PL204809B1 - Maszyna elektryczna z magnesem trwałym - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest maszyna elektryczna, na przykład silnik elektryczny lub prądnica, z wirnikiem, stojanem i magnesem trwał ym.

Tego rodzaju maszyny elektryczne są dobrze znane ze stanu techniki. Znane są na przykład silniki elektryczne, w których magnesy trwałe są umieszczone albo na stojanie albo na wirniku. Zwykle przy tym magnesy trwałe są połączone z wirnikiem lub stojanem za pomocą klejenia. W tego typu maszynach elektrycznych na falistość momentów wywiera wpływ szczelina powietrzna istniejąca pomiędzy wirnikiem i stojanem. Im większa jest przy tym szczelina powietrzna, tym większe są straty magnetyczne, które wpływają negatywnie na przenoszenie momentu obrotowego. Aby uzyskać mały moment spoczynkowy względnie małą falistość momentów, szczelina powietrzna musi więc zostać powiększona w kierunku obwodowym ku zewnętrznej stronie bieguna. Zależnie od rodzaju zastosowania istnieją obecnie zastosowania, w których jest konieczny duży moment spoczynkowy, na przykład w dziedzinie serwomotorów dla przepustnic i tym podobnych urządzeń, i istnieją zastosowania, w których jest konieczna mała falistość momentów. W rezultacie potrzebnych wskutek tego ś rodkom technicznym grubość szczeliny powietrznej pomiędzy stojanem i wirnikiem w obszarze biegunów zmieniana jest jednak korzystnie symetrycznie, co prowadzi do wspomnianych powyżej strat w przenoszeniu momentu obrotowego.

Maszyna elektryczna, zawierająca wirnik, stojan i element z magnesu trwałego, który zamocowany jest na wirniku albo na stojanie, przy czym element z magnesu trwałego ogranicza szczelinę powietrzną pomiędzy wirnikiem i stojanem, a skierowana ku szczelinie powietrznej powierzchnia boczna elementu z magnesu trwałego ma kształt cylindryczny, tak że szczelina powietrzna ma stałą szerokość i przy czym element z magnesu trwałego na stronie odwrotnej względem szczeliny powietrznej ma powierzchnię boczną niecylindryczną, tak że element z magnesu trwałego ma w kierunku obwodowym różną grubość, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera ukształtowaną pierścieniowo sprężynę do sprężystego osadzania elementu z magnesu trwałego.

Korzystnie, zmiana grubości elementu z magnesu trwałego na stronie odwrotnej względem szczeliny powietrznej następuje w sposób ciągły.

Korzystnie, zmiana grubości elementu z magnesu trwałego na stronie odwrotnej względem szczeliny powietrznej następuje w sposób skokowy.

Korzystnie, element z magnesu trwałego ma zmniejszoną grubość, każdorazowo w środku jednoimiennobiegunowych obszarów.

Korzystnie, element z magnesu trwałego ma zmniejszoną grubość w obszarach przejściowych pomiędzy sąsiednimi biegunami.

Korzystnie, zmniejszona grubość elementu z magnesu trwałego jest utworzona symetrycznie względem środka obszaru jednoimiennobiegunowego lub względem obszaru przejściowego pomiędzy sąsiednimi biegunami.

Korzystnie, zmniejszona grubość jest utworzona za pomocą wybrania, zwłaszcza wybrania mającego w przekroju w przybliżeniu kształt litery U.

Korzystnie, sprężyna jest zamocowana w wybraniach utworzonych w elemencie z magnesu trwałego.

Korzystnie, element z magnesu trwałego na będącym w kierunku osiowym środkowym obszarze ma stałą grubość w kierunku obwodowym i każdorazowo na swoich położonych w kierunku osiowym końcach ma nie będącą stałą grubość w kierunku obwodowym.

Maszyna elektryczna według wynalazku ma tę zaletę, że szczelina powietrzna pomiędzy wirnikiem i stojanem pozostaje stała na całej długości osiowej. Pomimo to moment spoczynkowy względnie falistość momentów maszyny elektrycznej mogą być zmieniane Dalszą zaletę stałej szczeliny powietrznej pomiędzy stojanem i wirnikiem stanowi to, że można zrezygnować z ochrony przed odłamkami magnesu. W tym celu element z magnesu trwałego jest tak ukształtowany, że jego skierowana ku szczelinie powietrznej powierzchnia boczna ma kształt cylindryczny. Dzięki temu umożliwione zostało w prosty sposób utrzymywanie stałej szerokości szczeliny powietrznej, gdy umieszczona po drugiej stronie szczeliny powietrznej część konstrukcyjna ma także powierzchnię boczną o kształcie cylindrycznym. Ponadto element z magnesu trwałego ma na swej stronie odwrotnej względem szczeliny powietrznej powierzchnię boczną nie mającą kształtu cylindrycznego. Za pomocą tej nie mającej kształtu cylindrycznego powierzchni bocznej mogą być otrzymywane, zależnie od kształtu geometrycznego, mały względnie duży moment spoczynkowy i/lub mała względnie duża falistość momentów.

PL 204 809 B1

Zależnie przy tym od przypadku zastosowania element z magnesu trwałego może być umieszczony na wirniku albo na stojanie. Przy umieszczeniu na wirniku wewnętrzna powierzchnia obwodowa elementu z magnesu trwałego jest więc utworzona z kształtu odbiegającego od cylindra. Przy umieszczeniu na stojanie zewnętrzna powierzchnia obwodowa elementu z magnesu trwałego ma kształt niecylindryczny.

Element z magnesu trwałego jest umieszczony sprężyście w stojanie względnie wirniku za pomocą elementu sprężynującego w postaci pierścieniowej sprężyny. Dzięki temu mogą zostać wyeliminowane wady występujące zwykle przy dotychczasowym przyklejaniu pomiędzy magnesem i stojanem względnie wirnikiem, powodowane przez różne rozszerzalności cieplne elementów konstrukcyjnych względnie klejowej warstwy pośredniej, ponieważ element sprężynujący przejmuje funkcję kompensacyjną, tak że nie powstają rysy lub podobne wady w elementach konstrukcyjnych.

Według jednej postaci niniejszego wynalazku grubość elementu z magnesu trwałego na stronie odwrotnej względem szczeliny powietrznej zmienia się w sposób ciągły, zaś według innej postaci wynalazku grubość elementu z magnesu trwałego zmienia się skokowo. Może to być przykładowo zrealizowane przez przewidzenie mających w przekroju kształt litery U wybrań w kształcie kanału.

Element z magnesu trwałego ma taką budowę, że w kierunku osiowym ma on część środkową o stałej grubości, a każda z części końcowych ma kształt niecylindryczny na stronie odwrotnej względem szczeliny powietrznej. A więc przebieg strumienia magnetycznego elementu z magnesu trwałego zmienia się na kierunku osiowym, tak że maszyna elektryczna może być kształtowana dla różnych wymagań.

Szczególnie korzystnie zmniejszone grubości w elemencie z magnesu trwałego są umieszczone w przybliżeniu w środku obszarów jednoimiennobiegunowych. Dzięki tego rodzaju rozmieszczeniu maszyna elektryczna może dysponować dużym momentem spoczynkowym względnie dużą falistością momentów. Szczególnie korzystnie to zwężenie w środku jednoimiennobiegunowego obszaru jest utworzone symetrycznie. Wskutek tego może być otrzymana taka sama charakterystyka momentów dla maszyny elektrycznej lewoobrotowej i prawoobrotowej.

Dla uzyskania małych momentów spoczynkowych względnie małej falistości, redukcje grubości dokonane na stronie magnesu trwałego odwrotnej względem szczeliny powietrznej są utworzone w przejściu pomiędzy dwoma obszarami biegunowymi. Szczególnie korzystnie redukcje grubości są utworzone symetrycznie dla takiej samej charakterystyki momentów przy biegu w lewo względnie w prawo.

Szczególnie korzystnie element sprężynujący jest przy tym umieszczony w wybraniach utworzonych w elemencie z magnesu trwałego, które wywierają wpływ na falistość momentów względnie na moment spoczynkowy.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia maszynę elektryczną według pierwszego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, w przekroju wzdłużnym, fig. 2 - maszynę elektryczną z fig. 1, w schematycznym przekroju, fig. 3 powiększony szczegół z fig. 2, fig. 4 - maszynę elektryczną według drugiego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, w schematycznym przekroju, fig. 5 - fragment fig. 4 w powiększeniu, a fig. 6 maszynę elektryczną według trzeciego przykładu wykonania niniejszego wynalazku, w schematycznym przekroju.

Na figurach 1 do 3 jest przedstawiona maszyna elektryczna 1 według pierwszego przykładu wykonania niniejszego wynalazku. Maszyna elektryczna 1 zawiera stojan 4 i wirnik 2, na którym umieszczony jest wykonany z blachy pakiet 5 płytek wirnikowych oraz element 3 z magnesu trwałego. Element 3 z magnesu trwałego składa się z sześciobiegunowego magnesu pierścieniowego o kącie fazowym α wynoszącym 60°. Magnes pierścieniowy jest korzystnie ze względu na koszty wykonany za pomocą spiekania. Szczelina powietrzna 7, która znajduje się pomiędzy elementem 3 z magnesu trwałego i stojanem 4, jest stała zarówno w kierunku osiowym X-X maszyny elektrycznej 1, jak i w kierunku obwodowym. Jest to możliwe dzięki temu, że zewnętrzna powierzchnia boczna elementu 3 z magnesu trwałego ma postać cylindra. Również wewnętrzna powierzchnia boczna stojana 4 ma postać cylindra, tak że szczelina powietrzna 7 otaczająca cały wirnik ma stałą szerokość.

Jak to jest szczególnie widoczne na fig 2 i fig. 3 element 3 z magnesu trwałego jest za pomocą sprężyny 6 połączony z pakietem 5 płytek wirnikowych i tym samym z wirnikiem 2. Sprężyna 6 jest sprężyną mającą kształt pierścieniowy i posiada właściwości sprężyste zarówno w kierunku promieniowym, jak i w kierunku obwodowym i osiowym wirnika. W tym celu sprężyna 6 ma wystające części 10, które są zamocowane w wybraniach 8, utworzonych na wewnętrznym obwodzie magnesów pierścieniowych. Jak to jest widoczne na fig. 2 i fig. 3 wybrania S są każdorazowo umieszczone na obszarach przejściowych 9 pomiędzy sąsiadującymi biegunami magnesów pierścieniowych. Wybrania 8 mają przy tym w przybliże4

PL 204 809 B1 niu kształt litery U i mogą, dla lepszego trzymania sprężyn 6, mieć podcięcie. Poza tym wybrania 8 są ukształtowane symetrycznie do obszaru przejściowego 9 pomiędzy biegunami.

W przewidywaniu wybrań 8 element 3 w postaci magnesu pierścieniowego ma na stronie odwrotnej względem szczeliny powietrznej kształt niecylindryczny. Tak więc element 3 z magnesu trwałego w z góry określonych miejscach ma mniejszą grubość d. Dzięki temu można uzyskać w zależności od wielkości i geometrycznego ukształtowania wybrania 8 wpływ na moment spoczynkowy względnie na falistość momentów i mimo to może być zapewniona szczelina powietrzna o stałej szerokości. Łatwo jest przy tym utworzyć szczelinę o mniejszej szerokości. Ponadto za pomocą sprężyn 6 uzyskuje się promieniowe centrowanie elementu 3 z magnesu trwałego.

W przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 1 do fig. 3 wybranie 8 nie jest utworzone na całej długości osiowej elementu 3 z magnesu trwałego, lecz tylko na danych końcach (porównaj fig. 1). Dzięki temu będzie tylko w niewielkim zakresie wywierane, powodowane przez wybrania 8, oddziaływanie na strumień magnetyczny. Możliwe jest jednak także do pomyślenia, aby wybrania przebiegały na odwrotnej względem szczeliny powietrznej 7 stronie elementu z magnesu trwałego na całej jego długości osiowej. Ponadto należy zauważyć, że sprężyna 6 nie musi być utworzona jako całkowicie zamknięty pierścień, lecz, że możliwe jest także zastosowanie jako sprężyny pewnej liczby pojedynczych elementów sprężynujących albo otwartego pierścienia. Ponadto element sprężynujący umożliwia kompensację różnych, powodowanych przez temperaturę zmian długościowych poszczególnych części konstrukcyjnych wirnika.

Poniżej zostanie na podstawie fig. 4 i fig. 5 opisana maszyna elektryczna według drugiego przykładu wykonania niniejszego wynalazku. W odróżnieniu od pierwszego przykładu wykonania na odwrotnej względem szczeliny powietrznej 7 stronie elementu 3 z magnesu trwałego według drugiego przykładu wykonania nie ma utworzonych wybrań o kształcie litery U, lecz są utworzone zwężające się obszary 11 Jak to jest dokładniej widoczne na fig. 5, te zwężające się obszary 11 są ukształtowane w środku każdego jednoimiennobiegunowego obszaru biegunów elementu 3 w postaci magnesu pierścieniowego. Tak więc element z magnesu trwałego ma mniejszą grubość d w środku jednoimiennobiegunowych obszarów N, S. Obszary 11 zwężają się przy tym symetrycznie ku środkowi danego jednoimiennobiegunowego obszaru, wychodząc od wewnętrznej średnicy D_i, która istnieje w obszarach przejściowych 9 pomiędzy sąsiednimi biegunami (porównaj fig. 5, przy czym stała średnica wewnętrzna Di zaznaczona jest linią kreskową). Tak więc element 3 z magnesu trwałego na swej stronie odwrotnej 2 względem szczeliny powietrznej 7 ma kształt niecylindryczny, tak że z jednej strony uzyskuje się wpływ na moment spoczynkowy względnie falistość momentów, a z drugiej strony dzięki nie zmieniającej się i małej szczelinie powietrznej 7 mogą być uzyskiwane małe straty magnetyczne.

Na fig. 6 ukazana jest maszyna elektryczna według trzeciego przykładu wykonania niniejszego wynalazku. Trzeci przykład wykonania odpowiada w zasadzie drugiemu przykładowi wykonania, przy czym jednak w odróżnieniu od drugiego przykładu wykonania zwężające się obszary 11 przewidziane są nie w środku jednoimiennobiegunowego obszaru magnesu, lecz w obszarze przejściowym 9 pomiędzy sąsiednimi biegunami N, S magnesu. Poza tym ten przykład wykonania odpowiada drugiemu przykładowi wykonania, tak że można tu odesłać do powyżej podanego opisu.

Claims (9)

1. Maszyna elektryczna, zawierająca wirnik, stojan i element z magnesu trwałego, który zamocowany jest na wirniku albo na stojanie, przy czym element z magnesu trwałego ogranicza szczelinę powietrzną pomiędzy wirnikiem i stojanem, a skierowana ku szczelinie powietrznej powierzchnia boczna elementu z magnesu trwałego ma kształt cylindryczny, tak że szczelina powietrzna ma stałą szerokość i przy czym element z magnesu trwałego na stronie odwrotnej względem szczeliny powietrznej ma powierzchnię boczną niecylindryczną, tak że element z magnesu trwałego ma w kierunku obwodowym różną grubość, znamienna tym, że zawiera ukształtowaną pierścieniowo sprężynę (6) do sprężystego osadzania elementu (3) z magnesu trwałego.

2. Maszyna elektryczna według zastrz. 1, znamienna tym, że zmiana grubości elementu (3) z magnesu trwałego na stronie odwrotnej względem szczeliny powietrznej (7) następuje w sposób ciągły.

3. Maszyna elektryczna według zastrz. 1, znamienna tym, że zmiana grubości elementu (3) z magnesu trwałego na stronie odwrotnej względem szczeliny powietrznej (7) następuje w sposób skokowy.

PL 204 809 B1

4. Maszyna elektryczna według zastrz. 1, znamienna tym, że element (3) z magnesu trwałego ma zmniejszoną grubość (d), każdorazowo w środku jednoimiennobiegunowych obszarów.

5. Maszyna elektryczna według zastrz. 1, znamienna tym, że element (3) z magnesu trwałego ma zmniejszoną grubość (d) w obszarach przejściowych (9) pomiędzy sąsiednimi biegunami.

6. Maszyna elektryczna według zastrz. 4 albo 5, znamienna tym, że zmniejszona grubość (d) elementu (3) z magnesu trwałego jest utworzona symetrycznie względem środka obszaru jednoimiennobiegunowego lub względem obszaru przejściowego (9) pomiędzy sąsiednimi biegunami.

7. Maszyna elektryczna według zastrz. 3 albo 4, albo 5, znamienna tym, że zmniejszona grubość (d) jest utworzona za pomocą wybrania (8), zwłaszcza wybrania mającego w przekroju w przybliżeniu kształt litery U.

8. Maszyna elektryczna według zastrz. 1, znamienna tym, że sprężyna (6) jest zamocowana w wybraniach (8) utworzonych w elemencie (3) z magnesu trwałego.

9. Maszyna elektryczna według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że element (3) z magnesu trwałego na będącym w kierunku osiowym (X-X) środkowym obszarze ma stałą grubość w kierunku obwodowym i każdorazowo na swoich położonych w kierunku osiowym (X-X) końcach ma nie będącą stałą grubość w kierunku obwodowym.