CZ2003299A3 - Způsob výroby permanentním magnetem buzeného rotoru pro rychloběžný elektromotor - Google Patents

Description

Způsob výroby permanentním magnetem buzeného rotoru pro rychloběžný elektromotor

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby permanentním magnetem buzeného rotoru pro rychloběžný elektromotor, v souladu s nímž se nosné pouzdro namontuje s předpětím kolem tělesa rotoru.

Dosavadní stav techniky „Rychloběžným motorem se zde rozumí každý motor, který má maximální rychlost takovou, že vyžaduje využití nosného pouzdra pro ochranu rotoru před poškozením, zejména pro udržování a ochranu magnetů, které mají velmi nízkou pevnost v tahu, před jejich poškozením.

V praxi mohou magnety většinou odolávat silám o velikosti 50 až 70 kPa, přičemž u rychloběžných motorů mohou při maximálních rychlostech existovat tahové síly vyšší, než 100 kPa.

U rychloběžných rotorů s permanentními magnety je rovněž nutno používat nosné pouzdro pro udržování magnetů bezpečně připevněných k rotoru, jakož i pro udržování těchto magnetů ve stlačeném stavu při všech provozních rychlostech a teplotách rotoru.

Za účelem zajištěni shora uvedených úkolů musí být nosné pouzdro namontováno na rotoru s určitým minimálním přesahem, ke kterému obvykle dochází v důsledku tepelné roztažnosti nosného pouzdra.

Pokud je vůle mezi nosným pouzdrem a rotorem příliš velká, nebo pokud má materiál nosného pouzdra příliš nízký součinitel tepelné nebo záporné roztažnosti, jako je tomu u uhlíkatých vláken, nebude nosné pouzdro schopno zajišťovat dostatečné předpěti rotoru.

Kombinovaný tepelný a mechanický způsob je popsán v patentovém spise US 5 568 681. Pouzdrová trubice je připevněna k tělesu rotoru prostřednictvím smršťovacího uložení. Jedna z obou částí, tvořených pouzdrovou trubicí a tělesem rotoru je nejprve připevněna ve svislém směru vzhledem k protilehlé opeře, zatímco druhá část je uvolněna z místa nad první částí tak, že zapadne do upevněné první části v důsledku gravitace.

Jiným známým způsobem je hydraulické rozpínání nosného pouzdra například s pomocí oleje, a po roztažení pouzdra vložení rotoru do pouzdra a poté uvolnění tlaku.

To však obecně vyžaduje velmi přesné mechanické tolerance jak u pouzdra, tak u rotoru, přičemž rovněž rotor musí být výrazně tužší, než nosné pouzdro.

Tolerance modulu pružnosti pouzdra je rovněž velice významná. Magnety musejí být rovněž namontovány na rotoru takovým způsobem, že nedojde k jejich pohybu během montáže pouzdra, neboť jinak by se mohly při otáčeni pohybovat, což by mohlo způsobit přemisťováni hmoty v rotoru, což by dále mohlo velmi výrazně ovlivňovat vyváženi rotoru.

Komplikace rovněž nastávají tehdy, pokud rotor není opatřen středovým hřídelem nebo pokud je vytvořen jako jediné mechanické těleso.

Podstata vynálezu

Úkolem předmětu tohoto vynálezu je odstranit shora uvedené nedostatky a vyvinout způsob výroby permanentním magnetem buzeného rotoru, který nebude vykazovat shora uvedené nevýhody, a který umožní rychlou a jednoduchou výrobu, vyžadující méně přísné podmínky pro magnety, přičemž výsledkem bude rotor s lepšími charakteristickými vlastnostmi, umožňující mimo jiné dosahovat vyšších rychlostí otáčení.

Shora uvedený úkol byl v souladu s předmětem tohoto vynálezu splněn tím, že byl vyvinut způsob výroby permanentním magnetem buzeného rotoru pro rychloběžný elektromotor, v souladu s nímž se nosné pouzdro namontuje s předpětím kolem tělesa rotoru, přičemž nosné pouzdro se roztahuje s pomocí kapaliny, která tuhne a je tuhá při provozních teplotách rotoru, přičemž uvedená kapalina se vstřikuje pod tlakem mezi nosné pouzdro a těleso rotoru a udržuje se pod tlakem během tuhnutí.

S výhodou je možno použít tělesa rotoru, obsahujícího dva koncové kusy, přičemž nosné pouzdro se namontuje částečně kolem těchto koncových kusů, přičemž kapalina se s výhodou vstřikuje přes alespoň jeden z těchto koncových kusů.

Během vstřikováni jsou konce nosného pouzdra s výhodou upnuty v radiálním směru vzhledem ke dvěma koncovým kusům.

Těleso rotoru je s výhodou upnuto v osovém směru pro přidržování koncových kusů během vstřikování,

S výhodou lze rovněž použít tělesa rotoru, obsahujícího hřídel, spojující koncové kusy dohromady.

Rovněž tak je možno s výhodou použit tělesa rotoru, obsahujícího permanentní magnety, přičemž nosné pouzdro obklopuje tyto permanentní magnety a alespoň částečně koncové kusy.

Těleso rotoru může rovněž s výhodou být bez předem vyrobených magnetů, přičemž magnety se vytvářejí na místě prostřednictvím vstřikování směsi kapaliny, která tuhne, a magnetického prášku.

Nosné pouzdro z uhlíkatých vláken se s výhodou namontuje kolem tělesa rotoru.

Vstřikovaná kapalina, která tuhne a je tuhá při provozních teplotách rotoru, je s výhodou vybrána ze skupiny, obsahující teplem vytvrditelné plastové materiály a kovové slitiny s vhodným bodem tání.

Jako tekutina, která tuhne, se s výhodou vstřikuje epoxidová pryskyřice.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji objasněn na příkladech jeho konkrétního provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženým obrázkům výkresů, kde:

obr. 1 znázorňuje pohled v řezu na zařízení během provádění způsobu podle tohoto vynálezu;

obr. 2 znázorňuje pohled v řezu, přičemž řez je veden podél čáry II-II z obr. 1;

obr. 3 znázorňuje pohled v řezu na rotor po dokončení způsobu podle tohoto vynálezu; a obr. 4 znázorňuje ve zvětšeném měřítku pohled v řezu na část, označenou F4 na obr. 3.

Příklady provedení vynálezu

Permanentním magnetem buzený rotor pro rychloběžný elektromotor je vyráběn prostřednictvím namontování nosného pouzdra 1 s předpětím kolem tělesa 2 rotoru, obsahujícího permanentní magnety 3.

Jak je znázorněno na vyobrazeních podle obr. 1 až obr. 4, je těleso 2 rotoru vyrobeno z kostry, sestávající ze dvou koncových kusů 4_ a 5 a z hřídele 6, spojujícího oba koncové kusy 4_ a 5, přičemž hřídel 6 je obklopen permanentními magnety 3.

Na koncové kusy 4. a 5 jsou namontovány těsnicí O-kroužky 7.

Prstence permanentních magnetů 3, které jsou ve tvaru dvou polokruhových prstencovitých segmentů pro dvoupólový motor nebo ve tvaru čtyř čtvrtkruhových segmentů pro čtyřpólový motor, jsou umístěny kolem hřídele 6.

Nosné pouzdro 1, vyrobené z uhlíkatých vláken, je nasunuto na těleso 2_ rotoru. Těleso 2. rotoru, obklopené nosným pouzdrem 1, je nyní upnuto v upínacím a vstřikovacím ústrojí 8, jak je znázorněno na vyobrazení podle obr. 1.

Těleso 2 rotoru je upnuto osově prostřednictvím prstencovitých koncových kroužků 9, opatřených osazením 10, dosedajícím na odpovídající ven vyčnívající osazení 11 koncových kusů 4. a 5.

Prstencovité koncové kroužky 9 jsou přitaženy vzájemně k sobě prostřednictvím šroubů 12 s pomocí mezilehle nebo obvodově umístěných segmentů 13 dvou prstencovitých polovin 14 a 15.

Každá z prstencovitých polovin 14 a 15 je opatřena osazením 16, dosedajícím na osazení 17 prstencovitého koncového kroužku 9.

Při utahování šroubů 12 je vyvozována nastavitelná upínací síla prstencovitými polovinami 14 a 15 na prstencovité koncové kroužky 9 a prostřednictvím těchto prstencovitých koncových kroužků 9 na koncové kusy 4 a 5.

Toto upnuti zabraňuje tomu, aby byly koncové kusy £ a 5 vytlačovány ven z nosného pouzdra 1 pokud není hřídel 6 dostatečně pevný.

Konce nosného pouzdra jL jsou v radiálním směru upnuty ke koncovým kusům 4 a 5 proti těsnicím O-kroužkům 7 prostřednictvím vloženi segmentů 13 prstencovitých polovin 14 a 1^ a prstenců 18 pro přenos síly mezi těmito segmenty 13 a konci nosného pouzdra 1.

Každá prstencovitá polovina 14 a 15 je na svém vnějším obvodu opatřena částí 19 se zvětšujícím se a zmenšujícím se průměrem, v důsledku čehož vykazuje dvě protilehlé kuželovité plochy 20 a 21.

Každá z těchto kuželovitých ploch 20 a 21 každé části 19 je obklopena dvěma kroužky 22 a 23, které mají odpovídající kuželovitou vnitřní stranu. Oba kroužky 22 a 23 mohou být přitlačovány vzájemně směrem k sobě prostřednictvím utahování šroubů 2 4, tvořených závitem opatřenými čepy, na jejichž oba konce jsou našroubovány matice.

Radiální upínání konce nosného pouzdra 1 je prováděno utahováním šroubů 24 na odpovídajícím konci upínacího a vstřikovacího ústrojí 8, přičemž při tomto utahování dochází k pohybu kroužků 22 a 23 vzájemně směrem k sobě, v důsledku čehož se zmenšuje průměr prstencovité poloviny 14 nebo 15, neboť štěrbiny 25 mezi segmenty 13 se zmenšují.

Radiální upnutí zabraňuje tomu, aby se nosné pouzdro 1 rozšiřovalo na svých koncích. Rovněž zabraňuje tomu, aby těsnicí O-kroužek 1_ na odpovídajícím konci byl vytlačován ven ze své drážky.

Radiální upnutí rovněž zajišťuje vystředění celého rotoru uvnitř upínacího a vstřikovacího ústrojí 8.

Po upnutí tělesa 2 rotoru a nosného pouzdra 1 je mezi nosné pouzdro 1 a těleso 2 rotoru vstřikována epoxidová pryskyřice.

Koncový kus 4 je proto opatřen vstřikovacími kanálky 26 ^a 27 . Vstřikovací kanálek 2 6 je osový a je připojen k několika radiálním vstřikovacím kanálkům 27.

Epoxidová pryskyřice může být přiváděna zvnějšku nebo zevnitř, jak vyobrazeno podle obr. 1, a to prostřednictvím integrovaného pístu 28, přičemž koncový kus 4 tvoří válec a je opatřen dutinou 29 pro integrovaný píst 28, s kteroužto dutinou 29 jsou propojeny vstřikovací kanálky 26 a 27.

Pokud je integrovaný píst 28 zatlačován do dutiny 29, vyplněné epoxidovou pryskyřicí, například prostřednictvím stlačování, je epoxidová pryskyřice vypuzována z dutiny 29 a je vstřikována přes vstřikovací kanálky 26, 27. Vstřikovaná epoxidová pryskyřice vyplňuje veškeré prázdné prostory, mezi permanentními magnety 3, stejně jako mezi permanentními magnety 3, tělesem 2 rotoru a nosným pouzdrem 1.

Tlak je udržován až do té doby, než epoxidová pryskyřice vytvrdne, přičemž je kompenzováno případné zkřehnuti epoxidové pryskyřice během polymerizace.

Do epoxidové pryskyřice může být přidán katalyzátor pro zahájení polymerizace.

Těsnicí O-kroužky 7 ^a upnutí nosného pouzdra 1 ke koncovým kusum ý a 5 zabraňují jakémukoliv úniku epoxidové pryskyřice. Mezi prstenci 18 pro přenos síly se může nosné pouzdro 1 poněkud roztáhnout.

Po rozebrání upínacího a vstřikovacího ústroji 8 může být rotor, obsahujíc těleso 2 rotoru, permanentní magnety 3 a nosné pouzdro 1, ohřát v peci pro další vytvrzení epoxidové pryskyřice. K úplné polymerizaci dochází s výhodou při teplotě vyšší, než je budoucí pracovní teplota rotoru.

Při určování množství vstřikované epoxidové pryskyřice a velikosti vyvozovaného tlaku musí být bráno v úvahu případné další zkřehnutí v důsledku dalšího vytvrzování.

Nakonec je rotor strojně obroben na své koncové rozměry, načež je vyvážen.

Předpětí nosného pouzdra !_ je stanoveno zejména tlakem vstřikované epoxidové pryskyřice, a nikoli vzájemným působením nosného pouzdra 1 a tělesa 2 rotoru.

Nosné pouzdro 1 a epoxidová pryskyřice zabraňují tomu, aby došlo k prasknuti permanentních magnetů 3 v důsledku napětí během provozu rotoru. Je proto možno využít poměrně měkkých magnetů, jako jsou například plastem vázané magnety.

Celková tuhost rotoru je velmi vysoká, v důsledku čehož je možno dosahovat vysoké kritické rychlosti rotoru.

Permanentní magnety .3 se nebudou vzájemně vůči sobě pohybovat, pokud bude rotor uveden až na svou provozní rychlost.

Není nutno dodržovat přísné tolerance při obrábění povrchových ploch permanentních magnetů 3. Tolerance při obrábění nosného pouzdra jL, tělesa 2 rotoru a permanentních magnetů 3 tak mohou být zmírněny. Tolerance modulů pružnosti nosného pouzdra 1. není kritická pro úroveň předpětí nosného pouzdra _1. Nosné pouzdro 1^ může být vyrobeno z uhlíkatých vláken, takže má nízký součinitel tepelné roztažnosti.

Těleso 2 rotoru může být válcové, takže není nutno, aby bylo kuželovité, jako je tomu u některých shora uvedených řešení ze známého stavu techniky (viz například patentový spis US 5 568 681) .

Hřídel 6 není nezbytný, takže u daného provedení může být hřídel _6 vynechán, pokud jsou například permanentní magnety 3. nahrazeny dvěma nebo více segmenty jediného válcového magnetu, přičemž nosné pouzdro !_ udržuje segmenty magnetu a koncové kusy 4 a 5 vzájemně pohromadě.

Permanentními magnety 2 nemusejí nezbytně být prstence nebo kroužky. Pokud zde není žádný hřídel, mohou to být kotouče nebo dokonce pouze magnetický prášek, smísený se vstřikovanou tekutinou.

U dalšího příkladného provedení předmětu tohoto vynálezu je způsob stejný, jak bylo shora uvedeno, avšak těleso 2 rotoru je vyrobeno bez permanentních magnetů 3, přičemž nosné pouzdro _! je namontováno kolem hřídele 6 a částí koncových kusů ý a 5, a magnetický prášek je smísen s epoxidovou pryskyřici, která je sem vstřikována. Množství epoxidové pryskyřice je v daném případě pochopitelně mnohem větší, než u shora popisovaného příkladného provedení.

Permanentní magnet 3 je v důsledku toho vytvářen přímo na místě, a to vstřikováním epoxidové pryskyřice.

U obou příkladných provedení mohou být oba koncové kusy 4 a 5 opatřeny vstřikovacími kanálky 26 a 27, přičemž vstřikování epoxidové pryskyřice může být prováděno zvnějšku prostřednictvím vnějšího pístového mechanizmu.

Vstřikovanou tekutinou nemusí nezbytně být epoxidová pryskyřice. Je možno použít i jiných teplem vytvrditelných pryskyřic nebo plastů s poměrně nízkou viskositou před polymerižací, nebo je možno použít dokonce kovových slitin s vhodným bodem tání.

Důležité je pouze to, že jde o kapalinu, která tuhne, takže muže být vstřikována v kapalné formě, načež je tuhá při teplotách, panujících během provozu rotoru.

Claims (9)

1. Způsob výroby permanentním magnetem buzeného rotoru pro rychloběžný elektromotor, v souladu s nímž se nosné pouzdro (1) namontuje s předpětím kolem tělesa (2) rotoru, vyznačující se tím, že nosné pouzdro (1) se roztahuje s pomocí kapaliny, která tuhne a je tuhá při provozních teplotách rotoru, přičemž uvedená kapalina se vstřikuje pod tlakem mezi nosné pouzdro (1) a těleso (2) rotoru a udržuje se pod tlakem během tuhnutí.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se použije těleso (2) rotoru, obsahující dva koncové kusy (4, 5), přičemž nosné pouzdro (1) se namontuje částečně kolem těchto koncových kusů (4, 5), přičemž kapalina se s výhodou vstřikuje přes alespoň jeden z těchto koncových kusů (4, 5).

3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že během vstřikování jsou konce nosného pouzdra (1) upnuty v radiálním směru vzhledem ke dvěma koncovým kusům (4, 5).

4. Způsob podle nároku 2 nebo vyznačující se tím, Že těleso (2) rotoru je upnuto v osovém směru pro přidržování koncových kusů (4,

5) během vstřikování.

5. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 2 až 4, vyznačující se tím, že se použije těleso (2) rotoru, obsahující hřídel (6) , spojující koncové kusy (4, 5) dohromady.

6. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 2 až 5, vyznačující se tím, že se použije těleso (2) rotoru, obsahující permanentní magnety (3), přičemž nosné pouzdro (1) obklopuje tyto permanentní magnety (3) a alespoň částečně koncové kusy (4, 5).

Ί . Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že se použije těleso (2) rotoru bez předem vyrobených magnetů, přičemž magnety se vytvářejí na místě prostřednictvím vstřikování směsi kapaliny, která tuhne, a magnetického prášku.

8. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že nosné pouzdro (1) z uhlíkatých vláken se namontuje kolem tělesa (2) rotoru.

9. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že vstřikovaná kapalina, která tuhne a je tuhá při provozních teplotách rotoru, je vybrána ze skupiny, obsahující teplem vytvrditelné plastové materiály a kovové slitiny s vhodným bodem tání.

10. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že jako tekutina, která tuhne, se vstřikuje epoxidová pryskyřice.