PL234068B1 - Wirnik maszyny elektrycznej z magnesami trwałymi - Google Patents

Abstract

Wirnik maszyny elektrycznej z magnesami trwałymi na powierzchni, cylindryczny, wewnętrzny lub zewnętrzny, ma jarzmo na długości jest złożone z n segmentów (1.1). Segmenty (1.1) są lite lub pakietowane z blach, między segmentami (1.1) są umieszczone blachy (1.2) z zębami, które znajdują się w strefie pomiędzy magnesami i są styczne do powierzchni bocznej magnesów, natomiast przestrzeń między: powierzchnią jarzma, magnesami trwałymi i powierzchnią obwodową wirnika, jest wypełniona tworzywem. W segmentach (1.1) litych lub pakietowanych z blach mogą znajdować się rowki i lub występy, ułożone w strefie między magnesami, przy czym występy nie stykają się z magnesami, a przestrzeń między: powierzchnią jarzma, magnesami trwałymi i powierzchnią obwodową wirnika, jest wypełniona tworzywem. Tworzywo wypełnia rowki oraz obejmuje występy. Liczba rowków lub występów w strefie międzybiegunowej jest równa lub większa od 1. W każdej strefie międzybiegunowej, pomiędzy magnesami rowki oraz występy (1.4) mogą być rozmieszczone obok siebie, naprzemiennie zarówno na obwodzie jarzma, jak i na długości osiowej ls segmentów (1.1). Zęby w blachach (1.2) mają kształt trapezowy (1.2a), prostokątny lub litery T. Liczba zębów na obwodzie blachy (1.2) jest równa lub dwa razy większa od liczby biegunów i są położone w strefie międzybiegunowej. Korzystnie jest aby wysokość zębów hz ≤ (hPM + 0,5δ), gdzie hPM oznacza grubość magnesu trwałego, a δ długość szczeliny powietrznej, ponadto w zębach (1.2a) trapezowych oraz w zębach prostokątnych korzystne są otwory (1.2b). Rowki mogą być prostokątne (1.3a), trapezowe (1.3b) bądź w kształcie litery T, a także występy mogą być prostokątne (1.4a), trapezowe lub w kształcie litery T. Przy skrętnie ułożonych segmentach magnesów trwałych na obwodzie jarzma, także skrętnie są ułożone blachy (1.2) z zębami oraz blachy z rowkami i występami. Korzystnie jest, aby tworzywem wypełniającym przestrzenie między jarzmem wirnika, magnesami trwałymi i powierzchnią obwodową wirnika była żywica lub kauczuk, przy czym powierzchnię obwodową wirnika określa średnica zewnętrzna zębów w blachach (1.2) bądź średnica przyszczelinowa magnesów trwałych przyklejonych do jarzma.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest konstrukcja wirnika maszyny elektrycznej cylindrycznej z magnesami trwałymi umieszczonymi na powierzchni, która ma na celu ułatwienie montażu magnesów i wzmocnienie mocowania magnesów, aby były zabezpieczone przed uszkodzeniem pod wpływem działania sił obwodowych i odśrodkowych.

Maszyny elektryczne z magnesami trwałymi można podzielić, z uwagi na konstrukcję wirników wynikającą z usytuowania magnesów trwałych, na: typu IPM (Interrior Permanent Magnets) oraz SPM (Sphere Permanent Magnets). Konstrukcje typu IPM dotyczą rozwiązań wirników w których magnesy trwałe są umieszczone w otworach (tzw. slotach) we wnętrzu jarzma wirnika. Konstrukcje typu SPM obejmują wirniki, które mają magnesy trwałe montowane na powierzchni jarzma wirnika. W maszynach SPM z wewnętrznym wirnikiem standardowym rozwiązaniem jest przyklejanie magnesów trwałych do powierzchni zewnętrznej jarzma wirnika i dodatkowe zabezpieczenie ich bandażem, a z zewnętrznym wirnikiem tylko przyklejenie magnesów trwałych do powierzchni wewnętrznej jarzma wirnika. W maszynach z wirnikiem wewnętrznym niekorzystnym zjawiskiem jest siła odśrodkowa, która, może powodować oderwanie magnesów trwałych od jarzma wirnika. W maszynach z wirnikiem wewnętrznym i wirnikiem zewnętrznym na magnesy trwałe działają siły styczne obwodowe, przenoszące moment obrotowy, które mogą być przyczyną przesunięcia magnesów trwałych na obwodzie jarzma wirnika, a nawet ich odrywania od powierzchni jarzma wirnika. Dodatkowo niekorzystnym zjawiskiem jest stosunkowo wysoka temperatura, która obniża wytrzymałość mechaniczną klejów. W maszynach elektrycznych magnesy trwałe, np. SmCo, mogą pracować w temperaturze do około 250°C. W tej temperaturze klej znacznie obniża swoje właściwości mocujące.

Znane są powszechnie rozwiązania polegające na przykręcaniu magnesów do jarzma (rdzenia zwykle litego) wirnika, wymaga to przystosowania magnesów trwałych do takiego montażu, co wiąże się z ich wyższą ceną. W silnikach o dużej liczbie par biegunów może to być niemożliwe do realizacji, gdyż przerwa między magnesami sąsiednich biegunów jest rzędu 1 mm. Innym znanym rozwiązaniem jest umieszczenie magnesów trwałych na powierzchni jarzma wirnika w tzw. gniazdach, które tworzone są przez zęby między sąsiednimi biegunami. W takim rozwiązaniu magnesy trwałe są częściowo umieszczone w jarzmie wirnika, ułatwia to ich montaż i zabezpiecza przed destrukcyjnym działaniem sił w szczególności obwodowych. W tym rozwiązaniu występuje niekorzystne zmniejszenie strumienia magnetycznego w szczelinie, gdyż jest on częściowo bocznikowany przez zęby (strumień rozprasza się).

Znane jest także z opisu EP 0569594 A1 rozwiązanie, w którym w gniazdach pomiędzy magnesami trwałymi a zębami są stosowane przerwy wypełnione tworzywem. Tworzywo odseparowuje magnesy od zębów wirnika, przez co zmniejsza rozpraszanie strumienia i równocześnie zabezpiecza magnesy przed oderwaniem. W maszynach o dużej liczbie par biegunów magnesy znajdują się blisko siebie i nie ma już miejsca na robienie zębów z dodatkową warstwą separacyjną.

Znane jest z opisu US 2014/0361655 A1 rozwiązanie wirnika maszyny elektrycznej z magnesami trwałymi na powierzchni cylindryczny w którym jarzmo na bokach ma blachy z zębami. Na obwodzie jarzma między zębami są umieszczone magnesy trwałe. Zęby ułatwiają technologię klejenia magnesów i zapewniają ich równe rozłożenie. Przestrzeń między: powierzchnią jarzma, magnesami trwałymi i powierzchnią obwodową wirnika, jest wypełniona tworzywem. W rozwiązaniu tym tworzywo przylega do gładkiej powierzchni jarzma tylko wąskim paskiem w strefie między różnoimiennymi biegunami magnesów i nie zabezpiecza w sposób pewny magnesów w strefie między zębami przed działaniem sił odśrodkowych i sił obwodowych.

Celem wynalazku jest, oprócz rozwiązania dokładnego pozycjonowania magnesów trwałych segmentowych na powierzchni wirnika czasie ich klejenia, także zabezpieczenie magnesów przed ich odrywaniem przez działające siły obwodowe i siły odśrodkowe.

Wirnik maszyny elektrycznej z magnesami trwałymi na powierzchni, cylindryczny, wewnętrzny lub zewnętrzny ma jarzmo złożone z n segmentów, które są lite lub pakietowane z blach. Między segmentami są umieszczone blachy z zębami, które są styczne do powierzchni bocznej magnesów. Według wynalazku w segmentach litych lub pakietowanych są rowki lub występy ułożone tak aby rowki lub występy znajdowały się w strefie między magnesami, przy czym występy w blachach nie stykają się z magnesami. W pakietowanych segmentach rdzenia, rowki oraz występy stanowią element wykroju każdej blachy pakietu. W rdzeniach litych rowki oraz występy są wykonane obróbką mechaniczną. Liczba rowków oraz występów w strefie międzybiegunowej jest równa lub większa od 1. W każdej strefie międzybiegunowej, pomiędzy magnesami zarówno rowki jak i występy korzystnie są rozmieszczone

PL 234 068 B1 obok siebie i naprzemiennie, zarówno na obwodzie jarzma jak i na długości osiowej segmentów. Rowki w segmentach jarzma korzystnie są prostokątne, trapezowe bądź w kształcie litery T, a także występy w segmentach jarzma są prostokątne, trapezowe lub w kształcie litery T. Przy skrętnie ułożonych segmentach magnesów trwałych na obwodzie jarzma, także skrętnie są ułożone blachy z rowkami i z występami. Korzystnie jest aby przestrzeń między: powierzchnią jarzma, magnesami trwałymi i powierzchnią obwodową wirnika, była wypełniona żywicą, która wypełnia rowki oraz otacza występy znajdując e się w strefie międzybiegunowej wirnika.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładzie rozwiązania na rysunkach, na których przedstawiono:

fig. 1 wirnik z jarzmem złożonym z trzech segmentów pakietowanych oddzielonych blachami z zębami;

fig. 2 rozłożone trzysegmentowe jarzmo wirnika z przedzielonymi blachami z zębami w strefach międzybiegu n owych;

fig. 3 fragment wirnika z trzema segmentowanymi magnesami trwałymi ułożony prosto;

fig. 4 fragment wirnika z trzema segmentowymi magnesami ułożonymi skrętnie;

fig. 5 fragment wirnika zewnętrznego w 3D z widocznymi trzema segmentami pakietowanymi jarzma, jeden z rowkiem, jeden z występem oraz jeden gładki, bez rowka oraz bez występu;

fig. 6 fragment wirnika zewnętrznego w 3D z trzema segmentami pakietowanymi, jeden segment z rowkiem zmiennym kształcie na długości z trapezowego na prostokątny, dwa segmenty ze zmieniającymi się na obwodzie oraz długości strefy międzybiegunowej na przemian rowkami występami;

fig. 7 fragment wirnika zewnętrznego w 3D z trzema segmentami pakietowanymi z zamontowanymi magnesami trwałymi oraz wypełnioną przestrzenią międzybiegunową tworzywem;

fig. 8 blacha wirnika zewnętrznego z zębami trapezowym, prostokątnym i w kształcie litery T;

fig. 9 blacha wirnika wewnętrznego z zębami: trapezowym, prostym i w kształcie litery T; fig. 10 blacha wirnika zewnętrznego z rowkami: prostym, trapezowym i w kształcie litery T;

fig. 11 blacha wirnika wewnętrznego z występami: prostym, trapezowym i w kształcie literyT;

fig. 12 blacha wirnika zewnętrznego z rowkami: prostym, trapezowym i litery T;

fig. 13 blacha wirnika wewnętrznego z występami: prostym, trapezowym i w kształcie literyT;

fig. 14 pojedynczy magnes wklejany w strefie biegunowej, pomiędzy blachy z zębami1.2.

Wirnik maszyny elektrycznej z magnesami trwałymi na powierzchni, cylindryczny, wewnętrzny lub zewnętrzny ma jarzmo 1, na długości osiowej, złożone z n segmentów 1.1, jak na rysunkach fig. 1 i fig. 2. Segmenty 1.1 są lite lub pakietowane z blach, między segmentami 1.1 są umieszczone blachy 1.2 z zębami, jak na rysunku fig. 1, które znajdują się w strefie pomiędzy magnesami i są styczne do powierzchni bocznej magnesów 2, natomiast przestrzeń między: powierzchnią jarzma 1, magnesami trwałymi 2 i powierzchnią obwodową wirnika, jest wypełniona tworzywem 3, jak na rysunku fig. 7. W segmentach 1.1 litych lub pakietowanych z blach są rowki 1.3 lub występy 1.4, ułożone w strefie między magnesami 2, przy czym występy 1.4 nie stykają się z magnesami 2. Przy skrętnie ułożonych segmentach magnesów trwałych 2, na obwodzie jarzma 1, także skrętnie są ułożone blachy 1.2 z zębami oraz blachy z rowkami 1.3 i występami 1.4. Liczba rowków 1.3 lub występów 1.4, rozmieszczonych na obwodzie strefy międzybiegunowej segmentów 1.1 korzystnie jest równa lub większa od jeden jak na rysunku fig. 6. W każdej strefie międzybiegunowej, pomiędzy magnesami rowki 1.3 oraz występy 1.4 korzystnie są rozmieszczone obok siebie, naprzemiennie zarówno na obwodzie jarzma 1, jak i na długości osiowej ls, segmentów 1.1, jak na rysunku fig. 6. Zęby w blachach 1.2 korzystnie mają kształt trapezowy 1.2a, prostokątny 1.2c lub litery T 1.2d. Liczba blach z zębami 1.2 jest równa lub dwa razy większa od liczby biegunów, które są położone w strefie międzybiegunowej. Korzystnie jest, aby wysokość zębów hz < (hpM + 0,5δ), gdzie hpM oznacza grubość magnesu trwałego, a δ długość szczeliny powietrznej. W zębach 1.2a trapezowych oraz w zębach prostokątnych 1.2c korzystne są otwory 1.2b, jak na rysunkach fig. 1 i fig 7. Rowki 1.3 korzystnie są prostokątne 1.3a, trapezowe 1.3b bądź w kształcie litery T 1.3c, jak na rysunkach fig. 10 i fig. 11. Także występy 1.4 korzystnie są prostokątne 1.4a, trapezowe 1.4b lub w kształcie litery T 1.4c, jak na rysunku fig. 12. Korzystnie jest, aby przestrzeń między: powierzchnią jarzma 1. magnesami trwałymi 2 i powierzchnią obwodową wirnika była wypełniona tworzywem 3, które wypełnia rowki 1.3 oraz obejmuje występy 1.4. Korzystnie jest aby tworzywem 3 wypełniającym tę przestrzeń była żywica lub kauczuk. Powierzchnię obwodową wirnika określa średnica zewnętrzna zębów w blachach 1.2 bądź średnica przyszczelinowa magnesów trwałych przyklejonych do jarzma wirnika 1.

PL 234 068 B1

Przedstawiona konstrukcja jarzma wirnika rozwiązanie problemu dokładnego ułożenia magnesów trwałych na obwodzie wirnika SPM w czasie ich klejenia, w szczególności magnesów segmentowych. Ponadto magnesy trwałe 2, w czasie pracy, są narażone na działanie sił obwodowych generujących moment obrotowy i sił odśrodkowych, które przy wirnikach wewnętrznych odrywają magnesy trwałe 2 od powierzchni jarzma wirnika 1. Tworzywo w strefie międzybiegunowej. wraz z zębami 1.2 tworzy kliny zabezpieczające magnesy trwałe przed niszczącymi działającymi tych sił. Rowki w blachach 1.3 i występy w blachach 1.4 wzmacniają mocowanie tworzywa 3 z jarzmem 1 wirnika. W wirnikach, w których magnesy trwałe 2 są pokrywane tworzywem zabezpieczającym je przed korozją korzystnie jest aby wysokość zębów hz w blachach 1.2 była większa od grubości magnesów hpM ułatwia to centryczne ustawienie wirnika w formie, w której wirnik jest zalewany tworzywem. Taki wirnik ma równą powierzchnię obwodową i jest centryczny, nie wymaga zatem żadnej dodatkowej obróbki.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wirnik maszyny elektrycznej z magnesami trwałymi na powierzchni cylindryczny, wewnętrzny lub zewnętrzny, ma jarzmo na długości złożone z n segmentów, segmenty są lite lub pakietowane z blach, między segmentami są umieszczone blachy z zębami, które znajdują się w strefie pomiędzy magnesami i są styczne do powierzchni bocznej magnesów, a przestrzeń między: powierzchnią jarzma, magnesami trwałymi i powierzchnią obwodową wirnika, jest wypełniona tworzywem, znamienny tym, że w segmentach (1.1) litych lub pakietowanych z blach są rowki (1.3) lub występy (1.4), ułożone w strefie między magnesami (2), przy czym występy (1.4) nie stykają się z magnesami (2).
2. 2. Wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że liczba rowków (1.3) lub występów (1.4), w strefie międzybiegunowej, jest równa lub większa od 1.
3. 3. Wirnik według zastrz. 1 i 2, znamienny tym, że przy skrętnie ułożonych segmentach magnesów trwałych (2) na obwodzie jarzma (1), także skrętnie są ułożone blachy z rowkami (1.3) i występami (1.4).
4. 4. Wirnik według zastrz. 1,2 i 3, znamienny tym, że w każdej strefie międzybiegunowej, pomiędzy magnesami rowki (1.3) oraz występy (1.4) korzystnie są rozmieszczone obok siebie, naprzemiennie zarówno na obwodzie jarzma (1), jak i na długości osiowej, segmentów (1.1).
5. 5. Wirnik według zastrz. 1, 2, 3 i 4, znamienny tym, że rowki (1.3) korzystnie są prostokątne (1.3a), trapezowe (1.3b) bądź w kształcie litery T (1.3c), a także występy (1.4) są prostokątne (1.4a), trapezowe (1.4b) lub w kształcie litery T (1.4c).
6. 6. Wirnik według zastrz. 1 jest, znamienny tym, że tworzywem (3) jest żywica lub kauczuk, przy czym powierzchnię obwodową wirnika określa średnica zewnętrzna zębów w blachach (1.2) bądź średnica przyszczelinowa magnesów trwałych przyklejonych do jarzma (1).

   PL 234 068 Β1

   Rysunki

   PL 234 068 Β1

   Fig. 3

   PL 234 068 Β1

   PL 234 068 Β1

   Fig. 7

   PL 234 068 Β1

   Fifr 9

   PL 234 068 Β1

   Fig. 10

   PL 234 068 Β1

   Fig. 14