NO337934B1 - Fremgangsmåte ved sammenstilling av rotorer omfattende permanentmagneter - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte ved sammenstilling av rotorer omfattende permanentmagneter som angitt i ingressen til patentkrav 1.

Bakgrunn

Rotorer for thrustere på skip er typisk drevet ved hjelp av kraftoverføring til magneter plassert på langs rotorens omkrets. For beskyttelse mot korrosjon og slitasje, blir magnetene påført et sjikt av et ikke-ledende og ikke-korroderende materiale, typisk en epoksyplast. Slik belegg kan typisk være fra 1,5 til 4 mm tykt.

Magnetisering av magnetene blir typisk gjort før montering av magnetene på rotoren, da magnetisering etterpå er komplisert og krever en ekstrem nøyaktighet. Imidlertid er det ulemper også ved magnetisering på forhånd, ikke minst knyttet til de store krefter som oppstår mellom magnetene når disse bringes nær hverandre.

Fra US patent nr. 5 488 260 er det kjent en rotor med permanentmagneter hvor magnetene er dekket av et sjikt av et plastmateriale som inneholder partikler av permanentmagnet-materiale for å oppnå en mer gradvis variasjon av magnetisk fluks mellom tilgrensende magneter. Anvendelsesområdet angis å være børsteløse motorer, og vil typisk omfatte elektrisk utstyr innenfor verkstedindustrien. Det er ikke angitt noe i denne publikasjon som spesifikt retter seg mot de særlige utfordringer som gjelder stor rotorer og kraftige permanentmagneter som kreves for thrustere på skip. Det er således ikke lagt vekt på ulemper eller problemer knyttet til nøyaktigheten som kreves ved posisjonering verken av magnetene som sådan eller for magnetiseringsutstyret som benyttes til magnetiseringen.

Fra japanske patentpublikasjon JP 63144745 (1986) er det generelt kjent å beskytte fire magneter plassert med en innbyrdes forskyvning på 90 grader på en rotor, ved å dekke magnetene med en herdeplast. Her angis imidlertid ikke noe om rekkefølgen på magnetisering i forhold til magnetenes plassering og fiksering.

Formål

Det er således et formål ved foreliggende oppfinnelse å komme frem til en fremgangsmåte som overvinner de ovenfor nevnte problemer knyttet til magnetisering og montering av magneter på rotorer beregnet for overføring av store krefter, så som thrustere på skip.

Foreliggende oppfinnelse

Det ovenfor nevnte formål er oppnådd gjennom fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse som definert i patentkrav 1.

Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Ved foreliggende oppfinnelse skjer magnetiseringen fortrinnsvis trinnvis, én magnet av gangen.

Fordelene ved å magnetisere permanentmagnetene etter montering er for så vidt åpenbare og grunnen til at dette ikke er gjort tidligere er trolig at man ikke har funnet det praktisk mulig å gjøre dette med tilstrekkelig stor grad av presisjon eller med tilstrekkelig kraftig magnetisering gjennom et sjikt av epoksy eller annet beskyttende materiale.

En ulempe ved å montere kraftige industrielle magnetene etter at de er ferdig magnetisert, er dessuten at det virker sterke krefter mellom magnetene som må overvinnes med betydelige motkrefter eller holdekrefter fra verktøy og jigger som posisjonere magnetene på den aktuelle rotor inntil innfestingen er fullført.

Fermgangsmåten ifølge oppfinnelsen skjer typisk i flere trinn,

- Ikke magnetiserte permanentmagneter monteres langs periferien av en rotor i på forhånd anordnete posisjoner, - belegg påføres rotoren slik at permanentmagnetene blir helt dekket og beskyttet, slik at verken luft eller vann kan slippe inn til magnetene, - rotoren plasseres i en magnetiseringsjigg, som er slik innrettet at den kan låses nøyaktig i de posisjoner hvor permanentmagenetene ligger på linje med en magnetiseringsenhet som er

lineært bevegbar,

- permanentmagnetene blir magnetisert én om gangen med en magnetiseringsenhet som annenhver gang magnetiserer med en gitt polaritet, eks. Som nordpol (N) og annenhver gang magnetiserer med motsatt polaritet (S) slik at hver magnet på rotoren har nabomagneter på

begge sider av seg som har motsatt polaritet,

- antall magneter langs periferien av rotoren er minst 32 og typisk av størrelsesorden 44 til 88.

Nærmere om oppfinnelsen

Nærmere beskrivelse av oppfinnelsen i form av et utrørelseseksempel med henvisning til vedlagte figurer.

Figur 1 viser et trinn av en variant av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse.

Figur 2 viser et annet trinn av fremgangsmåten ifølge foreligende oppfinnelse.

Figur 3 viser nok et trinn av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse.

Figur 4 viser nok et trinn av fremgangsmåten ifølge foreligende oppfinnelse.

Figur 5 viser nok et trinn av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse.

Figur 6 viser skjematisk en sammenstilling av apparatur som benyttes ved utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Figur 1 viser et utsnitt av en rotor 11 med magneter 12,. Med indeksen / forstås en vilkårlig valgt magnet 12 blant et antall magneter. Med indeks n forstås en gitt, ikke tilfeldig, magnet i rekken av magneter. I praksis vil det typisk sitte f.eks. 44 magneter på en rotor som typisk kan ha en radius på ca. 1,0 meter. Slik det fremgår av figur 1 er magnetene 12, og rotoren 11 dekket av sjikt 13 av et beskyttende, ikke magnetiserbart materiale som typisk er et polymermateriale og gjerne kan være epoksy. Dette sjiktet beskytter magneter og rotor mot slitasje, men fremfor alt mot korrosjon.

Til høyre på figur 1 er det vist et magnetiseringshode 15 som sitter på en forskyvbar arm 16. Magnetiseringshodet har spoler 17 og 18 for magnetisering av magnetene 12,. Magnetiseringen skjer med en magnet av gangen, og i figur 1 er magnet 12n i ferd med å bli magnetisert på en måte at den vil fremstå som en nordpol. Mens hovedspolen 17 i magnetiseringshodet gir denne polariteten til magnet 12n, får samtidig magnet 12n+1 og 12^ et svakt bidrag til motsatt polaritet fra en (sekundær) spolene 18 i magnetiseringshodet 15.

Dette hindrer feil polaritet av magnetene og reduserer kreftene som påvirker magnetene under magnetiseringspulsen.

Det skal understrekes at figurene kun er illustrative og at de ulike elementer ikke nødvendigvis er korrekt innbyrdes skalert. Således kan enekelte detaljer være vist større enn de vil være i reell utførelse for å få frem detaljene bedre.

Figur 1 viser også et antall hull 20;langs en imaginær krum linje som er koaksial med rotorens periferi. Det er samme antall hull 20, som det er magneter 12, langs periferien av rotoren, og vinkelforskjellen mellom hullene er konstant og den samme som vinkelforskjellen mellom magnetene. Hullene tjener til å fiksere rotoren 11 i bestemte posisjoner der en magnet 12, står helt innrettet etter magnetiseringshodet 15. Det er viktig at denne innretningen er nøyaktig for at magnetiseringen skal bli effektiv. For dette formål er rotoren under magnetiseringen montert i en jigg (ikke vist), og kan roteres i denne jiggen. Imidlertid har denne jiggen en fast bolt eller lignende som passer nøyaktig inn i hullene 20,.og som i tur og orden låser rotoren slik at hver og en av magnetene kan posisjoneres og låses inntil magnetiseringshodet 15.

Slik det er indikert på figur 1, er magnetene 12n.aog 12n_2allerde magnetisert som 5 henholdsvis N, mens magnet 12n+1får en svak magnetisering med motsatt polaritet (markert som liten s) i forhold til magnet 12n når sistnevnte magnetiseres som N. Figur 2 viser i noe mindre målestokk enn figur 1 at rotor blir reposisjonert slik at magnet 12n+1blir posisjonert inntil magnetiseringshodet. Magnetiseringshodet er i mellomtiden blitt trukket noe tilbake og blir så ladet opp igjen med motsatt polaritet i forhold til den forutgående syklus (hvor hodet 12n ble magnetisert). Med rotoren fiksert i ny posisjon blir magnetiseringshodet ført inn til magnet 12n+ 1.1 figur 2 er ikke hullene 20 tegnet inn i rotoren, men det er underforstått at hull eller andre midler for fiksere rotoren i de ovenfor omtalte, bestemte posisjoner er til stede er der i en eller annen form. Figur 3 viser magnetisering av magnet 12n+ 1 med polaritet 5 mens det samtidig blir gitt et svakt bidrag av magnetisering til magnet 12n+2med polaritet N (markert som liten n). Som der fremgår av figur 3 ligger magnetiseringshodet 15 igjen tett inntil rotoren under dette trinn, og spolen 17 i magnetiseringshodet er posisjonert rett overfor magnet 12n+i. Figur 4 viser dreining av rotoren 11 slik at magnet 12n+2havner i posisjon rett overfor magnetiseringshodet 15, som i mellomtiden er blitt trukket tilbake for ny oppladning, denne gang igjen for å magnetisere med polaritet N. Figur 5 viser magnetisering av magnet 12n+2med polaritet N på eksakt samme måte som magnet 12n ble magnetisert to sykler tidligere. På samme måte som i figur 1 og figur 3 er her magnetiseringshodet ført nært inntil den aktuelle magnet og magnetiserer denne gjennom det beskyttende sjikt 13. Igjen er det også slik at neste magnet i rekken, magnet 12n+3får en svak magnetisering med motatt polaritet i forhold til den magnet som ligger rett overfor spole 17 i magnetiseringshodet. Det skal imidldrtid understrekers at det er prinsippet som sådan som er nytt for denne type rotorer, ikke den ekstra effekt av tilleggsmagnetisering av tilgrensende magneter. Figur 6 viser rotoren 11 med magneter 12, montert i en jigg 21 som har midler for å holde rotoren 11 i en roterbar, men ellers fast posisjon. Jiggen er videre innrettet til å holde magnetiseringshodet 15 og til å kunne bevege dette frem og tilbake ved behov. Videre omfatter jiggen åsemidler 22 innrettet til i samvirke med hullene 20, i rotoren, å låse rotoren i et antall bestemte posisjoner som svarer til antall magneter langs periferien av rotoren. Antallet magneter vist i figur 6 er kun 26, hvilket er et lavere antall enn hva som typisk vil bli benyttet i praksis. Det skal forstås at magnetene og rotoren på figur 6 allerede er dekket av et sjikt av beskyttende amteriale selv om dette ikke spesifikt vises av figuren.

Med et typisk antall av 44 magneter langs omkretsen vil det være en vinkelforskjell mellom to tilgrensende magneter på 360/44 = 8,2 grader. Velges en radius på 100 cm. for rotoren, vil det gi en senteravstand mellom magnetene på 14,3 cm. Flere enn 44 magneter, eller mindre radius på rotoren, krever enda tettere montering. Rotordiameter vil naturligvis variere for forskjellige utførelsesformet. En fagmann vil forstå at det vil oppstå sterke krefter mellom magneter av aktuell type som plasseres så nær hverandre, og at magnetisering etter montering og påføring av beskyttende sjikt representerer et betydelig fremskritt for en montasje av denne type. Magnetiseringen skjer typisk slik at det oppnås en feltstyrke i området 1-2 Tesla.

Belegget 13 som påføres, er typisk mellom 1 og 4 mm tykt. Det er underforstått at det velges et belegg som ikke lar seg løse i det naturlige bruksmiljø. Spesifikt at det ikke lar seg løse av sjøvann. Det er typisk et homogent polymermateriale, det vil si et materiale som er ensartet og ikke inneholder faste partikler eller lignende. Et typisk materiale er epoksy.

En spesielt foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen omfatter følgende trekk:

I. permanentmagnetene i (12,) blir festet til rotoren (11) i ikke magnetisert tilstand (11) i faste festepunkter som har ens innbyrdes avstand, II. magneter (12s) og rotor (11) påføres et beskyttende sjikt (13) av et ikke-magnetiserbart, ikke elektrisk ledende materiale,

III. rotoren (11) festes roterbart til en jigg (21)

IV. rotoren(ll) låses i forhold til jiggen (21) i et punkt hvor en vilkårlig magnet (12,) er nøyaktig posisjonert inntil et oppladet magnetiseringshode (15),

V. den vilkårlige magnet (12,) blir magnetisert i denne posisjon,

VI. rotoren (11) frigjøres for rotasjon, dreies til neste magnet (12i+1) står inntil magnetiseringshodet (15) og låses mot rotasjon på nytt,

VII. magnetiseringshodet (15) lades med motsatt polaritet i forhold til den forutgående,

VIII. neste magnet (12i+i) blir magnetisert i denne posisjon,

IX. trinnene fra iv til viii gjentas inntil alle magneter er magnetisert, annenhver som nordpol,

annenhver som sydpol.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte ved sammenstilling av rotorer (11) omfattende permanentmagneter (12,) ved rotorenes (11) periferi, omfattende å montere og feste magnetene (12,) til rotoren (11) i ikke magnetisert tilstand, dekke de med et sjikt (13) av et elektrisk isolerende, ikke-magnetiserbart og ikke-korrosivt materiale for deretter å magnetisere magnetene (12;) i montert og dekket tilstand,karakterisert vedat sjiktet som dekker magnetene (12) er et sjikt som ikke lar seg løse av sjøvann.

2. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat magnetiseringen skjer trinnvis, én magnet av gangen.

3. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1 eller 2,karakterisert vedat rotoren (11) er for propeller (thrustere) til skip.

4. Fremgangsmåte i samsvar med et hvilket som helst av patentkravene 1-3,karakterisert vedat magnetene (12,) gir en magnetisk feltstyrke B i området 1 -2 Tesla.

5. Fremgangsmåte i samsvar med et hvilket som helst av patentkravene 1-4,karakterisert vedat sjiktet somdekker magnetene (12,) er laget av et homogent polymermateriale.

6. Fremgangsmåte i samsvar med et hvilket som helst av patentkravene 1-5,karakterisert vedat sjiktet som dekker magnetene (12,) er basert på epoksy.

7. Fremgangsmåte i samsvar med et hvilket som helst av patentkravene 1-6,karakterisert vedat I. permanentmagnetene i (12;) blir festet til rotoren (11) i ikke magnetisert tilstand (11) i faste festepunkter som har ens innbyrdes avstand, II. magneter (12j) og rotor (11) påføres et beskyttende sjikt (13) av et ikke-magnetiserbart, ikke elektrisk ledende materiale, III. rotoren (11) festes roterbart til en jigg (21) IV. rotoren(ll) låses i forhold til jiggen (21) i et punkt hvor en vilkårlig magnet (12,) er nøyaktig posisjonert inntil et oppladet magnetiseringshode (15), V. den vilkårlige magnet (12,) blir magnetisert i denne posisjon, VI. rotoren (11) frigjøres for rotasjon, dreies til neste magnet (12i+i) står inntil magnetiseringshodet (15) og låses mot rotasjon på nytt, VII. magnetiseringshodet (15) lades med motsatt polaritet i forhold til den forutgående, VIII. neste magnet (12i+i) blir magnetisert i denne posisjon, IX. trinnene fra iv til viii gjentas inntil alle magneter er magnetisert, annenhver som nordpol, annenhver som sydpol.