NO334163B1 - Torsjonskompensator - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et system for kompensering av torsjons vridning i rotoraksler for lange elektromotorer der en rotor er oppdelt i flere delrotorer.

Den foreliggende oppfinnelsen angår et system for oppretting av vinkelfeil grunnet torsjon i lange og slanke aksler for elektromotorer der to eller flere rotorer er koblet til en felles aksel og der to eller flere statorer er forsynt med like elektriske faser fra kabel. Anordningen er en kobling mellom den elektriske rotor og aksel som gjen-nomløper denne, der hensikten er å tilveiebringe en fleksibel kobling som kompenserer for vinkelfeil grunnet torsjon i aksel mellom to eller flere delrotorer, hvor en torsjonsvinkel vil påvirke den elektriske effektivitet for rotorer negativt. Oppfinnelsen fungerer som en variabel kobling der overføring av vridningsmoment fra elektriske delrotorer til aksel er tilnærmet uavhengig av relativ vinkelendring mellom hver enkelt delrotor og aksel og innbyrdes mellom de enkelte delrotorer. Formålet med oppfinnelsen er å posisjonere delrotorer elektrisk synkront slik at den elektriske virkningsgraden ikke blir redusert på grunn av torsjon i aksel. Oppfinnelsen består prinsipielt av en indre hylse som er koblet til aksel og en ytre hylse som er koblet til rotor. Mellom den indre hylsen og den ytre hylsen er det anordnet et system som kan overføre et variabelt vridningsmoment som gir en variabel vinkelendring ved at de to hylser roterer relativt i forhold til hverandre. Der de enkelte bestandde-ler i koblingen ikke kan betraktes som separate hylser, er disse å betrakte som en del av rotorkonstruksjon og opplagring av den relative rotasjon. Denne relative vinkelendring som funksjon av vridningsmoment kan anordnes på tre forskjellige virkemåter: a) Vinkelendring kan anordnes som en fleksibel enhet, der vinkelendringen er en funksjon av det vridningsmoment som rotor utøver mot kobling og der karakteristisk vinkelendring for hver av de enkelte delrotorer er lik akkumulert vinkelendring regnet fra posisjon (lengde) til enden av motsatt side av nyttelast på aksel. Denne type løsning er kjent som en torsjonsfjær som eksakt tilsvarer torsjonen til aksel med respekt på posisjon (lengde) der den delrotor som er nærmest nyttelast (drivende) har størst relativ rotasjon i forhold til aksel og den delrotor som er lengst i fra nyttelast kun er koblet direkte til aksel. Alle andre delrotorer vil da rotere tilsvarende delrotor på ikke drivende side ved at stivheten i aksel er stegvis korrigert i hver enkelt kobling mellom delrotor og aksel. b) Vinkelending kan anordnes som en kontinuerlig vinkelendring per tidsenhet som funksjon av det vridningsmoment som rotor utøver på koblingen. Denne

type kobling er bedre kjent som en slurekobling med kontinuerlig relativ rotasjonshastighet.

c) Vinkelending kan anordnes som en fleksibel enhet der vinkelendring er en funksjon av det vridningsmoment som rotor utøver mot kobling, der vinkelendring i selve koblingen er relativ stor i forhold til torsjon av aksel. Denne type løsning er kjent som en torsjonsfjær som vil få en stor vinkelendring i forhold til momentbelastning, men med en relativ lik ytelse i overført vridningsmoment for hver av rotorene.

Hver av virkemåtene innehar den samme egenskap ved at torsjon grunnet vridningsmoment blir dynamisk korrigert i forhold til det vridningsmoment som overfø-res mellom rotor og aksel. I tillegg til at torsjon blir dynamisk kompensert, er det viktig at mulige selvsvingninger mellom rotor og aksel, og/eller mellom rotorer blir redusert til et minimum med en anordning som demper vibrasjoner basert på relativ rotasjonshastighet mellom stator og aksel. I forhold til virkemåte (b) er denne funksjon implisitt med i virkemåten ved at det er en kontinuerlig relativ rotasjonshastighet mellom rotor og aksel. For de andre virkemåter (a) og (b) må denne dynamiske dempning anordnes i konstruksjonen slik at de ønskede egenskaper for redusering av og eller eliminering av svingninger oppnås.

Bakgrunnen for oppfinnelsen er behovet for lange slanke motorer til nedi hulls pumper innenfor oljeindustrien. Tradisjonelt har det kun vært benyttet asynkrone

induksjonsmotorer til disse nedi hulls pumper. Typisk består en slik motor av et antall multiple rotorer og statorer, der hver rotor er koblet til en felles aksel som gjen-nomløper hele motorens lengde. På grunn av plassbehov er nevnte aksel kun dimen-sjonert for mekanisk styrke for det moment den må overføre. Den total lengden på en slik motor kan være alt fra 1 til 30 meter. Ved store effekter og lang aksel kan torsjons vridningen av aksel være mer enn en omdreining (360 grader) ved oppstart og betydelig (0-180 grader) under drift. For asynkrone induksjonsmotorer er magne-tiseringen av rotor basert på kontinuerlig sluring dvs. en relativ hastighet mellom rotasjon av magnetisk felt i stator og hastighet til rotor som besørger induksjon av en strøm i strømleder i rotor, hvilket igjen fører til at det induseres et magnetfelt som virker mot magnetfeltet til rotor og skaper på denne måten en kraft som trekker rotoren rundt. På denne måten blir rotasjonen til rotor asynkron i forhold til stator og det er derfor ikke behov for store korrigeringer av torsjon i aksel. En synkron motor for nedi hulls applikasjoner må også konstrueres med et antall multiple stator og rotorer grunnet behov for opplagring osv. For en synkron motor basert på per-manent magneter (PM) er det viktig at rotorene er synkrone slik at det magnetisk feltet er mest mulig likt for hver rotor i forhold til posisjon til stator. Dersom det er store variasjoner i den elektriske synkroniseringen mellom stator og rotor for de forskjellige delrotorer, vil vikningsgraden og maksimum avgitt effekt i forhold til moment bli redusert. En mulig metode er å løse dette med en elektrisk styring, der en benytter vinkelmåler på hver delrotor eller grupper av rotorer som måler absolutt posisjon i forhold til stator(er). Dermed kan hver delrotor eller grupper av roterer styres elektrisk individuelt. En slik løsning krever at hver delrotor eller grupper av rotorer er tilkoblet hver sin tilførselskabel. På grunn av ønske om store spenninger fra 3000- 6000 V, hvilket resulterer i stor isolasjonstykkelse og avskjerming av hver tilførselskabel, vil dette medføre at det ikke er fysisk plass til mange sett med tilfør-

selskabler i selve produksjonsrøret eller ringrom (annulus). Det faktum at tilgjenge-lige nye oljereservoarer er å finne på store dyp medfører at nye oljebrønner stiller større krav til overføring av store effekter og bedre virkningsgrad for nedi hulls pumper enn tidligere.

En ytterligere metode for å regulere det magnetiske feltet til en stator, er å plassere styringselektronikk nedihulls, slik at behovet for flere sett med tilførselskabler elimineres. Slike dype brønner vil imidlertid ha høye temperaturer, og det er således ikke mulig å gjennomføre dette med dagens teknologi, sett i forhold til at det vil oppnås en kort levetid på styringselektronikken, samt at det ikke finnes tilgjengelig komponenter som effektivt regulerer spenninger på opp til 6000 V.

Basert på ovenstående har det fremkommet behov og ønske om å benytte synkrone motorer basert på bruk av permanentmagneter (PM). Permanentmagnetmotorer har

på grunn av sin konstruksjon en vesentlig bedre virkningsgrad enn asynkrone motorer. Utfordringen med slike lange synkrone motorer vil imidlertid være at en torsjon av aksel vil redusere virkningsgraden i forhold til det vridningsmomentet som motoren yter. Anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelsen er en dynamisk mekanisk korreksjon av denne torsjonen, slik at best mulig virkningsgrad også oppnås for elektromotorer med lange slanke aksler.

Den foreliggende oppfinnelsen kan således muliggjøres på forskjellige måter, hvor en felles funksjon for disse måter vil være å dynamisk å korrigere for torsjon i en aksel, slik at den elektriske virkningsgrad for antallet multiple rotorer og statorer bevares.

Kjente anordninger der vinkelfeil på grunn av torsjon er forsøkt løst er i hovedsak basert på statisk korreksjon av vinkel for hver rotor, slik at motoren ved en gitt normert last har en riktig korreksjon som nøyaktig tilsvarer torsjonen til akselen.

Amerikansk Patent US 6.388.353 Bl beskriver en permanentmagnetmotor der hvert rotorelement i permanentmagnetmotoren er motforskjøvet (rotert) med en vinkel som tilsvarer en summert torsjonsvinkel i forhold til posisjon ved en gitt normert last, og der rotorene videre er låst med kiler til akselen.

Den tyske patentsøknaden DE 10 2009 04 871 Al søker å løse det samme, ved å lå-se rotorsegmenter til akselen ved en aksial kraft. Her er rotorsegmentene med permanentmagneter tilvirket i form av skiver som kan roteres vilkårlig i forhold til hverandre. Det er også beskrevet et verktøy som muliggjør innstilling av vinkler på en enkel måte. Rotorsegmentene er festet ved at en aksial forspenning holder rotorer sammen, slik at de låses ved friksjon mellom hverandre og til arrangement på hver side.

Et ytterligere patent det skal henvises til, er amerikansk patent US 7.608.962 B2, der to rotorseksjoner er anordnet slik at de kan roteres relativt i forhold til hverandre ved bruk av et aktivt reguleringssystem. Formålet med denne løsningen er en ak-tiv aktuatorjustering av rotorsegmenter, slik at best mulig virkningsgrad og høyest mulig vridningsmoment oppnås over et bredt turtallsområde. Løsningen anvendes i elektriske motorer for kjøretøy der elektrisk virkningsgrad er viktig i forhold til kjø-relengde og startmoment.

US 2003/0168925 Al vedrører en permanentmagnetrotor for en elektrisk motor, der permanentmagnetrotoren omfatter et plastisk understøttelseselement og en perma-nentmagnetring. Understøttelseselementet omfatter et sentralt utformet sete for et lager og en rotoraksel som er utformet som et hult skaft. Et drev er videre støpt til enden av rotorakselen, mens permanentmagnetringen er omhyllet av understøttel-seselementet i en motsatt ende av drevet. En magnetåkring er videre anordnet mellom understøttelseselementet og permanentmagnetringen. For å forhindre vridning mellom understøttelseselementet og magnetåkringen og/eller permanentmagnetringen, er magnetåkringen og/eller permanentmagnetringen utformet med utsparinger eller hakk.

Amerikansk patent US 7.911.110 B2 vedrører en motor med to rotorer som eksempelvis kan benyttes i en vaskemaskin. Motoren omfatter en ytre rotor med et første fundament og en første forlengelse som forløper fra en omkrets av fundamentet ho-vedsakelig perpendikulært dertil, der den første forlengelsen har ytre magneter montert på en indre omkrets av overflaten, samt en indre rotor med et andre fundament montert på en øvre overflate av det første fundamentet, konsentrisk til det første fundamentet, og en andre forlengelse som forløper fra en omkrets av det andre fundamentet for slik å være motsatt til den første forlengelsen med en forhåndsbestemt åpning mot en indre side av den første forlengelsen, hvor den andre forlengelsen har indre magneter montert på en ytre omkrets av overflaten, og en gjennomføring i et senter av det første og andre fundament, for overføring av rotasjonskrefter til en ro-terende aksel, både fra den ytre rotoren og den indre rotoren.

Til forskjell fra disse publiserte systemer og patenter er den foreliggende oppfinnelsen basert på et selvregulerende mekanisk system som rotorer hver enkelt delrotor relativt i forhold til en aksel i den synkrone permanentmagnetmotoren, slik at delro-torenes poler alltid er mest mulig korrekt i forhold til optimal elektrisk virkningsgrad for hver enkelt delrotor, eller grupper av rotorer, hvis stator(er) er koblet til de samme elektriske faser.

Et formål ifølge den foreliggende oppfinnelsen er derfor å tilveiebringe et system for kompensering av torsjonsvridning i rotoraksler i elektromotorer, der en eller flere ulemper ved den kjente teknikk elimineres eller i alle fall minskes.

Et annet formål ifølge den foreliggende oppfinnelsen vil være å tilveiebringe et system for dempning av torsjonssvingninger i rotoraksel for elektromotorer, der en anordning er en integrert del av kompensering av torsjonsvridning. Denne anordning er ikke en forutsetning for at oppfinnelsen skal fungere men er en praktisk anordning som vil stabilisere mulige torsjonssvingninger.

Ovenstående formål oppnås med et system for kompensering av torsjonsvridning i rotoraksler i elektromotorer som angitt i det etterfølgende selvstendige krav, hvor ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremkommer av de uselvstendige krav og beskri-velsen nedenfor.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører et system for kompensering av torsjonsvridning i aksel i en elektromotor, der elektromotoren omfatter et antall multiple stator- og rotorelementer, hvor permanentmagneter på egnet måte er forbundet til rotorelementene. En anordning for kompensering av torsjonsvridning i akselen i elektromotoren vil da anordnes hvert rotorelement. Hver av anordningene for kompensering av torsjonsvridning i akselen vil da kompensere for vinkelfeil grunnet torsjon i aksel mellom antallet rotorelementene, hvorved rotorelementene posisjone-res elektrisk synkront, slik at den elektriske virkningsgraden ikke blir redusert på grunn av torsjon i akselen.

I en utførelse av anordningen for kompensering av torsjonsvridning i en elektromo-tors aksel ifølge den foreliggende oppfinnelsen, omfatter anordningen et torsjonselement som er anordnet mellom elektromotorens aksel og elektromotorens rotor. Anordningen omfatter et torsjonselement i form av en hylse og er forbundet til en aksel og rotoren på egnet måte, for eksempel gjennom en kile, presspasning eller tilsvarende. Torsjonselementet vil videre over sin omkrets og lengde være utformet med et antall slisser anordnet parallelt med torsjonselementets lengderetning, hvorved disse slisser da vil benyttes for å avpasse stivheten til torsjonselementet. Induserte magnetiske krefter virker fra et statorelement mot permanentmagneter som er forbundet til rotorelementet, vil skape et dreiemoment om senter til rotorelementet. Torsjonselementet som er forbundet til aksel og rotorelement vil da vris, idet momentet fra rotorelementet må gjennomløpe torsjonselementet. Vridningsmomenter som virker gjennom torsjonselementet vil da rotere rotorelementet relativt i forhold til gjennomløpende aksel. Torsjonsstivheten til hvert torsjonselement for respektivt stator- og rotorelement er imidlertid tilpasset slik at alle rotorelementer vil rotere likt som rotorelementet som er anordnet lengst fra drivende side. Torsjonsstivhetene til torsjonselementene som er anordnet mellom rotorelementer og aksel kan medføre dynamisk torsjonsresonans (egenresonans) mellom rotorelementene på aksel. Disse torsjonsresonanser dempes og avgrenses av en anordning for kompensering av torsjonsvridning i en aksel ifølge den foreliggende oppfinnelsen ved å anordne et kammer i en ende av et rotorelement, der dette kammeret er fylt med et fluid, for eksempel olje eller tilsvarende. I kammeret er det anordnet et dynamisk stempel som er forbundet til torsjonselementet og et stasjonært stempel som er forbundet til rotorelementet. Det dynamiske stempelet er utformet med i det minste en gjennomgående åpning eller hull, hvor dette i det minste ene hullet eller

åpningen vil besørge en kontrollert viskøs motstand mot gjennomstrømning av fluid gjennom stempelet når en ende av torsjonselementet roterer relativt til rotorelementet. Kammeret avgrenses av akselen, rotorelementet og et endelokk, slik at det dannes et lukket kammer.

En annen utførelse av en anordning for kompensering av torsjonsvridning i en aksel ifølge den foreliggende oppfinnelsen omfatter anordningen et utvendig hus, hvor det i det utvendige huset er anordnet radielt et antall hydrauliske stempler. Hvert av de hydrauliske stemplene omfatter en fjær og en enveis ventil. På denne måten vil de hydrauliske stemplene trykkes ned mot akselen i elektromotoren, der denne akselen er utformet som en kamaksel. Enveisventilene vil videre være utformet at de vil tillate et fluid, for eksempel olje, å strømme inn i hvert hydrauliske stempel når de hydrauliske stemplene beveger seg fra sin sammentrykte posisjon (når en kam i kamakselen presser det hydrauliske stempel sammen) og mot kamakselen (når kammen i kamakselen på grunn av torsjon har passert det hydrauliske stempelet), mens enveisventilene vil forhindre innstrømning av fluid når de befinner seg i sin sammentrykte posisjon. Når kamakselen roterer i forhold til det utvendige huset, vil kammene presse de hydrauliske stemplene radielt utover, hvor dette på grunn av det tilførte momentet vil medføre at en kontrollert mengde fluid strømmer ut av hvert stempel. De hydrauliske stemplene med enveisventilene og fjærene vil da være styrte av kammene i kamakselen, slik at de yter en jevn motstand mot vridningsmomentet fra hvert og ett avelektromotorens rotorelement. Som angitt ovenfor vil da hvert rotorelement i elektromotoren da være forbundet til anordningen A for kompensering av torsjonsvridning i kamakselen, hvilket medfører at alle rotorelementene vil justere inn seg selv, slik at de løper synkront. Den felles slanke aksel vil da slure med konstant vinkelhastighet i forhold til samtlige rotorelementer. Slurehastighet relativt til aksel er typisk minst mulig i forhold til praktisk utførelse.

En ytterligere utførelse av en anordning for kompensering av torsjonsvridning i en aksel ifølge den foreliggende oppfinnelsen omfatter anordningen mellom et utvendig hus (rotor) og aksel der overføring av moment tilveiebringes med lameller eller skovler som er annenhver forbundet til hus og aksel, og som ved en relativ rotasjonshastighet vil påvirke hverandre med et moment på grunn av viskøse krefter fra et mellomværende medium (olje) mellom lameller eller skovler. Denne anordning kan betraktes som en hydrodynamisk muliggjøring av en asynkron motor og er bedre kjent som en slurekobling som til dels er benyttet i biler med automatgir eller i differensierte kraftoverføringer.

I henhold til ytterligere en utførelse av en anordning for kompensering av torsjonsvridning i en aksel ifølge den foreliggende oppfinnelsen omfatter anordningen et utvendig hus som gjennom en fjæringsinnretning er forbundet til en innvendig hylse, der fjæringsinnretningen virker med en bestemt torsjonsstivhet ved relativ rotasjon mellom det utvendige huset og den innvendige hylsen. Den innvendige hylsen er videre forbundet til akselen gjennom en låseinnretning, for eksempel en låsehylse eller tilsvarende, slik at den ikke kan bevege seg i akselens lengderetning. En torsjonsstivhet mellom det utvendige huset og den innvendige hylsen oppnås ved å utforme den innvendige hylsen med en spiralformet flate (gjenge), hvilken spiralformet flate vil samvirke med en tilsvarende utformet spiralformet flate i en andre innvendig hylse. De innvendige hylsene vil da på egnet måte være forbundet til en aksel i elektromotoren, hvor den andre innvendige hylsen vil være anordnet liggende innenfor hylsen. Den andre hylsen vil videre samvirke med et stempel som er anordnet i et volum som avgrenses av det utvendige huset og akselen. Stempelet balanseres med en motkraft fra en spiralformet fjær, der denne fjæren er anordnet i det volumet som avgrenses av det utvendige huset og akselen. Dette volum, som er av-grenset av det utvendige huset, akselen, de spiralformede fjærene og stemplene, er da fylt med et fluid, for eksempel olje, hvor dette vil danne et lukket kammer som sammen med en åpning eller spalte utformet mellom det ytre huset og låsehylsen vil da fungere som en viskøs demper. Den karakteristiske torsjonsstivheten oppnås da ved å kombinere stigning på den spiralformede flaten som de innvendige hylsene er utformet med og den aksiale stivheten til spiralfjæren. En aksial forskyvning av stempler medfører at det spesifikke volum av innelukket olje vil endre seg proporsjonalt med aksialbevegelse. Oljen vil da kunne strømme inn eller ut av det lukkede kammeret gjennom åpningen. Basert på arealet til åpningen kan den dynamiske respons avpasses slik at selvsvingninger i aksel og/eller mellom rotorelementer unngås eller reduseres til et minimum.

I henhold til nok en utførelse av en anordning for kompensering av torsjonsvridning i en aksel ifølge den foreliggende oppfinnelsen omfatter anordningen en aksial kamaksel som utøver en tilnærmet proporsjonal vinkelendringshastighet per vridningsmoment mellom en ytre hylse og en indre hylse. Den aksiale kamakselen er anordnet aksialt i den ytre hylsen. I den indre hylsen er det videre anordnet et antall hydrauliske stempler. Når den ytre og indre hylsen er aksialt låst til hverandre, vil de hydrauliske stemplene løpe over kammene i den aksiale kamakselen. Den indre hylsen er stivt forbundet til den gjennomløpende aksel i elektromotoren. Den aksiale kamakselen vil da være låst til den ytre hylsen som igjen er forbundet med den magnetiske rotor. Dette vil medføre at det genererte vridningsmoment i elektromotoren vil overføres til aksel på grunn av en relativ rotasjonshastighet mellom den ytre hylsen og den indre hylsen. De hydrauliske stemplene omfatter også fjærer, slik at de hydrauliske stemplene presses ned mot kamakselen. På tilsvarende måte som beskrevet i forbindelse med den andre utførelsen av den foreliggende oppfinnelsen, vil også de hydrauliske stemplene i denne utførelsen være utformet med hver sin tilbakeslagsventil, der disse tilbakeslagsventilene kun slipper inn olje i de hydrauliske stemplenes stempelkammer. Den totale motstand mot vridningsmoment i forhold til relativ hastighet mellom den ytre hylsen og den indre hylsen er da avhengig av angrepsvinkel på den aksiale kamakselen og den kontrollerte lekkasjen fra hvert av de hydrauliske stemplene. Typisk er også her slurehastighet relativt til aksel typisk minst mulig i forhold til praktisk utførelse.

Andre fordeler og særtrekk ved den foreliggende oppfinnelsen vil fremgå klart fra følgende detaljerte beskrivelse, de vedføyde figurer samt etterfølgende krav, der

Figur 1 viser en utførelse av en anordning i et system for kompensering av torsjonsvridning i en rotoraksel i en elektromotor ifølge den foreliggende oppfinnelsen, sett i tverrsnitt, Figur 2 viser en annen utførelse av anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelsen, Figur 3 viser en tredje utførelse av anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelsen,

Figur 4 viser en alternativ utførelse av anordningen ifølge figur 2, og

Figur 5 viser et typisk arrangement av anordningen ifølge den foreliggende oppfinnelsen.

En elektromotor omfatter et antall multiple stator- og rotorelementer, der hvert rotorelement på egnet måte er forbundet til en felles aksel som forløper gjennom hele elektromotorens lengde.

På figur 1 er det vist en første utførelse av en anordning A for kompensering av torsjonsvridning i en aksel som forløper gjennom elektromotoren, der anordningen er vist samvirkende med en av elektromotorens rotorer, hvorved hver rotor da vil være utformet med en tilsvarende anordning A. Anordningen A er anordnet mellom elektromotorens aksel (ikke vist) og elektromotorens rotor 1. Anordningen A er da utformet som et torsjonselement 3 i form av en hylse som vil forløpe over hele eller deler av akselens lengde. Torsjonselementet 3 vil ved hjelp av en kile K være for bundet til akselen (ikke vist) ved punkt 7 og rotoren 1 ved punkt 8. Torsjonselementets 3 ender vil da være utformet med kilespor (ikke vist) eller tilsvarende. Det skal imidlertid forstås at også andre typer koblinger kan benyttes for å oppnå den ønskede kobling mellom torsjonselementet 3 og aksel og rotor 1. En fagmann vil vite hvordan dette skal gjøres, og det beskrives derfor ikke videre her.

Hylsen i torsjonselementet 3 vil videre over sin omkrets og lengde være utformet med et antall slisser 100, hvilke slisser forløper i hylsens lengderetning. Slissene 100 er utformet for å tilpasses til rotorens størrelse, rotorens posisjon i forhold til den torsjons vinkel som skal kompenseres, belastninger som rotoren utsettes for etc. En fagmann vil imidlertid forstå at slissene 100 også kan utformes på andre måter for å oppnå den ønskede funksjon, for eksempel som delspiraler etc. Det skal også forstås at flere former av slisser kan kombineres for å oppnå dette.

Rotoren 1 på figur 1 er for enkelthetens skyld vist som et massivt element, men ut-gjøres av en indre sentrisk hylse, over hvilken sentriske hylse det er anordnet et antall lag av magnetisk ledende blikk hvis permanentmagneter igjen er festet til. La-gene av magnetisk ledende blikk vil da være lagdelt aksialt langs rotorens 1 lengde. En fagmann vil vite hvordan dette skal gjøres, og det beskrives derfor ikke videre her.

Rundt omkretsen av rotoren 1 er det videre anordnet et antall permanentmagneter 2, der permanentmagnetene 2 vil strekke seg over hele eller deler av rotorens omkrets og/eller lengde. Permanentmagnetene 2 er forbundet til rotoren 1 på egnet måte, for eksempel ved hjelp av lim eller tilsvarende.

Videre er rotorens 1 ene ende er utformet med en utsparing U, der denne utsparing U, sammen med rotorens 1 ende, torsjonselementets 3 hylse og et endelokk (ikke vist) da vil danne et lukket volum når torsjonselementet 3 og rotor 1 er anordnet i elektromotorens hus. Dette lukkede volum er fylt med det samme fluid som selve motoren er fylt med, for eksempel olje. I det lukkede volum er det videre anordnet et stempel 5 som er forbundet til akselen (ikke vist), samt et stempel 6 som er forbundet til rotoren 1. Stempelet 5 er videre utformet med i det minste et gjennomgående hull (ikke vist) som vil tillate en kontrollert strømning over stempelet 5 når stemplene 5, 6 gjennom torsjonselementets torsjon beveges relativt i forhold til hverandre.

Ved bruk av elektromotoren vil induserte magnetiske krefter overføres fra stator (ikke vist) til permanentmagneter 2 og rotor 1, slik at det dannes et dreiemoment om senter til rotor 1. Ved at torsjonselement 3 er forbundet til rotoren 1 ved punkt 8 og akselen ved punkt 7, vil dreiemomentet "gjennomløpe" torsjonselementet 3 fra punkt 8 til punkt 7. Vridningsmoment som virker gjennom torsjonselementet 3 vil da rotere rotor 1 relativt i forhold til gjennomløpende aksel. Ved å tilpasse torsjonselementets 3 torsjonsstivhet i forhold til hver rotor 1, sett i forhold til at en rotor 1 vil utsettes for større rotasjon relativt akselen jo nærmere rotoren 1 er anordnet nyt-telasten, vil det kunne oppnås at antallet rotorer roterer likt. Torsjonselementenes 3 forskjellige rotasjonsstivhet vil imidlertid kunne medføre at det oppnås en dynamisk torsjonsresonans (egenresonans) mellom rotorene 1 i elektromotoren. Slike dynamiske torsjonsresonanser vil imidlertid dempes og avgrenses av stemplene 5, 6 som er anordnet i utsparingen U, idet en relativ bevegelse av stemplene 5, 6 i forhold til hverandre vil medføre at oljen i utsparingen U vil kunne strømme gjennom det i det minste ene gjennomgående hullet i stempelet 5, hvorved det oppnås en dempning av bevegelsen.

Figur 2 viser en andre utførelse av en anordning A for kompensering av torsjonsvridning i en aksel som forløper gjennom elektromotoren, der anordningen A er forbundet og anordnet samvirkende med hver av elektromotorens rotorer 1 (se også figur 1), hvorved hver rotor da vil være utformet med en tilsvarende anordning A. For enkelthetens skyld er rotor 1 utelatt på figur 2, men rotoren 1 vil eksempelvis kunne ha en utforming som vist på figur 1.

I utførelsen vist på figur 2 er elektromotorens aksel utformet som en kamaksel 11, hvor kamakselen vil forløpe gjennom anordningen A for kompensering av torsjonsvridning i en aksel. Anordningen A for kompensering av torsjonsvridning i kamakselen 11 vil da omfatte et utvendig hus 9, i hvilket utvendige hus 9 det radielt er anordnet et antall hydrauliske stempler 10. Hvert av de hydrauliske stemplene 10 omfatter en fjær S og en enveisventil 101. På denne måten vil fjærene S presse de hydrauliske stemplene 10 inn mot kamaksel 11, slik at de hydrauliske stemplene 10 alltid vil være i kontakt med kamakselen 11. Enveisventilene 101 vil videre være slik utformet at de vil tillate et fluid (for eksempel olje) å strømme inn i hvert hydrauliske stempel 10 når stemplene 10 beveger seg fra sin sammentrykte posisjon og mot kamakselen 11, mens enveisventilene 101 vil forhindre innstrømning av fluid når de befinner seg i sin sammentrykte posisjon. Når kamakselen 11 roterer i forhold til det utvendige huset 9, vil kammer i kamakselen 11 presse de hydrauliske stemplene 10 radielt utover, hvor dette på bakgrunn av det tilførte moment vil medføre at en kontrollert mengde fluid strømmer ut av hvert stempel. Funksjonsprinsippet er da at de hydrauliske stemplene 10 med enveisventilene 101 er styrte av kammene i kamakselen 11, slik at de yter en jevn motstand mot vridningsmoment fra hver og en av elektromotorens rotorer 1. Som angitt ovenfor vil da hver rotor 1 i elektromotoren være forbundet til anordningen A for kompensering av torsjonsvridning i kamakselen 11, hvilket medfører at alle rotorer 1 vil justere inn seg selv, slik at de løper synkront. Den felles slanke aksel vil da slure med konstant vinkelhastighet i forhold til samtlige rotorer 1. Slurehastighet relativt til aksel er typisk minst mulig i forhold til praktisk utførelse.

Figur 3 viser en tredje utførelse av en anordning A for kompensering av torsjonsvridning i en aksel som forløper gjennom elektromotoren, der anordningen A er forbundet og anordnet samvirkende med hver av elektromotorens rotorer 1 (se også figur 1), hvorved hver rotor 1 da vil være utformet med en tilsvarende anordning A. For enkelthetens skyld er rotor 1 utelatt på figur 3, men rotoren 1 vil eksempelvis kunne ha en utforming som vist på figur 1. Rotoren 1, som påvirkes av magnetiske krefter mellom stator og permanentmagneter på rotor, vil da være forbundet med et utvendig hus 12.

Anordningen A for kompensering av torsjonsvridning i en aksel omfatter det utvendige huset 12, som gjennom en fjæringsinnretning er forbundet til en innvendig hylse 14, der fjæringsinnretningen virker med en bestemt torsjonsstivhet ved relativ rotasjon mellom det utvendige huset 12 og den innvendige hylsen 14. Den innvendige hylsen 14 er videre forhindret fra å bevege seg aksielt ved hjelp av en låsehylse 18. Torsjonsstivheten mellom det utvendige huset 12 og den innvendige hylsen 14 oppnås ved å utforme den innvendige hylsen med en spiralformet flate (gjenge) 15, hvilken spiralformet flate 15 vil samvirke med en tilsvarende utformet spiralformet flate 15 i en innvendig hylse 13. De innvendige hylsene 13, 14 vil da på egnet måte være forbundet til en aksel 102, hvor hylsen 13 vil være anordnet liggende innenfor hylsen 14. Hylsen 13 vil videre samvirke med stempel 16 som er anordnet mellom det utvendige huset 12 og akselen 102. Stempelet 16 balanseres med en motkraft fra en spiralformet fjær 17, hvilke spiralformet fjær 17 også er anordnet mellom det utvendige huset 12 og akselen 102. Et mellomrom som avgrenses av det utvendige huset 12 og akselen 102 og den spiralformede fjær 17 og stempel 16, er fylt med et fluid, for eksempel olje, hvor dette vil danne et kammer som sammen med en åpning eller spalte 19 vil fungere som en viskøs demper. Den karakteristiske torsjonsstivheten oppnås da ved å kombinere stigning på den spiralformede flaten 15 som er utformet i hylsene 13, 14 og den aksiale stivheten til spiralfjær 17. En aksial forskyvning av stempler 16 medfører at det spesifikke volum av innelukket olje vil endre seg proporsjonalt med aksialbevegelse. Oljen vil da kunne strømme inn eller ut av kammeret gjennom åpningen 19. Basert på arealet til åpningen 19 kan den dynamiske respons avpasses slik at selvsvingninger i aksel 102 og/eller mellom rotorer 1 unngås eller reduseres til et minimum.

Figur 4 viser en fjerde utførelse av en anordning A for kompensering av torsjonsvridning i en aksel som forløper gjennom en elektromotor, der anordningen A er forbundet og anordnet samvirkende med hver av elektromotorens rotorer 1 (se også figur 1), hvorved hver rotor 1 da vil være utformet med en tilsvarende anordning A. For enkelthetens skyld er rotor 1 utelatt på figur 4, men rotoren 1 vil eksempelvis kunne ha en utforming som vist på figur 1.

Anordningen A for kompensering av torsjonsvridning i en aksel som forløper gjennom en elektromotor omfatter en aksial kamaksel 23 som utøver en tilnærmet proporsjonal vinkelendringshastighet per vridningsmoment mellom en ytre hylse 20 og en indre hylse 21. Den aksiale kamakselen 23 er anordnet i en aksiell retning i den ytre hylsen 20. Hydrauliske stempler 22 er på sin side anordnet aksielt forløpende i den indre hylsen 21. Når den ytre hylsen 20 er forbundet med den indre hylsen 21 via de hydrauliske stemplene, vil de hydrauliske stemplene 22 løpe over kammene i den aksiale kamakselen 23 ved at den indre hylsen 21 er stivt forbundet til aksel (ikke vist) som gjennomløper elektromotoren. Den aksiale kamakselen 23 vil da være låst til den magnetiske rotor her representert ved den ytre hylsen 20. Dette vil medføre at det vridningsmoment som genereres i den magnetiske rotor blir overført til den gjennomløpende aksel med en relativ rotasjonshastighet mellom den ytre hylsen 20 og den indre hylsen 21. De hydrauliske stemplene 22 omfatter også fjærer S, slik at de hydrauliske stemplene 22 presses ned mot kamakselen 23. På tilsvarende måte som beskrevet i forbindelse med utførelsen som er vist på figur 2, vil også de hydrauliske stemplene 22 her være utformet med en tilbakeslagsventil 101, der disse tilbakeslagsventilene 101 kun slipper inn olje i de hydrauliske stemplenes 22 stempelkammer. Den totale motstand mot vridningsmoment i forhold til relativ hastighet mellom den ytre hylsen 20 og den indre hylsen 21 er da avhengig av den angrepsvinkel som de hydrauliske stempler opplever imot den aksiale kamakselen 23 og den kontrollerte lekkasjen fra hvert av de hydrauliske stemplene 22. Typisk er også her slurehastighet relativt til aksel typisk minst mulig i forhold til praktisk ut-førelse.

Figur 5 viser en elektromotor med en aksel 24, der et typisk arrangement av rotorelementer 26 og opplagring 25 av disse er anordnet på akselen 24, hvor statorelementer 27 omslutter rotorelementene 26.

Claims (5)

1. System for kompensering av torsjonsvridning i aksel i en elektromotor, hvilken elektromotor omfatter et antall stator- og rotorelementer (27, 26), hvilke rotorelementer (26) er forbundet til permanentmagneter,karakterisert vedat en anordning (A) er forbundet til hvert rotorelement (26), hvilke anordning (A) vil tilveiebringe en kompensering av hvert rotorelements (26) rotasjon i forhold til aksel (24), slik at relativ rotasjon av hvert enkelt rotorelement (26) vil innrettes elektrisk synkront i forhold til elektriske poler på statorelementer (27), der de elektriske polene har like elektriske faser.

2. System i følge krav 1,karakterisert vedat det mellom rotorelementer (26) og aksel (24) er anordnet et torsjonselement (3) med karakteristisk torsjonsstivhet som kompenserer for torsjon i aksel (24) grunnet torsjonsmoment fra rotorelementer (26), slik at alle rotorelementer (26) oppnår elektrisk synkron fase.

3. System i følge krav 1,karakterisert vedat det mellom hvert av rotorelementene (26) og akselen (24) er anordnet et utvendig hus (9) og en innvendig hylse (11) som yter motstand mot vridningsmoment i forhold til en karakteristisk relativ rotasjonshastighet, slik at hvert rotorelement (26) kontinuerlig roterer like mye i forhold til statorelementene (27).

4. System i følge krav 1,karakterisert vedat det mellom hvert av rotorelementene (26) og akselen (24) er anordnet et utvendig hus (12) og en innvendig hylse (14) som utøver et torsjonsmoment proporsjonal i forhold til en relativ stor vridningsvinkel mellom det utvendige huset (12) og den innvendige hylsen (14), slik at hvert rotorelement (26) roterer like mye i forhold til statorelementene (27) og overfører et tilnærmet likt torsjonsmoment til aksel (24) uavhengig av torsjon i aksel (24).

5. System i følge ett eller flere av kravene 1,2 og 4,karakterisert vedat det mellom rotorelementer (26) og aksel (24) er anordnet en anordning (A) som demper vibrasjoner slik at resonanser mellom rotorelementer (26) og/eller aksler (24) reduseres eller unngås.