PL207672B1

PL207672B1 - Two-gear synchronous engine with durable magnets

Info

Publication number: PL207672B1
Application number: PL383446A
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: PL383446A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest dwubiegowy silnik synchroniczny z magnesami trwałymi o dwóch prędkościach obrotowych, regulowanych zmianą połączenia uzwojenia stojana o stosunku liczby par biegunów 2:3, 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 with a pole pairs ratio of 2: 3, 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 is cylindrical in 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, generating high electric current. Due to the magnetization of the magnets, modern magnetic materials with high coercivity cannot be used, which reduces the power obtained from the mass unit of the motor.

Istota wynalazku polega na tym, że na obwodzie wirnika, na każdej podziałce biegunowej, wykonana jest nieparzysta liczba żłobków, przy czym na każdej połowie obwodu wirnika symetrycznie względem osi pionowej, umieszczony jest magnes trwały o szerokości równej dwóm podziałkom żłobkowym wirnika oraz dwie pary magnesów trwałych. Każda para magnesów trwałych w widoku przekroju poprzecznego przypomina literę V. Pierwsza para magnesów o otwarciu równym 5/7 podziałki biegunowej τ usytuowana jest pod kątem równym 3/7 podziałki biegunowej τ mniejszej liczby biegunów, a następna para magnesów o otwarciu równym 4/7 podziałki biegunowej τ usytuowana jest pod kątem równym 17/14 podziałki biegunowej τ mniejszej liczby biegunów oraz pomiędzy pierwszą parą magnesów i magnesem trwałym.The essence of the invention consists in the fact that on the circumference of the rotor, on each pole scale, an odd number of slots are made, while on each half of the rotor circumference symmetrically with respect to the vertical axis, there is a permanent magnet with a width equal to two rotor grooves and two pairs of permanent magnets. . Each pair of permanent magnets in the cross-sectional view resembles the letter V. The first pair of magnets with an opening equal to 5/7 of the pole pitch τ is at an angle equal to 3/7 of the pole pitch τ of the smaller number of poles, and the next pair of magnets with an opening of 4/7 pitch the pole position τ is at an angle equal to 17/14 of the pole pitch τ of the fewer poles and between the first pair of magnets and the permanent magnet.

Magnesy trwałe o szerokości równej dwom podziałkom żłobkowym wirnika usytuowane są pod kątem 25/14 podziałki biegunowej mniejszej liczby biegunów.Permanent magnets with a width equal to two slots of the rotor are situated at an angle of 25/14 to the pole pitch of a smaller number of poles.

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

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, uzyskanie innego zakresu zmiany prędkości obrotowej. Pole magnetyczne wytwarzane przez nowy wirnik ma rozkład obwodowy posiadający liczbę p oraz 3/2p par 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 need to remagnetize the rotor, changing the rotational speed without stopping the drive system, eliminating the magnetizing device with high current efficiency, obtaining a different range of rotational speed variation. The magnetic field generated by the new rotor has a circumferential distribution having p number and 3 / 2p of pole pairs.

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=2 oraz wię kszej liczbie biegunów pola magnetycznego 2p2 = 3/2P1=3 .Two-speed synchronous motor with permanent magnets with two rotational speeds with a smaller number of poles 2p1 = 2 and a greater number of poles of the magnetic field 2p2 = 3 / 2P1 = 3.

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=3. W wirniku W, który podzielony jest symetrycznie na dwie części o szerokości równej 2n/p₁ odpowiadającej dwom podziałkom biegunowym 2τ mniejszej liczby biegunów p₁=2, w każdej części, symetrycznie względem osi pionowej Oi, pod kątem α 3/7 τ umieszczona jest jedna para magnesów trwałych 1 usytuowanych w kształcie litery V o otwarciu równym α=5/7τ podziałki biegunowej mniejszej liczby biegunów, następnie pod kątem β=17/14τ druga para magnesów trwałych 2 usytuowanych w kształcie litery V o otwarciu równym b=4/7T podziałki biegunowej mniejszej liczby biegunów oraz piąty magnes trwały 3 umieszczony pod kątem γ=25/14τ o szerokości równej dwom podziałkom żłobkowym wirnika. Na obwodzie wirnika W umieszczone są jednakowe żłobki Z_W o nieparzystej 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 WThe 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 = 3. In the rotor W, which is divided symmetrically into two parts with a width equal to 2n / p ₁ corresponding to two pole divisions 2τ of a smaller number of poles p ₁ = 2, in each part, symmetrically with respect to the vertical axis Oi, at the angle α 3/7 τ is placed one pair of V-shaped permanent magnets 1 with an opening equal to α = 5 / 7τ of the polar pitch of a smaller number of poles, then at the angle β = 17 / 14τ, another pair of permanent magnets 2 located in a V-shape with an opening equal to b = 4 / 7T the pole pitch of a smaller number of poles and the fifth permanent magnet 3 placed at the angle γ = 25 / 14τ with a width equal to two groove pitches of the rotor. On the circumference of the rotor W there are the same Z _W slots with an odd 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 rotor W form a squirrel-cage starting winding. Impeller W

PL 207 672 B1 wytwarza pole magnetyczne o obwodowym rozkładzie posiadającym dwie liczby biegunów 2p1=4 lub 2p2=6. Zmiana prędkości obrotowej dokonywana jest przez odpowiednie połączenie zacisków w skrzynce zaciskowej stojana lub za pomocą współpracującego z silnikiem przełącznika dwupołoże-The PL 207 672 B1 produces a magnetic field with a circumferential distribution having two pole numbers, 2p1 = 4 or 2p2 = 6. The rotation speed is changed by an appropriate connection of the terminals in the stator terminal box or by means of a two-position switch co-operating with the motor.

Claims

1. A two-speed synchronous motor with permanent magnets, which in the stator slots has a three-phase switchable winding, generating a rotating magnetic field with different numbers of poles, characterized in that an odd number of slots (ZW ), while on each half of the rotor circumference (W) symmetrically with respect to the vertical axis, there is a permanent magnet (3) with a width equal to two rotor grooves (W) and two pairs of permanent magnets (1) (2), each pair (1) (2) in the cross-section view resembles the letter V, moreover, the first pair of magnets (1) with an opening equal to 5/7 of the pole pitch τ is situated at an angle equal to 3/7 pole pitch (τ) of the smaller number of poles, and the next pair of magnets (2) with an opening equal to 4/7 of the pole pitch τ is situated at an angle equal to 17/14 pole pitch τ of the smaller number of poles and between the first pair of magnets (1) and the mag permanent (3).

2. A two-speed motor as claimed in claim A method according to claim 1, characterized in that the permanent magnets (3) with a width equal to the two rotor slots (W) are situated at an angle of 25/14 to the pole pitch of the smaller number of poles.