NO793286L - Enpolede synkronmaskiner. - Google Patents

Description

Enpolede synkronmaskiner

Foreliggende oppfinnelse vedrorer enpolede synkronmaskiner med primær sideekssltering.

En synkronmaskin har vanligvis en vikle-stator og en rotor hvor; poler ofte er utformet med viklinger som ekssiteres med likestrom. Det er mulig å bytte om statorens og rotorens funk-sjoner og det er også mulig å anordne en lineær synkronmaskin» I foreliggende beskrivelse vil betegnelsen stator brukes på den del som bærer viklingen som danner et rotasjpnsfelt, og beteg-nelsene stator og rotor vil videre bli brukt for å beskrive en lineær maskin/hvor en del er fast og den andre delen beveges lineært.

Det er kjent at ankerreaktansen bor begrenses til et minimum i så å si alle synkronmaskiner for at det skal oppnås hoy avgitt effekt med god effektfaktor og virkningsgrad. Et enkelt ut-trykk for avgitt effekt er folgende:

hvor

E = indusert spenning

V = påtrykt spenning

= belastningsvinkel

X = ankerreaktans

F51ge.lig er P stdrre jo mindre X er, når andre parametre er uend-ret o

Vekselstromgeneratorer sorri benyttes for å generere strom er na-turligvis synkrongenératorer og ved vekselstromgeneratorer som brukes i kraftstasjoner oppnås lav ankerreaktans normalt ved bruk av en stor luftspaite. Dette er en effektiv måte å, redusere ankerreaktans på, men ved en maskin med primær sideekssitering, medforer det en viss bkning i den nodvendige ekssiteringslike-strom for åt fluksen skal drives over den forstorrede luftspaite, med de ulemper det forer-med seg.

Bruken av en stor luftspaite har ytterligere en ulempe ved en enpolet synkronmaskin, i motsetning til en mangepolet synkronmaskin, idet kantfluksen oker med okt luftspaite og medforer re-duksjon av den induserte spenning. Dette er illustrert i vedlag-te tegning, hvor fig. IA viser en forholdsvis liten luftspaite og fig. IB viser en forholdsvis stor luftspaite. I fig. IA er rotorpolen betegnet 11, statoren 12, flukslinjene 13 og polde-lingen med 14. Det fremgår at det foreligger kantfluks ved en stor luftspaite" og produserer spenninger i viklingene som går i gal retning og effektivt reduserer den totale spenningen i viklingene. Dette problem er av mindre betydning ved en mangepolet maskin, på grunn av symmetriplanet som foreligger mellom to poler med motsatt fortegn. Derfor vil spenningene som induseres på grunn av kantfluksen" oppheve hverandre og ha forholdsvis liten effekt.

I fransk patentskrift 2 072 611 er det foreslått å forsyne rotoren av en reluktansmaskin med fluksbarrierer, men en reluktansmaskin ér ikke en enpolet maskin og den har héller ikke like-stromsekssitering. En losning som kan benyttes ved en reluktansmaskin vil normalt ikke være anvendelig ved en enpolet synkronmaskin med primær sideekssitering.

Foreliggende oppfinnelse går ut på å tilveiebringe en enpolet synkronmaskin, som har primær sideekssitering og en forholdsvis lav ankerreaktans.

Ifolge foreliggende oppfinnelse er en slik synkronmaskinkarakterisert vedat det er utformet en sliss i rotoren i perpendiku-lær retning på den tilsiktede bane gjennom rotoren av fluksen som fremkalles av statorens viklingsstrom.

Oppfinnelsen har, nesten doblet den avgitte effekt av en spesiell enpolet synkronmaskin ved å redusere ankerreaktanseh.,

'■. v.. '•'»"

Oppfinnelsen, kan anvendes ved skivemaskiner, sylindriske maski-. ner eller lineære maskiner.

Enpolede synkronmaskiner ifolge oppfinnelsen skal nå beskrives som eksempler under henvisning til den skjematiske tegning, hvor

fig. IA og IB illustrerer virkningen av en,akt luftspaite mellom stator og rotor og,allerede er omtalt,

fig. 2 viser, et snitt, av en skivemaskin,

fig. 3a, 3b, 3c pg 3d gjengir en rotorpol og nærliggende stator-viklinger, det magnetomotoriske kraftmonster i rotorpolen, en fluksbane ved rotorpolen og et oppriss av rotoren som viser en uonsket fluksbane, alt med henblikk på skivemaskinen ifolge fig. 2,

fig. 4 er et oppriss av rotoren for en skivemaskin ifolge oppfinnelsen,

fig. 5 er et partielt snitt av skivemaskinen, hvis rotor er vist i fig. 4,

fig. 6 illustrerer en modifikasjon av rotoren som er vist i fig. 4,

fig. 7 illustrerer en annen modifikasjon av rotoren som er vist i fig. 4,

fig. 8 viser noen av de faste "rotor"-staver for en lineær maskin ifolge oppfinnelsen og

fig. 9 og 10 er et skjematisk snitt av en sylindermaskin ifolge oppfinnelsen hhv. et enderiss av rotoren for sylindermaskinen.

Fig. 2 viser en enpolet skivemotor mefcl primær'sideekssitering.

Den omfatter en, stator som består av en ringformet sylinder 1,. fra hvilken tenner 2 rager frem aksialt. Et sentralt boss 3 rager frem aksialt, forbi tennene 2. En stavligriende rotor 6 med like poler i endene.har en sentral åpning 8, ved hjelp av hvilken den er dreibart montert på bosset 3 « og er anbrakt nær ' statoren med en aksial spalte 7 mellom rotoren 6 og tennene 2; Rotoren 6 ekssiteres av likestromsviklingen 5 og ettersom den har to like poler i endene er motoren en enpolet maskin.

Den tilsiktede fluksbane passerer gjennom bosset 3, over spalten mellom bosset 3 og rotoren,,6^ radialt gjennom rotoren 6, gjennom spalten 7, gjennom, tennene 2 og gjennom ringen 1 tilbake til bosset 3. Rotorens 6 form ses;i fig. 3d.

Vi vil nå se på figurene, 3a-3d. Fig„ 3a er et partielt side- •

riss av motoren, som viser en endepol av rotoren 6 og nærliggende bane for statpfvikiingen 4. Det forutsettes at. strømretningen gjennom alle ledere som er vist .i fig. 3a er identisk og viklingen 4 genererer selvsagt et roterende strommonster. Fig. 3a re-fererer seg således til den såkalte q-aksestilling, hvor et mak-simalt dreiemoment produseres eller absorberes av maskinen. Fig. 3b viser det magnetomotoriske'kraftmonster, mens fig. 3c viser en forste, unodig fluksbane 20, hvor fluks forl5per fra en side av rotorpolen til den andre siden av rotorpolen og skaper nord-og sydpolene som er illustrert i fig. 3a. Fig. 3d viser en andre unodig fluksbane 21, hvor fluksen går fra en ende av rotoren til den andre uten å passere inn i midtbosset 3. Disse unodige fluksbaner oker statorviklingens reaktans. Jo storre fluksen er, desto hoyere er reaktansen.

Fig. 4 er et oppriss av rotoren for. en skivemotor ifolge oppfinnelsen. Rotoren 6 har radiale slisser 22 og 23, som strekker seg langs symmetriaksene for den generelt rektangulære rotor. Det vil fremgå at slissen 22 danner en ekstra luftspaite ved hver rotorpol, hvilket skaper en ekstra reluktans i fluksbanen 20, illustrert i fig.. 3c, og det vil videre fremgå at slissen 35 danner en luftspaite som oker reluktan3en av fluksbanen 21 som vist i fig. 3d.

o

Det vil fremgå at den bnskede fluks som drives av'likestromsviklingen, som går fra rotorpolen til sentrum av rotoren 6, ikke får okt reluktans som folge av slissene 22 og 23.

■ -

På den ene siden av midtåpningen 8 er slissen 22 forstorret i bredden, som antydet ved 24, nær åpningen 8, 'men bort fra rotorens 6 kant for ytterligere okning av reluktansen av den fluksbane som er illustrert i fig. 3c. Bredden av rotoren er dessuten redusert som antydet ved 25 nær midtåpning 8 for ytterligere okning av. reluktansen av fluksbanen som er illustrert i fig. 3d„

Det vil forekomme ytterligere to fluksbaner som er unodige, og de er antydet ved 26 hhv.;27. Fluksbanen 26 strekker seg fra en side av rotoren gjennom luftspalten mellom rotoren og bosset 3, gjennom bosset 3, gjennom luftspalten mellom bosset, 3 og rotoren 6, tilbake til. den andre siden av rotoren. Denne fluksbane supplerer fluksbanen 21 som er illustrert i fig. 3d. Fluksbanen 27 strekker seg fra en side av rotoren 6, gjennom luftspalten mellom rotoren og bosset 3, gjennom bosset 3, gjennom luftspalten mellom bosset 3 og rotoren 6 til rotoren 6 på samme side av midtåpningen 8, men på den andre siden av slissen 22 og denne bane utvider fluksbanen 20 som er vist i fig. 3c. For okning av reluktansen i disse sistnevnte fluksbaner 26 og 27,ville det være nodvendig å oke luftspalten mellom rotoren 6 og bosset 3, dvs. redusere åpningens storrelse og dette ville kreve okt likestromsekssiterihg. Det er onskelig å oke denne luftspaite og samtidig redusere luftspalten 7. Det har den for-del at den totale ekssiteringsstrom ikke må okes eller kan redu-seres, samtidig som kantfluksen som vist i fig0lb kunne reduse-res.

Luftspaltefluksen mellom rotoren 6 og det sentrale boss 3 er ikke jevn. Folgelig vil rotasjon av rotoren 6 produsere virvel-strom og oppvarming av det massive boss 3, hvilket selvsagt er uonsket. Bosset 3 kan være helt laminert for at. virvel st rommer skal unngås. Fig. 5, som er en partiell gjengivelse i likhet med fig. 2, men omvendt, viser enden av bosset 3 med redusert diame-ter slik at det dannes en skulder 30., Ringformede lamineringer 31 av samme materiale,som i bosset 3 er montert på skulderen 30 for opprettelse av den onskede fluksbane, men nærværet av lami-neringene 31 vil hindre virvelstrommer.

Det skal bemerkes at rotoren som er vist i fig„ 4 av mekaniske grunner vil måtte monteres på en stotteplate og den bor helst bestå av umagnetisk rustfritt stål for magnetisk isolasjon av rotordelene. Videre kan antallet slisser 22 okes, som vist i fig. 6, som viser en slik okning av antallet slisser 22. Fig. 7 v i ser bruk av lamineringer 32. Begge utformninger vil oke reluktansen mot fluksbanen 20.

Fig. 8 illustrerer den faste skinne (rotor) for en lineær synkronmaskin ifolge oppfinnelsen. Hver "rotor"-stav 33 er spaltet på tvers, som vist ved 34, og dette vil hindre fluksen som fly-ter i den retning som svarer til fluksbanen 20 i fig. 3cQSta-vene 33 er dessuten bygget opp av lamineringer med overflatene parallelt med stavenes 33 overflate, som vist i fig. 8. Dette oker reluktansen av fluksbanen som svarer til den som er vist i fig. 3d ved 21.

En sylindermaskin ifolge oppfinnelsen er skjematisk vist i fig. 9 og 10. Her ses en stator 50, en rotor 51 og en vekselstroms-vikling 52. Den onskede fluksbane er 53. Rotoren har stort sett rektangulært tverrsnitt. Aksiale slisser 54 svarer til slissene 22 og 23 i fig. 4.

t

Claims (8)

1. Enpolet synkronmaskin med en stator, en rotor og primær sideekssitering*karakterisert ved at det er utformet en sliss i rotoren i en retning perpendikulært på den tilsiktede bane gjennom rotoren for fluksen som fremkalles av statorviklingsstrommen.

2. Enpolet synkronmaskin som angitt' i krav 1 i form av en skivemotor, karakterisert ved en stator

(1) , fra hvilken tenner (2) rager frem aksialt, et' sentralt boss (3), som rager frem aksialt i samme retning som tennene

(2) , at rotoren (6) generelt er rektangulær og har en sentral åpning (8) og ér montert for rotasjon, slik at bosset (3) passerer gjennom den sentrale åpning (8) og.slik at det er en luftspaite (7) mellom rotoren (6) og tennene (2), at en veksel-stromsvikling (4) er viklet gjennom slissene mellom tennene (2) og en likestromsvikling (5) omgir midtbosset (3), at slissen (22) er utformet slik at den strekker seg fra den sentrale åpning (8) parallelt med rotorqns (6) lengderetning.

3. Synkronmaskin som angitt i krav 2, karakterisert ved at det er utformet ytterligere en sliss (23) i rotoren (6) på tvers av den stav-lignende rotors (6) lengderetning.

4. Synkronmaskin som angitt i krav 2 eller 3, karakterisert ved at slissen (22) som strekker seg i rotorens (6) lengderetning, er innsnevret nær endene av rotoren.

5. Synkronmaskin som angitt i et av kravene 2-4, karakterisert ved at rotoren (6) er innsnevret i bredden i nærheten av den sentrale åpning (8).

6. Synkronmaskin som angitt i krav 1 i form av en sylindermaskin, karakterisert ved en stator (50), fra hvilken aksialt forskutte tenner rager radialt innad, en veksel.stromsvikling (52) og en rotor '(51), som har generelt rek tangulært tverrsnitt, at slissen er en aksial sliss (54), som strekker seg i lengderetning av rotorens tverrsnitt.

7. Synkronmaskin som angitt i krav 6, karakterisert ved at ytterligere en aksial sliss (54) strekker seg på tvers av forstnevnte sliss (54).

8. Synkronmaskin som angitt i krav 1 i form av en lineær maskin, karakterisert ved faste rotorstaver (33) som er spaltet på tvers av den lineære bevegelsesretning. i