CZ288081B6 - Synchronní motor s permanentními magnety a způsob výroby a osazování cívek pro tento motor - Google Patents

Abstract

Synchronní motor obsahuje kotvu (60) se jhem (1), více zuby (25) majícími každý první konec pevně spojený se jhem (1) a vymezujícími mezi sebou drážky (2), a cívky částečně uložené v uvedených drážkách (2) tak, že vytvářejí magnetický tok v zubech, když jsou cívky buzeny, přičemž zuby (25) mají každý druhý konec, umístěný na opačné straně vůči prvnímu konci, a tvořící zubovou hlavu (62) mající první šířku (bd), přičemž uvedené drážky (2) mají každá druhou šířku (bn) v úrovni uvedených zubových hlav (62), přičemž součet první a druhé šířky vymezuje rozteč (.tau.n) zubů, přičemž motor dále obsahuje induktor (61) uložený proti uvedeným zubovým hlavám (62) a obsahující více permanentních magnetů (8) a podklad (9) pro vracení toku, na němž jsou permanentní magnety (8) uloženy. Zuby (25) mají konstantní průřez mezi jejich prvním a druhým koncem, a poměr mezi druhou šířkou (bn) a uvedenou roztečí (.tau.n) zubů je přibližně od 0,40 do 0,55.ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká synchronního motoru obsahujícího kotvu se jhem svíce zuby, majícími každý první konec, pevně spojený se jhem a vymezujícími mezi sebou drážky, a cívkami částečně uloženými v uvedených drážkách tak, že vytvářejí magnetický tok v zubech, když jsou cívky buzeny, přičemž každý ze zubů má druhý konec, umístěný na opačné straně vůči uvedenému prvnímu konci a tvořící zubovou hlavu, mající první šířku, přičemž uvedené drážky mají každá druhou šířku v úrovni uvedených zubových hlav, přičemž součet první a druhé šířky vymezuje rozteč zubů, přičemž motor dále obsahuje induktor uložený proti uvedeným zubovým hlavám a obsahující více permanentních magnetů a podklad pro vracení toku, na němž jsou permanentní magnety uloženy.

Dosavadní stav techniky

Synchronní motor, odpovídající výše uvedené obecné definici, je ve stavu techniky známý. Je znázorněn na obr. 1, la, 2 a 3, které představují známý stav techniky.

Obr. 1 je řez částí lineárního synchronního motoru, konstruovaného podle stavu techniky. Kotva 60 je zde stator a sestává ze souboru feromagnetických plechů a obsahuje jho 1 a zuby 10, pravidelně rozmístěné s roztečí τη zubů. Kotva 60 dále obsahuje více drážek 2, oddělujících zuby 10, v nichž jsou uložena cívková vinutí 4, izolovaná od jha 1 a od zubů 10 izolačními fóliemi 3. V tomto typu motoru jsou hlavy zubů 10 zakončeny rozšířenou částí nebo patkou 10', jejíž účel je vytvořit otevření nebo štěrbinu 6 menší šířky pro účely, které budou zřejmé níže. Vinutí 4 jsou obecně volně vinutá bez přesného pořádku a vytvořená bud’ navíjecím strojem nebo vkládaná rukou do drážek 2 přes štěrbiny 6. Pro udržování vinutí ve štěrbině 2 slouží uzavírací prostředek 5, opřený o patky 10'.

Obr. 1 rovněž ukazuje induktor 61 motoru, který je v daném příkladě pohyblivou částí motoru, která se pohybuje lineárně podél osy y. Induktor 61 v podstatě obsahuje více permanentních magnetů 8 ve tvaru kvádrovitých těles, pravidelně rozmístěných s pólovou roztečí τρ na rovinném podkladu 9 pro vracení toku z feromagnetického materiálu. Kotva 60 a induktor 61 jsou od sebe odděleny vzduchovou mezerou 7.

Obr. 2 znázorňuje rozdělení normální složky magnetické indukce B, vyjádřené v jednotkách, tesla (T), po dvou pólových roztečích τρ. Je třeba poznamenat, že indukce B je indukce, která se vytváří pouze magnety 8 induktoru 61 na zubech 10 kotvy 60 v řezové rovině z obr. 1 bez ohledu na to, jsou-li cívky 4 buzeny nebo nikoli. Z obr. 2 je patrné, že štěrbiny 6 drážek 2 vyvolávají poruchy 15 a 16, které jsou zřetelně patrné v průběhu indukce B. Tyto štěrbiny o šířce bn jsou příčinou jevu, který je dobře známý v motorech s permanentními magnety, nazývaný reluktanční jev. Tento jev vytváří parazitní sílu neboli reluktanční sílu Fr, která je orientována podél osy y a která ruší vlastní chod motoru. Výchylky této síly Fr jsou znázorněny na grafu z obr. 3.

Graf z obr. 3 je založen na motoru majícím rozteč τη zubů 12 mm, pólovou rozteč τρ 16 mm a šířku bn štěrbiny 1,5 mm, takže poměr bn/τη tak má hodnotu 0,125. Pólová rozteč τρ je vynesena na vodorovné ose a reluktanční síla Fr na svislé ose. Hodnota τρ je vyjádřena v milimetrech (mm) a hodnota Fr v newtonech (N). Křivka 17 grafu na obr. 3 ukazuje průběh reluktanční síly Fr, který by vznikl, pokud by kotva měla pouze jednu drážku. Tato křivka má dva nestabilní body 22 a 22’ nízké strmosti a stabilní bod 21 s vysokou strmostí. V bodech 22

-1 CZ 288081 B6 a 22'je drážka 6 uprostřed magnetu 8 (-τρ/2 a +τρ/2), zatímco v bodě 21 je mezi dvěma magnety

8. Leží-li induktor 61 například mezi 0 a 3,2, bude se pohybovat doprava při poskytování hnací síly (část 19 ve sklonu) a bude se stabilizovat v bodě 21. Leží-li však induktor 61 mezi 16 a 12, 8, bude se pohybovat do stejného bodu 21 při poskytování brzdicí síly (část 20 ve sklonu).

Křivka 18 z diagramu na obr. 3 znázorňuje obrys celkové reluktanční síly Fr. vytvářené na jednom pólovém stupni τρ. přičemž kotva 60 má osm drážek. Parazitní reluktanční síla má potom sled osmi parazitních maxim, která ruší náležitý chod motoru, přičemž tyto síly jsou řádově o velikosti 16 newtonů. Bude tak zřejmé, že není-li věnována náležitá pozornost tomuto jevu, může se motor stát nepoužitelným, neboť reluktanční síla potom může přesáhnout maximální sílu, která může být poskytována motorem, když je napájen proudem.

Z německého spisu DE 24 90 91 je znám točivý generátor, jehož kotva má zuby konstantního průřezu, obklopované cívkou. Otáčející se induktor má na svém obvodě permanentní magnety, které indukují během otáčení proměnlivý magnetický tok v zubech a proud v cívkách. Pro uzavření drážek vymezovaných mezi zuby jsou použity kovové fólie. Takové kovové fólie jsou obecně vytvořeny z magnetického materiálu s nízkou reluktancí, takže uzavírají drážky a snižují reluktanční účinek. Uspořádání těchto kovových fólií komplikuje konstrukci kotvy bez výrazného snížení reluktančního účinku takového generátoru. V případě, že fólie uzavírající drážky jsou vyrobeny z materiálu s vysokou reluktancí, byl by reluktanční účinek takového generátoru velmi značný, jako je tomu v případě, kdy kovové fólie nejsou použity, vzhledem ke skutečnosti, že reluktanční účinky vyplývající z drážek je třeba sčítat, jelikož pólová rozteč mezi permanentními magnety je rovná pólové rozteči mezi zuby kotvy. Jde tak ojednofázový generátor napětí, který nemůže být použit jako synchronní motor.

Pro vyloučení nebo značné snížení tohoto reluktančního účinku spočívá jeden z rozšířených postupů ve vzájemném odstupňování plechů tvořících kotvu 60 tak, že v řezu znázorněném na obr. la podélné osy zubů 10 a drážek 2, vyznačené čerchovanými čarami, svírají se směrem pohybu y induktoru 61 vzhledem ke kotvě 60, neznázoměného na obr. la, úhel odlišný od 90°. Je třeba poznamenat, že na obr. la, který je řez rovinou A-A z obr. 1, nejsou vinutí 4 a izolační fólie 3 uložené v drážkách 2 znázorněny, a plechy tvořící kotvu 60 nejsou znázorněny samostatně.

Tento postup odstupňování plechů tvořících kotvu 60 vede k dalším obtížím vzhledem k požadavkům na nástroje potřebné pro výrobu, a znesnadňuje vkládání vinutí 4 do drážek 2.

Jiný postup, který může být kombinován s předchozím, spočívá v tom, že se uloží magnety 8 šikmo, tj. tak, že jejich hrany rovnoběžné s rovinou podkladu 9 svírají úhel se směrem pohybu y induktoru 61 vzhledem ke kotvě 60. odlišný od 0° a 90°. Také tento postup komplikuje výrobu motorů.

V každém případě byla kromě výše uvedených uspořádání vždy sledována snaha vytvářet štěrbiny 6 se šířkou bn. která je co možná nejmenší, čímž se komplikuje navíjení, protože při velmi malé šířce bn drážky musí být cívky před tím, než se osazují, uloženy volně, aby mohly být vsazeny do drážky 2 štěrbinou 6. Tato volnost souboru znamená, že dráty tvořící vinutí 4 jsou uspořádány v drážkách 2 velmi nepravidelně. V důsledku toho je míra naplnění drážek 2 nízká (řádově 30%) a tepelný odpor mezi vinutími ajhem 1 je velký. Tyto nedostatky vedou jednak k nízké účinnosti motoru a jednak ke špatné tepelné kapacitě.

Podstata vynálezu

Vynález navrhuje synchronní motor, obsahující kotvu, která obsahuje jho, více zubů, majících každý první konec upevněný ke jhu a vymezující mezi sebou drážky, a více vinutí uložených

-2CZ 288081 B6 v uvedených drážkách, a induktor uložený proti kotvě a obsahující více permanentních magnetů, uložených na pod kladu pro vracení magnetického toku, přičemž uvedených více zubů je pravidelně rozmístěno s pevnou roztečí zubů a permanentní magnety jsou pravidelně rozmístěny s pevnou pólovou roztečí, přičemž zuby vymezují každý dva v podstatě rovnoběžné boky, takže jejich průřez je v podstatě konstantní po celé jejich výšce a mají na svém volném konci hlavu mající první šířku a drážky mají každá druhou šířku v úrovni uvedených zubových hlav, přičemž součet první a druhé šířky vymezuje rozteč zubů, která je různá od pólové rozteče, přičemž podle vynálezu je poměr druhé šířky k rozteči zubů od 0,40 do 0,55 a uvedená vinutí jsou tvořena cívkami, obklopujícími každá pouze jeden zub.

Pod pojmem kotva (armatuře) se zde rozumí část motoru, opatřená vinutími, napájenými střídavými proudy. Pod pojmem induktor (inductor) se zde rozumí sekundární část motoru s permanentními magnety. Permanentní magnety vytvářejí první konstantní magnetický tok a vinutí vytvářejí bud’ klouzavý druhý magnetický tok v případě lineárního motoru nebo točivý druhý magnetický tok v případě točivého motoru. První a druhý magnetický tok jsou vzájemně spolu synchronně vázány, takže když jsou cívky napájeny uvedenými střídavými proudy, vzniká mezi kotvou a induktorem vzájemný pohyb. Jedna z uvedených částí je stator a druhá část je pohyblivá vzhledem ke statoru, tj. kluzný člen lineárního motoru nebo rotor točivého motoru.

Podle dalšího znaku vynálezu je poměr pólové rozteče k rozteči zubů necelé číslo.

Podle jednoho provedení vynálezu každá cívka v podstatě vyplňuje obě drážky u zubu, kteiý obklopuje, přičemž pouze jeden zub ze dvou zubů je obklopován cívkou.

Podle jiného provedení je každý zub obklopován cívkou, přičemž dvě přilehlé cívky společně vyplňují v podstatě celou drážku oddělující zuby, které obklopují.

Cívky mají s výhodou přilehlé závity. První šířka a druhá šířka jsou s výhodou v podstatě stejně velké.

Podle dalšího znaku vynálezu synchronní motor obsahuje chladicí prostředek, obsahující více trubek uložených každá v drážce mezi cívkou ajhem, přičemž trubky jsou vzájemně ksobě připojeny pro průtok chladicí tekutiny. Chladicí prostředek dále s výhodou obsahuje více plošných dílů pro přenos tepla, uložených jeden v každé drážce, částečně obklopující trubku uloženou v drážce a vložený mezi jedním z přilehlých zubů a cívkou v drážce.

Synchronní motor podle vynálezu je podle jednoho provedení lineární motor.

Podle jiného provedení je motor podle vynálezu točivý motor, přičemž jeho stator je tvořen uvedenou kotvou a jeho rotor je tvořen uvedeným induktorem. Kotva s výhodou obsahuje sudý počet zubů, obklopovaných každý jednou cívkou, přičemž v každé dvojici přilehlých zubů je jeden zub obklopován cívkou mající průřez, který je alespoň v podstatě obdélníkový a druhý je obklopován cívkou mající průřez, který je alespoň v podstatě lichoběžníkový.

Vynález dále navrhuje způsob výroby a osazování cívek, použitých ve výše uvedeném točivém motoru, při kterém se navíjí drát pro vytváření každé cívky obdélníkového průřezu v přilehlých závitech na nezávislém tvořiči majícím obdélníkové jádro s příčným průřezem v podstatě stejným, jako má každý z uvedených zubů, čímž se získá kompaktní a předem vytvořená cívka, a navíjí se drát pro vytváření každé z cívek lichoběžníkového průřezu v přilehlých závitech na nezávislém tvořiči majícím obdélníkové jádro s příčným průřezem v podstatě stejným, jako má každý z uvedených zubů, čímž se získá kompaktní a předem vytvořená cívka, přičemž každá cívka lichoběžníkového průřezu se osadí na každém druhém zubu kotvy, a každá cívka obdélníkového průřezu se osadí na každém zbývajícím zubu kotvy.

-3 CZ 288081 B6

V důsledku výše uvedených znaků motoru podle vynálezu, jak bude podrobněji vysvětleno níže, je celková reluktanční síla, působící v motoru podle vynálezu, mnohem menší, než je síla působící v motoru podle známého stavu techniky. Výroba motoru podle vynálezu je kromě toho mnohem jednodušší a tedy levnější, než je tomu u motoru dle stavu techniky.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na 10 připojené výkresy, na kterých znázorňuje obr. 1 řez částí lineárního synchronního motoru podle známého stavu techniky, popsaného v úvodu, obr. la řez rovinou A-A z obr. 1, obr. 2 diagram magnetické indukce B motoru z obr. 1, obr. 3 diagram ukazující reluktanční sílu, vyvíjenou jednak jedinou drážkou v motoru z obr. 1 a jednak osmi drážkami stejného motoru, obr. 4 řez částí lineárního synchronního motoru podle vynálezu a jeho prvního provedení, obr. 4a řez 15 rovinou A-A z obr. 4, obr. 5 diagram magnetické indukce B motoru z obr. 4, obr. 6 diagram ukazující reluktanční sílu, vyvíjenou jednak jedinou drážkou v motoru z obr. 4 a jednak osmi drážkami stejného motoru, obr. 7 diagram ukazující průběh reluktanční síly synchronního motoru podle vynálezu v závislosti na poměru šířky drážky a zubové rozteče, obr. 8 a 9 schémata dvou způsobů vinutí synchronního motoru podle vynálezu, obr. 10 řez částí kotvy synchronního 20 motoru podle vynálezu a jeho druhého provedení, obr. 11 řez třetím konstrukčním provedením motoru podle vynálezu, obr. 12 perspektivní pohled na provedení z obr. 11, obr. 13 a 14 čtvrté provedení motoru podle vynálezu a obr. 15 řez částí točivého synchronního motoru podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 4 znázorňuje částečný řez lineárním synchronním motorem vytvořeným podle vynálezu a jeho prvního provedení. Jako v případě motoru podle stavu techniky, popsaném s odvoláním na 30 obr. 1, obsahuje tento motor kotvu 60. vytvořenou ze sady plechů, tvořících jho 1, a více zubů

25, majících každý první konec pevně spojený se jhem 1 a druhý konec, opačný vůči prvnímu konci, a které tvoří ozubenou hlavu 62. Zuby 25 jsou uspořádány s roztečí to. Každý zub 25 je oddělován od druhého zubu štěrbinou 2, v níž je například uloženo vinutí 26 cívky, jako cívky 30 na obr. 8. Výška zubů 25, tj. vzdálenost oddělující jejich první konec a druhý konec, je označena 35 jako výška H.

Motor také obsahuje induktor 61. uložený proti hlavám 62 zubů. Induktor 61 je osazen více permanentními magnety 8 ve formě kvádrovitých těles, pravidelně rozmístěných s pólovou roztečí τρ na podkladu 9 pro vracení magnetického toku, vytvořeném z feromagnetického 40 materiálu. Induktor 61 a kotva 60 jsou oddělovány vzduchovou mezerou 7.

Podle vynálezu mají zuby 25 po celé své výšce H konstantní průřez, jelikož jsou, jak bude patrné, boky zubů 25 rovnoběžné ajejich hlavy nemají žádné zubové patky, jako je tomu v případě motoru podle známého stavu techniky, s patkami 10' znázorněnými na obr. 1. Drážky 45 jsou proto plně otevřené u induktoru 61, na rozdíl od drážek u motorů podle známého stavu techniky, které jsou polouzavřené. Dále je šířka bn drážek také v podstatě rovná šířce bd zubových hlav 62. Jinými slovy, a také proto, že součet šířky bd a bn je rovný rozteči τη zubů, je poměr bn/τη v podstatě rovný 0,5. V podstatě rovný zde znamená, že i když poměr bn/τη je poněkud odlišný od hodnoty 0,5, bude chování motoru podle vynálezu stále ještě uspokojivé. 50 Podle experimentálních šetření provedených u tohoto druhu motoru mohou poměry bn/τη ležet v rozmezí od 0,40 do 0,55.

-4CZ 288081 B6

Uvažuje-li se nyní průběh magnetické indukce B podle motoru z obr. 4, ukazuje obr. 5, že tento obrys je výrazně rušený (polohy 27 a 28), a to mnohem více, než u motoru podle známého stavu techniky, znázorněného na obr. 2, což by logicky vedlo ke značnému reluktančnímu účinku, který by učinil motor zcela nepoužitelný. Bude zřejmé, že zatímco je reluktanční účinek vytvořený jednou štěrbinou (například kdyby kotva měla pouze jedinou štěrbinu) skutečně velmi značný, je reluktanční účinek vytvořený několika po sobě následujícími drážkami snížen na hodnotu, která je mnohem nižší, než je tomu u motoru podle známého stavu techniky.

Tento jev je znázorněn na grafu z obr. 6. Graf je založen na motoru majícím rozteč τη zubů 12 mm a pólovou rozteč τρ 16 mm (tj. shodné s těmi, jaké jsou ve výše uvedeném motoru podle stavu techniky). Otevření drážky bn je zde však 6,3 mm, takže poměr bn/τη má hodnotu 0,525. V grafu z obr. 6 je pólová rozteč τρ v milimetrech vyznačena na svislé ose a reluktanční síla v newtonech na vodorovné ose. Křivka 35 grafu znázorňuje průběh reluktanční síly, kteiý by se dosáhl, kdyby kotva 60 měla pouze jedinou drážku, nebo elementární reluktanční sílu, a také obsahuje dva nestabilní body 33 a 33' a jeden stabilní bod 34.

Tato elementární reluktanční síla má značnou velikost, větší než 60 N, jak se dá očekávat. Tvar křivky se však blíží tvaru sinusoidy, což může být přiřazeno skutečnosti, že šířka drážky bn je v podstatě rovná šířce bn zubové hlavy 62. Každá drážka 2 motoru z obr. 4 zjevně vytváří elementární reluktanční sílu, mající tvar podobný tomu, jaký je znázorněn křivkou 35 na obr. 6, a křivky představující tyto elementární reluktanční síly, které nejsou znázorněny, jsou postupně uspořádány podél osy y.

Celková reluktanční síla, působící na motor podle obr. 4, je zjevně rovná součtu elementárních reluktančních sil, které byly právě zmíněny. Jelikož každá z těchto sil má průběh blízký sinusoidě, je jejich součet velmi malý. Křivka 36 z obr. 6 tak představuje celkovou reluktanční sílu, působící v motoru znázorněném na obr. 4 a obsahujícím osm drážek 2 a šest magnetů 8. Křivka 36 ukazuje že v tomto případě celá reluktanční sílaje okolo 1 N, zatímco pro stejný typ motoru, uvažovaný v úvodu popisu, tj. se štěrbinami, je tato celková reluktanční síla 16N. Je patrné, že se zde dosáhnou u motoru podle vynálezu značné výhody, přičemž pozoruhodným znakem motoru je, jak již bylo uvedeno, že je opatřen otevřenými drážkami, majícími šířku v podstatě stejně velkou, jako je šířka zubů, které mají kromě toho konstantní průřez po celé výšce.

Graf na obr. 7 vhodně shrnuje vše, co bylo až dosud řečeno. Tento graf slouží pro motor, mající stejný poměr pólové rozteče τρ k rozteči τη zubů, tj. například 16 mm a 12 mm. Na vodorovné ose je vyznačen poměr bn/τη, přičemž rozteč τη zubů je udržována konstantní. Jinými slovy se šířka bn drážky nechá zvětšovat vzhledem k rozteči τη zubů. Grafické vyjádření motorů uvažovaných podle známého stavu techniky leží v oblasti 41, v níž se zvyšuje celková reluktanční síla Fr (část 40 křivky), když se poměr bn/τη zvětšuje. Podle zásad běžně přijímaných odborníkem v oboru by tato celková reluktanční síla Fr měla dále jen vzrůstat (část 42 křivky), když se šířka bn drážky zvětšuje. Autoři vynálezu však zjistili, že tato síla prochází maximem a poté klesá (část 43 ) pro dosažení minima v oblasti 45, kde šířka bn drážky je v podstatě rovná polovině zubové rozteče τη a kde leží motory podle vynálezu. Od oblasti 45 se celková reluktanční síla opět zvyšuje s částí 46 křivky.

Pro shrnutí je vhodné uvést, že oblast 41 je oblast motorů podle známého stavu techniky s polouzavřenými drážkami, zatímco oblast 45 je oblastí motoru s otevřenými drážkami podle vynálezu.

Bude zřejmé, že zmenšení reluktančního účinku bude tím lepší, čímž větší je počet drážek. Zatímco středně velké až velké točivé motory (o velikosti 0,1 až 1 m nebo více) mohou snadno mít velký počet drážek, které umožňují pozoruhodně snížit reluktanční účinek, je toto obtížnější

-5 CZ 288081 B6 u lineárních motorů, jejichž celková délka je v rozmezí od 0,1 do 0,5 m a které proto mají relativně malý počet drážek.

V případě takového lineárního motoru mohou být vstupní a výstupní zub, které jsou zpravidla oba opatřeny úkosem, dobře využity pro další snížení celkové reluktanční síly. Dimenzování vstupního a výstupního zubu bylo již rozebíráno v odborné literatuře. Zainteresovaný čtenář se může obrátit na práci č.219 autora Nicolase Wavre Etudě harmonique tridimensionelle des moteurs linéaires asynchronese á bobinages polyphasés quelconques (Trojrozměrná harmonická studie asynchronních lineárních motorů, majících vícefázová vinutí jakéhokoli druhu), Swiss Federal Institute of Technology, Lausanne division, 1975. Rozměry koncových zubů a úhlu jejich úkosu jsou totiž zvoleny tak, že se získá reluktanční síla, mající tvar a velikost srovnatelné s reluktanční sílou vyplývající z drážek, avšak opačného znaménka. Celkový reluktanční účinek tak může být podstatně snížen. Celkový počet drážek lineárního motoru ve srovnání s točivými motory je tak kompenzován vhodným využitím koncového účinku, čímž se učiní využití otevřených drážek pro lineární motory ještě atraktivnější, než pro točivé motory.

Jelikož je reluktanční účinek v motoru podle vynálezu mnohem menší, než u motorů podle známého stavu techniky, není již zapotřebí ho kompenzovat pomocí prostředků popsaných výše.

V motoru podle vynálezu tak mohou být plechy tvořící kotvu 60 vzájemně uspořádány tak, že v řezu, jaký je znázorněn na obr. 4a, mohou být podélné osy zubů 10 a drážek 2, vyznačené čerchovanými čarami, kolmé ke směru y pohybu induktoru 61, neznázoměnému na obr. 4a, vzhledem ke kotvě 60. Výsledkem tohoto uspořádání je podstatné zjednodušení nástrojů, použitých pro sestavování plechů tvořících kotvu 60.

Je třeba poznamenat, že na obr. 4a, který je řez rovinou A-A z obr. 4, nejsou znázorněna vinutí 26, a že plechy tvořící kotvu 60 nejsou samostatně znázorněny.

Kromě toho mohou být magnety 8 uspořádány tak, že jejich hrany, které jsou rovnoběžné s rovinou podkladu 9, mohou být rovnoběžné a kolmé vzhledem ke směru pohybu y. Toto uspořádání má za následek zjednodušení nástrojů, potřebných pro montáž magnetů 8 a podkladu

9.

Kromě významu při dosahování velmi malé celkové reluktanční síly Fr má skutečnost, že zuby 25 motoru podle vynálezu mají konstantní průřez po celé výšce H a nemají žádné zubové patky, jako jsou zubové patky 10' u motoru podle známého stavu techniky podle obr. 1, další výhodu v tom, že umožňuje uspořádané a kompaktní navíjení závitů tvořících vinutí. Závity tak mohou být vzájemně přilehlé, jak je patrné z obr. 4. To umožňuje dosáhnout míru naplnění drážek 2 60 % nebo i vyšší, čímž se jednak zvýší účinnost motoru, a jednak se značně usnadní rozptyl tepla, které se vyvíjí. V motoru podle vynálezu každá cívka pouze obklopuje jeden zub, čímž se také zlepší účinnost, neboť délka přesahu vinutí je tak snížena, čímž se zmenší ztráta mědi.

Jelikož zuby 25 mají konstantní průřez po jejich celé výšce H, jsou drážky 2 plně otevřené, čímž se umožní, aby se předem vytvořené cívky zasunuly na místo určení. Pro výrobu těchto cívek se dráty použité pro tento účel navinou pro vytvoření přilehlých závitů na nezávislém tvořiči, opatřeném obdélníkovým jádrem, majícím průřez v podstatě rovný průřezu zubu 25. Drát, který se použije, je zpravidla povlečen lepidlem, které polymeruje za horka. Po dokončení navíjení se nechá drátem procházet proud pro jeho zahřátí, což způsobí, že závity se k sobě přilepí. Takto dokončená cívka se potom může sejmout z tvořiče a nasune se jako celek přes zub 25 kotvy.

Obr. 8 a 9 znázorňují každý kotvu 60 synchronního motoru podle vynálezu. V kotvě z 60 obr. 8 obklopuje každá cívka 30 jeden zub 25 a zaujímá v podstatě celé dvě drážky 2, přiléhající k zubu 25. kteiý obklopuje. Zřejmým důsledkem pak je, že pouze jeden zub 25 ze dvou je obklopován cívkou 30.

-6CZ 288081 B6

V kotvě 60 z obr. 9 obklopuje také každá cívka 31 jeden zub, ale všechny zuby 25 jsou obklopovány cívkou 3L Zjevným důsledkem toho je, že dvě přilehlé cívky dohromady vyplňují v podstatě celou štěrbinu 2, která od sebe odděluje dva zuby 25, které cívky obklopují.

Obr. 10 až 14 se konkrétněji týkají způsobu izolování vinutí 26 kotvy 60 a způsobem rozptylováni tepla vyvíjeného těmito vinutími 26.

Obr. 10 znázorňuje kotvu 60, opatřenou vinutími 26 vsunutými do drážek 2 v souladu se způsobem popsaným výše. Obrázek znázorňuje, že na dně drážky 2 mezi jhem 1 a vinutím 26 je uložena trubka 11, v níž obíhá chladicí kapalina 50. Tento chladicí systém umožňuje, že teplo vyvíjené vinutím 26 může být rychle odváděno směrem ven. Je třeba poznamenat, že vzhledem k tomu, že jsou drážky 2 přímé a otevřené, mohou být trubky 11 připraveny předem se záhyby na neznázoměných koncích pro vytvoření určitého druhu cívky. Je zřejmé, že pokud by se tento typ chladiče použil ve stavu techniky (obr. 1), trubky 11 by musely být připojeny vzájemně k sobě poté, co byly vsunuty do drážek 2, a to vzhledem k tomu, že úzké štěrbiny 6 neumožní průchod trubek 11, čímž se podstatně komplikuje montáž motoru. Obr. 10 také znázorňuje izolační fólii 3, uloženou mezi vinutím 26 a zubem 25, která může být velmi snadno vložena do drážky 2, jelikož je drážka 2 otevřená.

Obr. 11 znázorňuje uspořádání, které je velmi podobné tomu, jaké je na obr. 10, a to opět s chladicí trubkou 11 a izolační fólií 3. Obr. 11 dále ukazuje, že trubka 11 je alespoň zčásti obklopena plošným dílem 12 (lamelou), perspektivně znázorněným na obr. 12, který je kromě toho vložen mezi zub 25 a vinutí 26 a sahá k hlavě 62 zubu 25. Plošný díl 12 slouží jako přenosový prostředek pro přenos tepla mezi vinutím 26 a chladicí trubkou 1_1_. Tento plošný díl je vyroben z tepelně vodivého materiálu, jako je měď nebo hliník, nebo z kompozitního materiálu, například uhlíkové vlákno. Je-li plošný díl vyroben z hliníku, může být oxidován. To umožňuje odstranit izolační fólii 3 a tedy ještě dále snížit tepelný odpor.

Bude však patrné, že jestliže plošný díl 12 (lamela) je kovový a tedy elektricky vodivý, indukuje rozptylný tok drážek 2 v drážkách vířivé proudy. Ve všech synchronních motorech majících relativně hluboké drážky 2 může se induktance od rozptylného toku stát hlavní induktancí, což je zpravidla nevýhodou. Jednou z cest snížení rozptylového toku v drážkách je použití plošného dílu 12 pro přenos tepla také jako štít proti rozptylovému toku v drážce. Stane-li se tento štít nadměrný, může být jeho účinek seřízen vyříznutím zářezů 13, jak je znázorněno na obr. 12. Tyto zářezy, jako u plechů elektromotorů, zmenšují velikost vířivých proudů. Tyto vířivé proudy mohou být odstraněny velkým počtem zářezů bez výrazného zmenšení schopnosti přenosu tepla. Je vhodné poznamenat, že pro plošný díl 12 je možné použít slitiny poskytující dobiý kompromis mezi jeho tepelnou vodivostí a elektrickou vodivostí.

Obr. 13 a 14 znázorňují obměnu uspořádání z obr. 11 a 12. Chladicí systém 14 z obr. 13 a 14 kombinuje vodivý plošný díl 12 a chladicí trubku 11 z obr. 11 a 12 do jediného prvku. Tento systém 14 může být například vytvořen z hliníkového vytlačovaného profilu.

Výše uvedený popis byl zaměřen konkrétně na lineární synchronní motor, ale hlavní zásady vynálezu jsou také zjevně použitelné pro točivý synchronní motor.

Obr. 15 schematicky znázorňuje část točivého synchronního motoru podle vynálezu, jehož rotor 50 tvoří induktor 6L Rotor 50 je znázorněn pouze velmi schematicky kruhem symbolizujícím jeho obvod a jeho hřídelem 55, ale je zřejmé, že obsahuje více permanentních magnetů, podobných magnetům 8 z motoru z obr. 1 a uspořádaných podobně jako tyto magnety na podkladu pro vracení magnetického toku, vytvořeném z feromagnetického materiálu.

Stator motoru z obr. 15 tvoří jeho kotvu 60 a obsahuje jeho jho 1 a více stejných zubů, střídavě označených jako zuby 51, 5Γ. V tomto provedení je dvanáct zubů 51, 5Γ a všechny z nich mají

-7 CZ 288081 B6 první konec pevně spojený se jhem 1 a druhý konec, opačný vůči prvnímu konci, tvořící zubovou hlavu 62 obrácenou proti rotoru 50. Zuby 51, 51' jsou pravidelně rozmístěny se zubovou roztečí tm a vymezují mezi sebou drážky 2, v nichž jsou uloženy cívky 52 a 53. Podle vynálezu mají zuby 51, 51' konstantní průřez po celé jejich výšce H a jejich šířka bd je v podstatě rovná šířce bn drážek 2 v úrovni zubových hlav G2. Jinými slovy je poměr bn/τη tedy v podstatě rovný 0,5.

Tyto vlastnosti poskytují točivému motoru z obr. 15 stejné výhody vzhledem ke známým motorům stejného druhu, jaké byly popsány výše v případě lineárních motorů. Zejména je celkový reluktanční točivý moment Cr, vyplývající z přítomnosti drážek 2, vdaném motoru mnohem menší, než ve známých synchronních motorech, jak je patrné z obr. 3, 6 a 7, které se také vztahují k danému případu, a v nichž je tento reluktanční točivý moment vyjádřen v newton. metrech.

Je třeba poznamenat, že i když zuby mají stále konstantní průřez, toto již neplatí pokud jde o drážky, které se rozšiřují směrem ke jhu 1, přičemž toto rozšiřující se uspořádání se tím více zdůrazňuje, čím více se zmenšuje průměr motoru. Pro lepší vyplnění prostoru, který je k dispozici v drážkách, při stálém využívání myšlenky předtvarování cívek na tvořiči, je navrhováno připravit řadu cívek 52 obdélníkového průřezu a řadu cívek 53 lichoběžníkového průřezu na nezávislém tvořiči, majícím obdélníkové jádro s průřezem v podstatě rovným průřezu zubů 51, 51'. Po vytažení cívek z tvořiče se nejprve osadí cívka 53 lichoběžníkového průřezu na každém druhém zubu kotvy 60. V provedení z obr. 15 jsou cívky 53 osazeny přes zuby 51', zatímco zuby 51 jsou v podstatě ponechány volné. Poté se osadí cívka 52 obdélníkového průřezu přes každý ze zubů, které jsou ponechány volné během osazování cívek 53 lichoběžníkového průřezu, tj. zuby 51 v daném příkladě. Prostor, který je k dispozici v drážkách 2, se tak zaplní v maximální míře.

Prostor 54. ponechaný po osazení cívek 52 a 53, může být použit pro uložení chladicího systému, například systémů popsaných s odvoláním na obr. 10 až 14. Je však zřejmé, že v mnohých motorech budou použity pouze cívky obdélníkového průřezu, zejména v motorech velkého průměru.

Claims (11)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Synchronní motor obsahující kotvu (60), která obsahuje jho (1), více zubů (25; 51, 5Γ), majících každý první konec upevněný ke jhu (1) a vymezující mezi sebou drážky (2), a více vinutí uložených v drážkách (2), ainduktor (61) uložený proti kotvě a obsahující více permanentních magnetů (8), uložených na podkladu (9) pro uzavírání magnetického toku, přičemž uvedených více zubů je pravidelně rozmístěno s pevnou roztečí (τη) zubů a permanentní magnety (8) jsou pravidelně rozmístěny s pevnou pólovou roztečí (τρ), přičemž zuby vymezují každý dva v podstatě rovnoběžné boky, takže jejich průřez je v podstatě konstantní po celé jejich výšce (H) a mají na svém volném konci hlavu mající první šířku (bd) a drážky mají každá druhou šířku (bn) v úrovni uvedených zubových hlav, přičemž součet první a druhé šířky vymezuje rozteč (τη) zubů, která je různá od pólové rozteče (τρ), vyznačený tím, že poměr druhé šířky (bn) k rozteči (τη) zubů je od 0,40 do 0,55 a uvedená vinutí jsou tvořena cívkami (30; 31; 52, 53), obklopujícími každá pouze jeden zub (25; 51, 5Γ).
2. 2. Synchronní motor podle nároku 1, vyznačený tím, že poměr pólové rozteče (τρ) k rozteči (Tn)zubů (25; 51, 5 Γ) je necelé číslo.

   -8CZ 288081 B6
3. 3. Synchronní motor podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že každá cívka (30) v podstatě vyplňuje obě drážky (2) u zubu (25; 51, 5Γ), který obklopuje, přičemž pouze jeden zub (25; 51, 5Γ) ze dvou sousedících zubů (25; 51, 5Γ) je obklopován cívkou (30).
4. 4. Synchronní motor podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že každý zub (25; 51, 5Γ) je obklopován cívkou (31), přičemž dvě přilehlé cívky společně vyplňují v podstatě celou drážku (2) oddělující zuby, které obklopují.
5. 5. Synchronní motor podle kteréhokoli z nároků laž4, vyznačený tím, že první šířka (bd) a druhá šířka (bn) jsou v podstatě stejně velké.
6. 6. Synchronní motor podle kteréhokoli z nároků 1 až 5, vyznačený tím, že dále obsahuje chladicí prostředek, obsahující více trubek (11) uložených každá v drážce (2) mezi cívkou (30; 31; 52, 53) ajhem (1), přičemž trubky (11) jsou vzájemně ksobě připojeny pro průtok chladicí tekutiny (50).
7. 7. Synchronní motor podle nároku 6, vyznačený tím, že chladicí prostředek dále obsahuje více plošných dílů (12) pro přenos tepla, uložených jeden v každé drážce (2), částečně obklopující trubku (11) uloženou v drážce a vložený mezi jedním z přilehlých zubů (25; 51, 51’) a cívkou (30; 31; 52, 53) v drážce (2).
8. 8. Synchronní motor podle kteréhokoli z nároků laž7, vyznačený tím, že motor je lineární.
9. 9. Synchronní motor podle kteréhokoli z nároků laž7, vyznačený tím, že motor je točivý, přičemž jeho stator je tvořen kotvou (60) a jeho rotor je tvořen induktorem (61).
10. 10. Synchronní motor podle nároku 9, vyznačený tím, že kotva (60) obsahuje sudý počet zubů (51, 5Γ), obklopovaných každý jednou cívkou (52, 53), přičemž v každé dvojici přilehlých zubů (51, 5Γ) je jeden zub obklopován cívkou (52) mající průřez, který je alespoň v podstatě obdélníkový a druhý je obklopován cívkou (53), mající průřez, který je alespoň v podstatě lichoběžníkový.
11. 11. Způsob výroby a osazování cívek (52, 53), použitých v točivém motoru podle nároku 9, vyznačený tím, že se navíjí drát pro vytváření každé cívky (52) obdélníkového průřezu v přilehlých závitech na nezávislém tvořiči majícím obdélníkové jádro s příčným průřezem v podstatě stejným, jako má každý z uvedených zubů (51, 5Γ), čímž se získá kompaktní a předem vytvořená cívka, a navíjí se drát pro vytváření každé z cívek (53) lichoběžníkového průřezu v přilehlých závitech na nezávislém tvořiči majícím obdélníkové jádro s příčným průřezem v podstatě stejným, jako má každý z uvedených zubů (51, 5Γ), čímž se získá kompaktní a předem vytvořená cívka, přičemž každá cívka (53) lichoběžníkového průřezu se osadí na každém druhém zubu (51') kotvy, a každá cívka (52) obdélníkového průřezu se osadí na každém zbývajícím zubu (51) kotvy.