en andre ring 1 på nevnte induktorramme 3, feste nevnte andre ring 1 lateralt på nevnte første ring 1 med magnetene av samme polaritet i en forhåndsbestemt innretting ved hjelp av nevnte innrettingsorganer 4 og låsorganer og montere suksessivt på denne måte alle ringer 1 av induktoren. For dette formål er det også mulig, men ikke absolutt nødvendig, å ha flere spor i hver ring, for eksempel n-1 spor for et antall av n ringer. For enkelthetsskyld kan statoren og/eller rotoren være utstyrt med skuldre for å understøtte endene av et meget enkelt verktøy, fortrinnsvis i form av en jekk, løf-tejekk, skrujekk, osv., for å forenkle introduksjonen av ringene i rammen 3. Denne fremgangsmåte for å sette sammen rotoren kan ikke konstateres fra den ferdige motor, som bør demonteres for å se hvordan rotoren var satt sammen.

En fordel ved denne fremgangsmåte for konstruksjon er at under monteringsfasen av magnetene 2, er det enklere å sette sammen små magneter på overflaten av en stålring 1 enn store magneter på overflaten av en rotor. Det er også enklere å håndtere enklere magnetringer 1 enn en hel rotor. I tillegg til dette kan ringene produseres separat, og de kan tilveiebringes for eksempel fra standard jernrør.

En annen fordel ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen resulterer fra det faktum at av holdbarhetshensyn ville det være fordelaktig at lengden av magnetene ikke overskrider visse dimensjoner, typisk 50 mm, fordi de ellers blir skjøre. Magnetpla-tene må ikke nødvendigvis være kurvet. Ifølge oppfinnelsen er det ikke behov for å sette to eller flere magneter av den samme polaritet nær ved siden av hverandre, som i den normale konstruksjon, hvilket er en kompleks operasjon på grunn av kreftene mellom magnetene. Spesielle verktøy for dette formål kan unngås. De magnetiske elementer kan være flate elementer, for eksempel permanente magneter av sjeldne jordarter, slik som neodymium-jern-bor (NdFeB), kobolt, samarium eller billige, harde, permanente ferrittmagneter plassert med alternerende magnetiske polariteten Fortrinnsvis er ringene 1 dannet fra et bløtt magnetisk materiale slik som bløtjern, fortrinnsvis med en relativt høy permeabilitet ar>>l. Magnetene kan limes til ringene.

En annen fordel ved denne fremgangsmåte vedrører trinnene for å ta motoren fra hverandre. Særlig for store maskiner plassert i meget små rom, når det er nødven-dig å fjerne rotoren i tilfelle svikt av statoren 7 uten transport av motoren, for eksempel i store heisinstallasjoner, kan ringene fjernes suksessivt én omgangen ved å sette de gjengede stenger 5 inn i de respektive hull 6. Fortrinnsvis kan nevnte hull også være forskjøvet i de forskjellige ringer 1. Når ringene er utenfor, kan rammen av rotoren enkelt fjernes fordi det er ingen magnetiske krefter mellom rotor og stator, og spesielle innretninger for å lede rotoren ut av statoren, som fo-rutsatt for konvensjonelle konstruksjoner, er ikke nødvendig.

En annen fordel ved denne fremgangsmåte er at det uønskede parasitt slående moment eller ripple-moment kan unngås eller kompenseres. Denne effekt oppstår fra samvirkningen mellom magnetene og tennene til statoren, som normalt er rette. Ifølge oppfinnelsen tillater egenskapen ved å separere magnetene i flere rette stykker å oppnå en skjeveffekt ved å forskyve ringene med vinkelen a for å kom-pensere nevnte parasittmoment.

Den beskrevne type motor er av typen indre rotormaskin fordi magnetene 2 er festet på den ytre overflate av ringene 1. Ifølge en annen utførelse av oppfinnelsen kan magnetene festet på den indre overflate av ringene for å gi en ekstern rotorma-skintype. I dette tilfellet forblir statoren på innsiden. Mer generelt sagt, kan rotoren med magnetene være en induktor og statoren med spolene kan være et armatur. Normalt er armaturet (statoren) festet til en fotplate og beveger seg ikke. Imidlertid er det maskintyper hvor induktoren (rotoren) ikke beveger seg, og armaturet er montert på aksler for å rotere inne i eller utenfor induktoren. Rotoren kan være konstruert for en fart på 30 til 900 opm.

Claims (8)

1. Permanentmagnetisk elektrisk maskin omfattende en armatur (7) og en induktor (1, 2), karakterisert vedat induktoren omfatter minst to ringer (1) med permanentmagneter (2) festet på deres ytre eller indre overflater, hvor nevnte ringer (1) er demonterbart montert på eller danner en demonterbar del av en induktorramme (3), og hvor nevnte ringer (1) er lateralt festet sammen ved festeorganer (4) for å oppnå en induktorenhet, og hvor nevnte ringer (1) er forskjøvet med en egnet magnet-forskyvningsvinkel a for å tillate generering av en skjeveffekt av magnetene som reduserer eller eliminerer et slående moment av motoren.

2. Maskin ifølge krav 1, hvor nevnte ringer (1) er montert på nevnte induktorramme (3) på en slik måte at innersiden av ringene (1) er festet på den ytre side av induktorrammen (3) og hvor nevnte magneter er festet på den ytre overflate av ringene.

3. Maskin ifølge krav 1 eller 2, hvor innsiden av hver ring (1) har minst ett spor (4) som tjener til å fiksere ringene på rotoren (3) ved hjelp av fikserings- eller låse-elementer.

4. Maskin ifølge et av kraene 1 til 3, hvor de samme eller lignende ringer blir benyttet for motorer av forskjellig induktorlengder, idet standard deduktorlengder defineres som funksjon av multiple verdier av ringlengden.

5. Maskin ifølge et av kravene 1 til 4, hvor minst to magnetringer (1) er utstyrt med demonteringsorganer (6) for suksessiv fjerning av ringene (1) ved hjelp av korresponderende demonteringsverktøy (5).

6. Maskin ifølge et av kravene 1 til 5, hvor magnetene (2) er formet som plater av 10 til 100 cm<2>, fortrinnsvis kurvet ifølge innsideradius av armaturet (7).

7. Rotor for en maskin ifølge et av kravene 1 til 6, hvor nevnte induktor er en rotor med minst to ringer (1) med permanentmagneter (2) festet på deres arbeids-overflater, for bruk i elevator- eller heisinstallasjoner, hvor nevnte ringer (1) er demonterbart montert på eller danner en demonterbar del av en rotorramme (3), hvor nevnte ringer (1) er lateralt festet sammen ved festeorganer (4) for å oppnå en rotorenhet, og hvor nevnte maskin fortrinnsvis er en synkronmotor.

8. Fremgangsmåte for å demontere induktoren eller rotoren av en permanentmagnet elektrisk maskin, omfattende et armatur (7) og et induktor eller rotor (1, 2) med ringer (1) som er fikserte permanentmagneter (2) ifølge ett av de foregå-ende krav, omfattende de følgende fremgangsmåtetrinn: å fjerne ringene (1) suksessivt én om gangen ved hjelp av demonteringsorganer (5, 6), og fjerne rammen (3) av induktoren eller rotoren, når ringene (1) er på utsiden.