Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest wielobiegunowa maszyna z magnesami trwałymi o zredukowanym momencie zaczepowym.The subject of the invention is a multipolar permanent magnet machine with a reduced cogging torque.
W wielobiegunowych maszynach z magnesami trwałymi występuje znaczny moment zaczepowy będący źródłem drgań i hałasu. Wartość tego momentu zależy od liczby biegunów maszyny, od indukcji w szczelinie maszyny oraz od geometrii obwodu magnetycznego. Oprócz drgań i hałasu moment ten utrudnia rozruch maszyny, co w przypadku prądnic stosowanych w elektrowniach wiatrowych umożliwia start elektrowni dopiero przy wiatrach o znacznych prędkościach. Z tego powodu dąży się więc do minimalizacji tego momentu na drodze konstrukcyjnej. Metody minimalizacji tego momentu opisane są najlepiej w pracy doktorskiej Michała Gajewskiego (Politechnika Warszawska, Wydział Elektryczny, 2007 r.). W praktyce moment ten minimalizuje się najczęściej przez zastosowanie skosu zębów stojana, co jednak ogranicza powierzchnię użyteczną żłobka i jest trudne w wykonaniu. Innym rozwiązaniem jest stosowanie niesymetrii magnetycznej (patent US 2006/125338A1 i patenty EP 1511160A2 oraz US 5912515), co prowadzi do powstania technicznie niekorzystnego naciągu magnetycznego w maszynie.In multipolar machines with permanent magnets, there is a significant cogging torque which is a source of vibration and noise. The value of this moment depends on the number of poles of the machine, on the induction in the machine gap and on the geometry of the magnetic circuit. Apart from vibrations and noise, this torque makes it difficult to start the machine, which in the case of generators used in wind farms allows the start of the power plant only in high winds. For this reason, efforts are made to minimize this moment by design. The methods of minimizing this moment are best described in the doctoral dissertation of Michał Gajewski (Warsaw University of Technology, Faculty of Electrical Engineering, 2007). In practice, this moment is usually minimized by using the skew of the stator teeth, which, however, limits the useful surface of the slot and is difficult to manufacture. Another solution is to use magnetic asymmetry (US patent 2006 / 125338A1 and patents EP 1511160A2 and US 5912515), which leads to a technically unfavorable magnetic tension in the machine.
Wielobiegunowa maszyna z magnesami trwałymi o zredukowanym momencie zaczepowym, zawierająca stojan oraz wirnik, przy czym w żłobkach stojana umieszczone jest uzwojenie, zaś na wirniku naklejone są magnesy trwałe o przemiennej biegunowości, według wynalazku charakteryzuje się tym, że liczba żłobków jej stojana jest liczbą nieparzystą, podzielną przez trzy oraz jest liczbą różną o trzy od liczby magnesów wirnika, zaś największym wspólnym podzielnikiem liczby żłobków stojana i liczby magnesów wirnika także jest liczba trzy.A multi-pole machine with permanent magnets with a reduced cogging torque, containing a stator and a rotor, where a winding is placed in the stator slots, and permanent magnets with alternating polarity are glued to the rotor, according to the invention, it is characterized by the fact that the number of slots in its stator is an odd number, divisible by three and is a number different from the number of rotor magnets by three, and the greatest common divisor of the number of stator slots and the number of rotor magnets is also three.
Zaletą wielobiegunowej maszyny z magnesami trwałymi o zredukowanym momencie zaczepowym według wynalazku jest stojan z nieparzystą liczbą żłobków i wirnik z parzystą liczbą magnesów. Największym wspólnym podzielnikiem liczby żłobków stojana i liczby magnesów wirnika jest liczba 3, dzięki czemu uzyskuje się moment zaczepowy występujący jedynie w trzech miejscach przy jednoczesnym zniesieniu się sił naciągu magnetycznego. W wyniku takiej konfiguracji obwodu magnetycznego uzyskuje się minimalny moment zaczepowy oraz zniesienie się sił naciągu magnetycznego przy niezmniejszonej powierzchni użytecznej żłobka i braku potrzeby stosowania skosu zębów stojana.The advantage of the multipole permanent magnet machine with reduced cogging torque according to the invention is a stator with an odd number of slots and a rotor with an even number of magnets. The greatest common divisor of the number of stator slots and the number of rotor magnets is the number 3, thanks to which the cogging torque is obtained in only three places with the simultaneous abolition of the magnetic tension forces. As a result of this configuration of the magnetic circuit, a minimum cogging torque is obtained and the magnetic pull forces are eliminated with an unchanged useful slot area and no need for a bevel of the stator teeth.
Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym schematycznie wielobiegunową maszynę z magnesami trwałymi według wynalazku, składającą się ze stojana 1 oraz wirnika 2, przy czym w 39 żłobkach stojana 1 umieszczone jest trójpasmowe uzwojenie, zaś na wirniku 2 naklejonych jest 36 magnesów trwałych 3 o przemiennej biegunowości.The subject of the invention is illustrated in an embodiment in the drawing which schematically shows a multipolar permanent magnet machine according to the invention, consisting of a stator 1 and a rotor 2, with a three-band winding in 39 slots of the stator 1, and 36 permanent magnets 3 stuck to the rotor 2. with alternating polarity.