PL189592B1 - Bezszczotkowa reluktancyjna maszyna synchroniczna - Google Patents

Abstract

Bezszczotkowa reluktancyjna maszyna synchroniczna, z twornikiem z ferromagne- tycznym jarzmem stojana i kolnierzem elek- tromagnesu, które sa w obwodzie magnetycz- nym z wirnikiem, przy czym szczeliny po- wietrzne pomocnicze sa usytuowane miedzy pierscieniami elektromagnesów a sfazowany- mi elementami pierscieniowymi wirnika, zas szczelina powietrzna przytwornikowa jest usytuowana miedzy biegunami magnesnicy a twornikiem, znamienna tym, ze wirnik ma dwa przeciwlegle usytuowane jednolite ele- menty pierscieniowe (10) osadzone na wa- le (12) i na tulejach dystansowych niemagne- tycznych (11), z których utworzone bieguny magnesnicy (6) jednego rodzaju sa oddzielone od dostawionych biegunów magnesnicy (16) drugiego rodzaju, magnesami odpowiednio roz- dzielajacymi (4) i kierujacymi (5). Fig. 2 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest bezszczotkowa reluktancyjna maszyna synchroniczna z magnesami trwałymi i domagnesowaniem elektromagnetycznym mająca zastosowanie w przemyśle budowy maszyn elektrycznych.

Znana jest z polskiego opisu patentowego nr 103265, bezszczotkowa maszyna synchroniczna charakteryzująca się tym, że posiada nieruchome cewki magneśnicy, nabiegunniki magneśnicy, twomik przy czym wirnik nie posiada uzwojeń i usytuowany jest obrotowo między nabiegunnikami a twomikiem. Szczelina powietrzna pomiędzy wirnikiem a twomikiem ma różną na obwodzie grubość, a szczelina powietrzna pomiędzy nabiegunnikami i wirnikiem jest równomierna. W znanej maszynie wirnik jest wykonany z materiału o różnej przenikalności, magnetycznej na obwodzie, a reluktancja szczeliny powietrznej między twomikiem a wirnikiem jest zmienna na obwodzie, przy czym reluktancja szczeliny powietrznej między wirnikiem a nabiegunnikiem jest stała.

Niedogodnością znanego rozwiązania jest rozbudowany obwód wzbudzenia i związany z nim duży strumień rozproszenia ze względu na potrzebę zapewnienia dużych przekrojów na długiej drodze przesyłu strumienia pochodzącego od cewek magneśnicy, oraz nierównomierne wykorzystanie rdzeni: wirnika i twomika w procesie magnesowania. W znanej maszynie jest modelowana szczelina powietrzna między wirnikiem a twomikiem lub jest stosowany materiał w wirniku o różnej przenikalności magnetycznej.

Znana jest z polskiego opisu patentowego nr 1031266 bezszczotkowa maszyna synchroniczna o zwiększonym momencie bezwładności. Znana maszyna posiada nieruchomy koncentrycznie usytuowany twomik i cewki magneśnicy i tarcze magneśnicy, przy czym wirnik bez uzwojeń otacza twomik oraz tarcze magneśnicy i cewki. Szczelina powietrzna pomiędzy wirnikiem a twomikiem ma różną grubość, natomiast szczelina powietrzna pomiędzy tarczami magneśnicy a wirnikiem jest równomierna. W znanej maszynie wirnik jest wykonany z materiału o różnej przenikalności magnetycznej na obwodzie, przy czym reluktancja szczeliny powietrznej między twomikiem a wirnikiem jest zmienna na obwodzie, natomiast reluktancja szczeliny powietrznej między wirnikiem a tarczą magneśnicy jest stała.

Niedogodnością znaneeo rozwiązania. iest rozwinięty stacjonarny obwód wzbudzenia wpływający na wydłużenie drogi magnesowania i duży strumień rozproszenia oraz nierównomierne wykorzystanie rdzenia twomika.

Znana jest z polskiego opisu patentowego nr 103267 jednofazowa bezszczotkowa maszyna synchroniczna posiadająca nieruchome nabiegunniki i nieruchomą magneśnicę między którymi jest szczelina powietrzna w której wiruje pierścień. Fragmenty pierścienia są o różnej przenikalności magnetycznej i o różnej grubości.

Niedogodnością znanej maszyny jest jej jednofazowość.

189 592

Znana jest z polskiego opisu patentowego nr 107589 bezszczotkowa maszyna synchroniczna, która ma wirującą magneśnicę i nieruchome uzwojenie wzbudzenia. W wirującej magneśnicy są usytuowane obszary działania biegunów „N” i obszary działania biegunów „S”, wykonanych z magnesów trwałych. W stojanie maszyny są usytuowane nieruchome uzwojenia wzbudzenia jako elektromagnesy połączone przeciwsobnie.

Niedogodnością znanego rozwiązania jest usytuowanie magnesów trwałych w wirującej magneśnicy z elementami mocującymi z materiału niemagnetycznego powodując zwiększenie przestrzeni roboczej maszyny.

Znana jest z europejskiego opisu patentowego nr 0261952 i polskiego opisu patentowego nr 158609 maszyna elektryczna reluktancyjna ze zmiennym strumieniem całkowitym, posiadająca wirnik składający się z części głównej podzielonej na sekcje na przemian o małej i dużej reluktancji. Posiada stojan i co najmniej jeden element magnetyczny wytwarzający skierowany promieniowo w stosunku do wału wirnika strumień magnetyczny. Przy czym co najmniej jeden element magnetyczny jest umieszczony pomiędzy główną i bocznikową częścią wirnika dla wytworzenia strumienia magnetycznego w stojanie bez zmiany kierunku przepływu strumienia przez wirnik. Wirnik jest bez uzwojeń. Każdy nabiegunnik stojana jest o takich samych wymiarach, zaś główna część wirnika tworzy cylinder z materiału o dużej przewodności magnetycznej i posiada na obwodzie otwory, które tworzą sekcje o dużej reluktancji przedzielone przez sekcje o małej reluktancji rdzenia wirnika. Po obu stronach części głównej wirnika usytuowane są elementy magnetyczne wzbudzenia stanowiące magnesy trwałe i elektromagnesy. Część bocznikowa wirnika zawiera wał z materiału o dużej przewodności magnetycznej umieszczony w osi głównej maszyny. Wał ma wykonane w określonej liczbie wystające promieniowo segmenty bocznikowe tworzące sekcje o dużej reluktancji przedzielone przez sekcje o małej reluktancji. Elementy magnetyczne wzbudzenia posiadają pierścieniowy magnes, który jest osadzony od strony wału na jarzmie, a od strony części głównej wirnika styka się zewnętrzną powierzchnią ze szpulą z materiału ferromagnetycznego. Szczeliny powietrzne utworzone są pomiędzy jarzmem a wirnikiem i od strony zewnętrznej z głównym elementem wirnika. Uzwojenie osadzone na szpuli reguluje przepływ magnesu trwałego.

Niedogodnością znanego rozwiązania są długie drogi obwodu magnesowania z elementami wzbudzenia odsuniętymi od strefy przetwarzania w twomiku. W znanym rozwiązaniu 0 skomplikowanej konstrukcji uzwojenie twomika jest wykonane w postaci skupionej na stałych biegunach. W znanym rozwiązaniu element bocznikowy wału przewodzi połowę strumienia głównego, a jego regulacja sprzyja powstaniu strumienia rozproszenia.

Znana jest z amerykańskiego opisu patentowego nr 4 888 513 reluktancyjna maszyna posiadająca stojan z uzwojeniami i wirnikiem zawierającym elementy z materiału ferromagnetycznego, które są wstawione do wirnika i odseparowane szczeliną powietrzną i elementami niemagnetycznymi. Przekrój poprzeczny pojedynczych elementów z materiału ferromagnetycznego jest co najmniej bliski szczelinie powietrznej i w całości jest zmniejszony przez wstawione elementy z materiału nieferromagnetycznego w taki sposób, że stosunek pomiędzy materiałem ferromagnetycznym przekroju poprzecznego i całym wolnym przekrojem poprzecznym nie przewyższa i co najmniej stosunkiem pomiędzy wymiarem elementów z nieferromagnetycznego materiału leżących w płaszczyźnie stycznej do szczeliny powietrznej 1 grubości szczeliny powietrznej maszyny nie przewyższającym 5. Znana maszyna jest zasilana z elektronicznego obwodu „kontrolnym wektorem” prądu z uzwojeń stojana. Wirnik z ukrytymi biegunami ma niewielkie wgłębienia z materiału nieferromagnetycznego.

W znanym rozwiązaniu jest laminowany wirnik osiowo naprzemiennie z blachy ferromagnetycznej i nieferromagnetycznej przy czym grubość każdej przestępnej warstwy nieferromagnetycznej jest co najmniej 2/3 grubości każdej warstwy z ferromagnetycznej blachy, a grubości każdej z przestępnych warstw nieferromagnetycznych nie przewyższają 5 taktów grubości szczelny powietrznej maszyny.

Niedogodnością znanej maszyny jest skomplikowana konstrukcja oraz jednokierunkowość pracy jako silnik.

Znany jest z amerykańskiego opisu patentowego nr 5 140 210 wirnik ze stałymi magnesami, posiadający wał i zespół zawierający wiele segmentów magnesu trwałego. Każdy seg4

189 592 ment jest sfazowany po zewnętrznej stronie krawędzi i przylega do osiowych wnęk wokół wirującego wału. Wirnik maszyny jest obejmowany przez dwa elementy rurowe w kształcie kubka podtrzymującego jednocześnie wirnikowy zespół magnesów.

Niedogodnością znanego rozwiązania jest brak możliwości regulacji przepływu magnesującego od magnesów trwałych.

Istotą wynalazku jest maszyna w której wirnik ma dwa przeciwległe usytuowane jednolite elementy pierścieniowe osadzone na wale i na tulejach dystansowanych niemagnetycznych z których utworzone bieguny magneśnicy jednego rodzaju są oddzielone od dostawionych biegunów magneśnicy drugiego rodzaju magnesami odpowiednio rozdzielającymi i kierującymi.

Korzystnym skutkiem jest utworzenie wielobiegunowej struktury anizotropowej za pomocą magnesów trwałych, która jest wykorzystywana efektywniej w procesie ukierunkowanego magnesowania elektromagnetycznego.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku na którym fig. 1 przedstawia przekrój wzdłużny do osi obrotu maszyny, a fig. 2 przekrój poprzeczny do osi obrotu.

Twomik 1 z materiału ferromagnetycznego miękkiego jest w kształcie walca wydrążonego koncentrycznie wewnątrz ze żłobkami w których jest usytuowane wielofazowe uzwojenie 2. Osie żłobków są równoległe lub mają niewielki skos do osi obrotu maszyny. Twomik 1 jest obejmowany przez jarzmo stojana 3 o kształcie wydrążonego walca z materiału ferromagnetycznego.

Magneśnica jako wirnik 13 posiada na wale 12 dwa przeciwległe usytuowane elementy pierścieniowe 10, skrajnie sfazowanc na kształt stożków.

Pomiędzy sfazowaniami elementy pierścieniowe 10 tworzą powierzchnię walcową z wyciętymi symetrycznie fragmentami o wymiarach odpowiadających symetrycznie rozmieszczonym biegunom jednego rodzaju, na przykład północny „N”. Elementy pierścieniowe wirnika 10 z materiału ferromagnetycznego są osadzone za pośrednictwem niemagnetycznych tulei dystansowych 11 symetrycznie względem płaszczyzny symetrii maszyny ustawionej prostopadle do osi obrotu wału wirnika 12. Drugi rodzaj biegunów magneśnicy 6 na przykład południowy „S” jest dostawiony i ekranowany od ferromagnetycznych części magneśnicy odpowiednio spolaryzowanymi magnesami trwałymi, na długości biegunów magneśnicy 6 są ekranowane odpowiednio magnesami rozdzielającymi 4, zaś ich części czołowe magnesami kierującymi 5.

Magnesy trwałe rozdzielające 4 i kierujące 5 jako źródła siły magnetomotorycznej i strumienia magnetycznego kształtują wymaganą strukturę anizotropową i stają się aktywnymi ekranami magnetycznymi podczas współdziałania ze stacjonarnym obwodem do wzbudzania elektromagnetycznego. Między pierścieniem elektromagnesu 9 i sfazowanym na kształt stożka elementem pierścieniowym wirnika 10 występuje szczelina powietrzna pomocnicza 81, natomiast między twornikiem 1, a biegunami magneśnicy 6 występuje szczelina powietrzna przytwornikowa δ.

Strumień magnetyczny odpowiednio magnesów rozdzielających 4 przenika promieniowo od bieguna północnego „N” magnesu przez biegun północny „N” magneśnicy 6 szczelinę przytwornikowa δ, do twomika 1 i wraca przez szczelinę powietrzną przytwornikowa δ do bieguna południowego „S” magneśnicy 6 i bieguna południowego „S” magnesu trwałego 4 a od magnesów kierujących 5 od ich bieguna północnego „N” przenika do sfazowanej na kształt stożka pomocniczej części elementu pierścieniowego wirnikami 10 w której jest zawracany, dalej przebiega promieniowo do północnych biegunów „N” magneśnicy 6 i przez szczelinę powietrzną przytwomikową 8 do twornika 1 i wraca z twomika 1 przez szczelinę przetwornikową δ do bieguna „S” magneśnicy 6 i magnesu kierującego 5. Maszyna aby zapewnić płynną regulację jest wyposażona w dwuczęściową nieruchomą, magneśnicę elektromagnetyczną przy czym każda z części składa się z pierścienia elektromagnesu 9 zakończonego z jednej strony kołnierzem, stanowiącym równocześnie tarczę łożyskową maszyny. Na pierścieniu elektromagnesu 9 jest umieszczona cewka wzbudzenia 8. Każda cewka 6 ma kształt cylindrycznego pierścienia usytuowanego koncentrycznie względem osi obrotu maszy189 592 ny w płaszczyźnie prostopadłej do tej osi. Cewki 8 są zasilane prądem stałym i powodują przepływy przeciwne.

Strumień magnetyczny wywołany przez każdą cewkę 8 przenika w każdym z elementów pierścieniowych 10 na przykład od bieguna północnego „N” jednego pierścienia elektromagnesu 9 przez szczelinę powietrzną pomocniczą δ1, element pierścieniowy wirnika 10 i promieniowo przez bieguny „N” magneśnicy 6 przez szczelinę powietrzną przytwornikową 8 do twornika 1 i dalej do jarzma stojana 3 i tarczy łożyskowej, będącej kołnierzowym zakończeniem i jednocześnie biegunem południowym „S” pierścienia elektromagnesu 9. Strumień od magnesów rozdzielających 4 i od magnesów kierujących 5 jest wzmacniany strumieniem wywoływanym przez cewki wzbudzenia 8 na odcinkach ich zgodnego przenikania. Obrót magneśnicy powoduje, że dla poszczególnych cewek uzwojenia twornika 1 występuje zmienny w czasie strumień magnetyczny, przenikający szczelinę powietrzną przytwomikową δ. W każdej z faz tego uzwojenia zaidukowana jest siła elektromotoryczna proporcjonalna do liczby zwojów, prędkości zmian strumienia magnetycznego w czasie oraz jego wartości.

τ?:_ τ rig.

189 592

Fig.1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Bezszczotkowa reluktancyjna maszyna synchroniczna, z twomikiem z ferromagnetycznym jarzmem stojana i kołnierzem elektromagnesu, które są w obwodzie magnetycznym z wirnikiem, przy czym szczeliny powietrzne pomocnicze są usytuowane między pierścieniami elektromagnesów a sfazowanymi elementami pierścieniowymi wirnika, zaś szczelina powietrzna przytwomikowa jest usytuowana między biegunami magneśnicy a twomikiem, znamienna tym, że wirnik ma dwa przeciwległe usytuowane jednolite elementy pierścieniowe (10) osadzone na wale (12) i na tulejach dystansowych niemagnetycznych (11), z których utworzone bieguny magneśnicy (6) jednego rodzaju są oddzielone od dostawionych biegunów magneśnicy (6) drugiego rodzaju, magnesami odpowiednio rozdzielającymi (4) i kierującymi (5).