PL207671B1

PL207671B1 - Two-gear synchronous engine with durable magnets

Info

Publication number: PL207671B1
Application number: PL383445A
Authority: PL
Inventors: Tomasz Zawilak
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2011-01-31
Also published as: PL383445A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest dwubiegowy silnik synchroniczny z magnesami trwałymi o dwóch prędkościach obrotowych, regulowanych zmianą połączenia uzwojenia stojana, który w wirniku ma umieszczone magnesy trwałe, przeznaczony do napędu urządzeń przemysłowych a zwłaszcza pomp, wentylatorów, suwnic, wirówek oraz przenośników taśmowych.The subject of the invention is a two-speed synchronous motor with permanent magnets with two rotational speeds, regulated by changing the connection of the stator winding, which has permanent magnets placed in the rotor, intended for driving industrial devices, in particular pumps, fans, overhead cranes, centrifuges and belt conveyors.

Z publikacji Vlado Ostovica: Pole-Changing Permanent-Magnet Machines, IEEE Transactions on Industry Applications, 2002 vol. 38, no 6, znany jest dwubiegowy silnik synchroniczny o zmienianych liczbach biegunów pola magnetycznego w szczelinie powietrznej przełączeniem uzwojenia stojana z magnesami trwałymi umieszczonymi w wirniku. Wirnik tego silnika ma kształt cylindryczny bez żłobkowania i uzwojenia. Magnesy trwałe usytuowane są promieniowo równomiernie na obwodzie wirnika. Każda zmiana prędkości obrotowej silnika musi być poprzedzona przemagnesowaniem wirnika by jego liczba biegunów była taka sama jak liczba biegunów pola magnetycznego wytworzonego przez uzwojenie stojana. Z silnikiem musi współpracować dodatkowe źródło prądu stałego (magnesujące) wytwarzające prąd elektryczny o dużej wartości. Ze względu na przemagnesowanie magnesów nie można zastosować nowoczesnych materiałów magnetycznych o dużej koercji, co zmniejsza moc uzyskiwaną z jednostki masy silnika.From the publication of Vlado Ostovica: Pole-Changing Permanent-Magnet Machines, IEEE Transactions on Industry Applications, 2002 vol. 38, no 6, a two-speed synchronous motor with changing numbers of magnetic field poles in the air gap is known by switching the stator winding with permanent magnets placed in the rotor . The rotor of this motor has a cylindrical shape without grooves and windings. Permanent magnets are arranged radially evenly on the circumference of the rotor. Each change of the rotational speed of the motor must be preceded by magnetization of the rotor so that its number of poles is the same as the number of poles of the magnetic field generated by the stator winding. An additional direct current source (magnetizing) must cooperate with the motor, producing a high electric current. Due to the magnetization of the magnets, modern magnetic materials with a high coercivity cannot be used, which reduces the power obtained from the unit of mass of the motor.

Istota wynalazku polega na tym, że w wirniku, na każdej podziałce biegunowej mniejszej liczby biegunów, symetrycznie względem osi pionowej, umieszczone są magnesy trwałe, z których dwa w kształcie litery V o otwarciu równym 1/2 podziałki biegunowej τ mniejszej liczby biegunów, korzystnie usytuowane pod kątem równym 1/4 podziałki biegunowej mniejszej liczby biegunów oraz trzeci magnes o szerokości odpowiadającej podziałce żłobkowej wirnika, korzystnie usytuowany pod kątem 11/14 podziałki biegunowej mniejszej liczby biegunów.The essence of the invention consists in the fact that in the rotor, on each pole pitch of a smaller number of poles, symmetrically with respect to the vertical axis, there are permanent magnets, two of which are V-shaped with an opening equal to 1/2 of the pole pitch τ of the smaller number of poles, preferably located at an angle of 1/4 to the pole pitch of the fewer poles and a third magnet having a width corresponding to the pitch of the rotor, preferably at an angle of 11/14 to the pole pitch of the fewer poles.

Korzystnie, na każdej podziałce biegunowej mniejszej liczby biegunów umieszczona jest parzysta liczba jednakowych żłobków o przekroju poprzecznym wynikającym z gęstości prądu rozruchowego.Preferably, an even number of identical slots with a cross-sectional area resulting from the inrush current density are provided on each pole pitch of a smaller number of poles.

Zaletą rozwiązania według wynalazku są lepsze parametry silnika w porównaniu ze znanymi rozwiązaniami, większy współczynnik sprawności, większy współczynnik mocy, większą moc uzyskiwaną z jednostki masy, możliwość uruchomienia przez bezpośrednie włączenie do sieci zasilającej, możliwość pracy przy dwóch prędkościach obrotowych bez konieczności przemagnesowywania wirnika, możliwość zmiany prędkości obrotowej bez konieczności zatrzymywania układu napędowego, wyeliminowanie urządzenia magnesującego o dużej wydajności prądowej. Ponadto pole magnetyczne wytwarzane przez nowy wirnik ma rozkład obwodowy posiadający liczbę 2p oraz 4p biegunów.The advantage of the solution according to the invention are better engine parameters compared to known solutions, higher efficiency factor, higher power factor, higher power obtained from a mass unit, possibility of starting by direct connection to the power supply network, possibility of operating at two rotational speeds without the necessity to magnetize the rotor, changing the rotational speed without the need to stop the drive system, elimination of the magnetizing device with high current efficiency. Moreover, the magnetic field generated by the new rotor has a circumferential distribution having 2p and 4p poles.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia przekrój poprzeczny dwubiegowego silnika synchronicznego z magnesami trwałymi.The subject matter of the invention is elucidated in an embodiment in the drawing which shows a cross-section of a two-speed synchronous motor with permanent magnets.

Dwubiegowy silnik synchroniczny z magnesami trwałymi o dwóch prędkościach obrotowych o mniejszej liczbie biegunów 2p1= 4 oraz większej liczbie biegunów pola magnetycznego 2p2=2p1=8.Two-speed synchronous motor with permanent magnets with two rotational speeds with fewer poles 2p1 = 4 and more poles of the magnetic field 2p2 = 2p1 = 8.

Stojan S tego silnika ma żłobki Z_s, w których umieszczone jest uzwojenie trójfazowe przełączalne wytwarzające pole magnetyczne o liczbie par biegunów p₁=2 lub p₂=4. W wirniku W, który podzielony jest symetrycznie na 2p₁=4 części o szerokości odpowiadającej podziałce biegunowej τ równej n/p₁, w każdej części, symetrycznie względem osi pionowej Oi, pod kątem α=1/4τ umieszczone są dwa magnesy trwałe 1 usytuowane w kształcie litery V o otwarciu równym 1/2τ podziałki biegunowej mniejszej liczby biegunów oraz trzeci magnes trwały 2 umieszczony pod kątem β=11/14τ o szerokości równej podziałce żłobkowej wirnika. Na obwodzie wirnika W umieszczone są jednakowe żłobki Z_Wo parzystej liczbie przypadającej na każdą podziałkę biegunową mniejszej liczby biegunów, które wypełnione są materiałem przewodzącym prąd elektryczny i połączone (zwarte) na obu końcach wirnika W tworzą klatkowe uzwojenie rozruchowe. Wirnik W wytwarza pole magnetyczne o obwodowym rozkładzie posiadającym dwie liczby biegunów 2p₁=4 oraz 2p₂=8. Zmiana prędkości obrotowej dokonywana jest przez odpowiednie połączenie zacisków w skrzynce zaciskowej stojana lub za pomocą współpracującego z silnikiem przełącznika dwupołożeniowego.The stator S of this motor has slots Z _s in which there is a three-phase switchable winding, generating a magnetic field with the number of pole pairs p ₁ = 2 or p ₂ = 4. In the rotor W, which is symmetrically divided into 2p ₁ = 4 parts with a width corresponding to the polar pitch τ equal to n / p ₁ , in each part, symmetrically about the vertical axis Oi, at the angle α = 1 / 4τ two permanent magnets 1 are placed V-shaped with an opening equal to 1 / 2τ of the polar pitch of the fewer poles and the third permanent magnet 2 placed at the angle β = 11 / 14τ with a width equal to the pitch of the rotor. On the circumference of the rotor W there are the same Z _W slots with an even number for each pole pitch of a smaller number of poles, which are filled with electrically conductive material and connected (short-circuited) at both ends of the W rotor, forming a squirrel-cage starting winding. The rotor W produces a magnetic field with a circumferential distribution having two numbers of poles 2p ₁ = 4 and 2p ₂ = 8. The rotation speed is changed by an appropriate connection of terminals in the stator terminal box or by means of a toggle switch co-operating with the motor.

Claims

1. Two-speed synchronous motor with permanent magnets with two rotational speeds, which in the slots of the stator has a three-phase switchable winding, generating a rotating magnetic field with different numbers of poles, characterized in that in the rotor (W) on each polar division of a smaller number poles, symmetrically with respect to the vertical axis, there are permanent magnets (1), two of which in the cross-sectional view resemble the letter V with an opening equal to 1/2 the pole scale τ of the smaller number of poles, and the third permanent magnet (2) with a width equal to the slot scale of the rotor , wherein an even number of slots (ZW) are provided on the periphery of the rotor (W) on each pole scale.

2. A two-speed motor as claimed in claim A method according to claim 1, characterized in that the permanent magnets (1) with an opening equal to 1/2 of the pole scale of the smaller number of poles are positioned at an angle equal to 1/4 of the pole scale of the smaller number of poles.

3. A two-speed motor as claimed in claim 1 A device according to claim 1, characterized in that the third permanent magnet (2) is situated at an angle of 11/14 to the pole pitch of the smaller number of poles.