CS209367B1

CS209367B1 - DC machine stator with excellent segment poles

Info

Publication number: CS209367B1
Application number: CS799292A
Authority: CS
Inventors: Jiri Valka; Zdenek Zak
Original assignee: Jiri Valka; Zdenek Zak
Priority date: 1979-12-22
Filing date: 1979-12-22
Publication date: 1981-11-30

Abstract

Vynález se týká statoru stejnosměrného stroje s vyniklými segmentovými póly, opatřeného mezi jhem statoru a vyniklými póly radiálně polarizovanými permanentními magnety a k bočním stěnám vyniklých pólů přilehlými tangenciálně polarizovanými permanentními magnety orientovanými navzájem s radiálně polarizovanými permanentními magnety souhlasně ke společnému pólu. Účelem vynálezu je docílit úpravy magnetických poměrů v budicím obvodu statoru, aby bylo možné tyto stejnosměrné stroje s permanentními magnety provozovat ve skupinovém nasazení se stejnou hodnotou otáček. Uvedeného účelu se dosáhne úpravou tangenciálního rozměru tangenciálně polarizovaných magnetů rovného 0,5 až 1,5 násobku radiálního rozměru radiálně polarizovaných magnetů a dále pomocí ferromagnetického můstku s volitelnou hodnotou magnetické vodivosti, uspořádaného v mezeře mezi tangenciálně polarizovanými magnety sousedních pólů.The invention relates to a stator of a DC machine with salient segment poles, provided between the stator yoke and the salient poles with radially polarized permanent magnets and adjacent to the side walls of the salient poles with tangentially polarized permanent magnets oriented with each other with radially polarized permanent magnets in accordance with a common pole. The purpose of the invention is to achieve adjustment of the magnetic ratios in the stator excitation circuit so that these DC machines with permanent magnets can be operated in a group setting with the same speed value. The stated purpose is achieved by adjusting the tangential dimension of the tangentially polarized magnets equal to 0.5 to 1.5 times the radial dimension of the radially polarized magnets and further by means of a ferromagnetic bridge with a selectable magnetic conductivity value, arranged in the gap between the tangentially polarized magnets of adjacent poles.

Description

Vynález se týká statoru stejnosměrného stroje s vyniklými segmentovými póly, opatřeného mezi jhem statoru a vyniklými póly radiálně polarizovanými permanentními magnety a k bočním stěnám vyniklých pólů přilehlými tangenciálně polarizovanými permanentními magnety, orientovanými navzájem s radiálně polarizovanými permanentními magnety souhlasně ke společnému pólu.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a stator of a segmented pole DC machine having radially polarized permanent magnets between the stator yoke and the poles, and to the side walls of the poles adjacent adjacent tangentially polarized permanent magnets aligned with the radially polarized permanent magnets.

Pro své charakteristické vlastnosti možnosti regulace otáček v širokých mezích při konstantním výkonu bývají stejnosměrné stroje v převážné míře využívány jako regulační pohónné jednotky různých strojírenských zařízení; Stejnosměrné motory jsou přitom velmi často provozovány ve skupinovém nasazení, například pro pohon různých válečkových tratí ve válcovnách a podobně, kdy je třeba, aby u všech provozovaných stejnosměrných strojů byla dodržována přesná hodnota nastavení požadovaných otáček. Při provozu je charakteristickým rysem těchto zařízení prakticky trvalý chod naprázdno pouze s občasným zatížením způsobovaným dopravovaným předmětem. U těchto pohonů je typická i ta okolnost, že stejnosměrné stroje bývají napájeny ve velkých skupinách ze společného zdroje, přičemž nastavení požadovaných otáček se děje prostřednictvím regulace elektrických veličin v budicím obvodu stroje. Známý princip regulace otáček stejnosměrných strojů v obvodu buzení se jeví energeticky dosti nevýhodný, z čehož je patrné, že z energetického hlediska by bylo velmi výhodné použití stejnosměrných strojů s buzením permanentními magnety. Problémem ovšem je, že výrobci permanentních magnetů zaručují jejich fyzikální vlastnosti v poměrně širokých mezích, čímž se stejnosměrné stroje vyznačují širokým rozptylem otáček od uvažované hodnoty. Úprava hodnot otáček se u stávajících provedení stejnosměrných strojů s buzením permanentními magnety děje rozličnými poměrně složitými způsoby. K nej častěji používaným patří vřazování předřadného odporu do obvodů kotvy, čímž se sice docílí přesného nastavení požadované hodnoty otáček, avšak za cenu zvýšení ztrát v elektrickém obvodu stejnosměrného stroje. V jiném případě se využívá magnetických bočníků. Prosté užití magnetických bočníků nezaručuje vždy dosažení přesného nastavení požadované hodnoty otáček a navíc se značně zvyšují technologické nároky na vlastní zhotovení stejnosměrných strojů opatřovaných těmito bočníky. V porovnání se stejnosměrnými stroji s klasickou vinutou budicí soustavou se stejnosměrné stroje s buzením permanentními magnety opatřovanými magnetickými bočníky mnohdy vyznačují sníženými výstupními parametry v důsledku menších hodnot aktivního magnetického toku v pracovní vzduchové mezeře stroje. Obdobnými důsledky snížených výstupních parametrů magnetického pole se projevuje i další způsob upravování hodnot otáček stejnosměrných strojů s buzením permanentními magnety, kterým je dodatečné demagnetování permanentních magnetů uspořádaných po namagnvto.ání v sestaveném stavu ve stroji. Tento způsob navíc bývá v častých případech vůbec neproveditelný. Úpravu hodnot otáček u stejnosměrných strojů s buzením permanentními magnety lze provádět rovněž prostřednictvím přídavného budicího vinutí, což má ovšem za následek potřebu dalšího napájecího zdroje a rovněž nepříznivé zvýšení ztrát v elektrickém obvodu stejnosměrného stroje. Pro tyto známé těžkosti je skupinové nasazení stejnosměrných strojů s buzením permanentními magnety, například pro pohon válečkových tratí, poměrně řídké a více jev současné době dávána přednost klasickým stejnosměrným strojům s cizím buzením, kde jsou tyto známé nedostatky odstraněny, přesto však na úkor horších energetických bilancí.Due to their characteristic features of the possibility of speed control within wide limits at constant power, DC machines are mostly used as control drive units of various engineering devices; The DC motors are very often operated in a group application, for example to drive different roller tracks in rolling mills and the like, where the exact setpoint setting must be maintained for all DC machines in operation. During operation, the characteristic feature of these devices is virtually continuous idling only with occasional loading caused by the conveyed object. These drives are also characterized by the fact that DC machines are fed in large groups from a common power supply, and the setting of the desired speed is effected by controlling the electrical quantities in the drive circuit of the machine. The known principle of speed control of DC machines in the excitation circuit seems to be quite disadvantageous from the energy point of view, which suggests that using DC machines with permanent magnet excitation would be very advantageous from an energy point of view. The problem, however, is that permanent magnet manufacturers guarantee their physical properties within relatively wide limits, whereby DC machines are characterized by a wide variation of speed from the value considered. In the current designs of DC machines with permanent magnet excitation, the speed values are adjusted in a variety of relatively complex ways. One of the most commonly used is the insertion of a series resistor into the armature circuits, thereby achieving a precise setting of the desired speed value, but at the cost of increasing losses in the electrical circuit of the DC machine. Alternatively, magnetic shunts are used. The simple use of magnetic shunts does not always guarantee an accurate setting of the required speed value and, in addition, the technological demands on the actual production of DC machines equipped with these shunts are considerably increased. Compared to DC machines with conventional winding excitation systems, DC machines with permanent magnet excitation equipped with magnetic shunts often exhibit reduced output parameters due to lower active magnetic flux values in the working air gap of the machine. Similar consequences of the reduced output parameters of the magnetic field are manifested in another way of adjusting the speed values of DC machines with permanent magnet excitation, which is the additional demagnetization of the permanent magnets arranged after assembly in the assembled state in the machine. Moreover, this method is often impracticable in many cases. Adjustment of the speed values of DC machines with permanent magnet excitation can also be carried out by means of an additional field winding, which, however, results in the need for an additional power supply as well as an unfavorable increase in losses in the DC machine electrical circuit. Because of these known difficulties, the group deployment of DC machines with permanent magnet excitation, for example for roller conveyor drives, is relatively sparse and more common today is preferred to conventional DC machines with foreign excitation where these known deficiencies are eliminated, but at the expense of worse energy balances. .

Přes tyto známé skutečnosti se zejména z energetických důvodů hledají další řešení stejnosměrných strojů s buzením permanentními magnety, která by se co nejvíce přiblížila požadavkům docílení stejných hodnot nastavení požadovaných otáček při provozování strojů ve skupinovém nasazení. Jsou známá některá řešení stejnosměrných strojů s buzením permanentními magnety, které lze v určitých na přesnost dodržení hodnot otáček méně náročných případech provozovat pro skupinové nasazení a to zejména poté, jestliže jsou v daném konstrukčním uspořádání permanentních magnetů ve stroji použity magnety předem pečlivě vytříděné s ohledem na jejich fyzikální vlastnosti definované remanentní indukcí a koercitivní silou. Ze známých konstrukčních uspořádání magnetického obvodu stejnosměrných strojů s buzením permanentními magnety se nejvíce vyřešení stanoveného problému přibližuje řešení, kde mezi jhem statoru stejnosměrného stroje s vyniklými segmentovými póly jsou umístěny radiálně polarizované permanentní magnety, přičemž v prostoru mezi bočními stěnami sousedních pólů je uspořádán tangenciálně polarizovaný permanentní magnet, přiléhající k bočním stěnám vyniklých pólů, přičemž tangenciálně polarizované permanentní magnety jsou orientovány navzájem s radiálně polarizovanými permanentnínji magnety souhlasně ke společnému pólu. Toto uspořádání permanentních magnetů, které slouží pto úpravu magnetických poměrů ve stroji, zejména vzhledem k jeho příznivější komutaci může za výše uvedených podmínek, to jest, zejména vzhledem po pečlivém výběru permanentních magnetů s ohledem na jejich hodnoty remanentní indukce a koercitivní síly, může rovněž představovat určité kompromisní řešení dodržení stejných otáček u skupinově provozovaných stejnosměrných strojů s buzením permanentními magnety. Hlavní nevýhodou u tohoto řešení je ta okolnost, že po umístění předem namagnetovaných tangenciálně polarizovaných permanentních magnetů do magnetického obvodu statoru stejnosměrného stroje už nelze dále měnit poměry magnetického obvodu a může tedy vždy nastat určitá odchylka hodnot otáček od stanovené hodnoty vzhledem ke vždy se vyskytujícímu rozptylu magnetických hodnot permanentních magnetů.In spite of these known facts, in particular for energy reasons, further solutions are sought for DC machines with permanent magnet excitation, which would be as close as possible to the requirements of achieving the same values of the desired speed setting when operating the machines in group use. Some solutions of DC machines with permanent magnet excitation are known, which can be operated for group use in certain accuracy of speed values of less demanding cases, especially if in a given permanent magnet design the magnets carefully sorted in advance with respect to the machine are used their physical properties defined by remanent induction and coercive force. Of the known magnetic circuit designs of DC machines with permanent magnet excitation, the solution to the problem is the closest to the solution where radially polarized permanent magnets are disposed between the stator yoke of a DC machine with outstanding segment poles and tangentially polarized permanent magnets are arranged in the space between the side walls of adjacent poles. a magnet adjacent to the side walls of the prominent poles, wherein the tangentially polarized permanent magnets are oriented with respect to the common pole with the radially polarized permanent magnets. This arrangement of permanent magnets, which serve to adjust the magnetic conditions in the machine, in particular because of its more favorable commutation, can also, under the above conditions, i.e. especially after careful selection of the permanent magnets with respect to their retentive induction and coercive force values. a certain compromise solution for maintaining the same speed in group-operated DC machines with permanent magnet excitation. The main disadvantage of this solution is the fact that after placing the pre-magnetized tangentially polarized permanent magnets in the magnetic circuit of the stator of the DC machine, the ratios of the magnetic circuit can no longer be changed and there can always be a certain deviation of the speed values from the set value. values of permanent magnets.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny u statoru stejnosměrného stroje s vyniklými segmentovými póly podle vynálezu, jehož podstata spočívá v, tom, že tangenciální rozměr tangenciálně polarizovaných magnetů je rovný 0,5 až 1,5 násobku radiálního rozměru radiálně polarizovaných magnetů, přičemž v mezeře mezi tangenciálně polarizovanými magnety sousedních vyniklých pólů je uspořádán ferromagnetický můstek.The above-mentioned drawbacks are eliminated in the stator of a DC segmented machine according to the invention, which is characterized in that the tangential dimension of the tangentially polarized magnets is equal to 0.5 to 1.5 times the radial dimension of the radially polarized magnets, a ferromagnetic bridge is arranged by the polarized magnets of adjacent superposed poles.

Uspořádáním tangenciálně polarizovaných permanentních magnetů na bočních stěnách vyniklých segmentových pólů s volitelným rozměrem v tan¹ genciálním směru těchto magnetů rovným 0,5 ažBy arranging tangentially polarized permanent magnets on the side walls of outstanding segment poles with selectable dimensions in the tan ¹ direction of these magnets equal to 0.5 to

1,5 násobku radiálního rozměru radiálně polarizovaných permanentních magnetů umožňuje navrhovat stejnosměrné stroje s buzením permanentními magnety, u kterých bude možné docilovat takových magnetických poměrů ve vzduchové mezeře stejnosměrného stroje, které mohou být optimální vzhledem k dobré komutaci stejnosměrných strojů. Uspořádáním ferromagnetického můstku v mezeře tangenciálně polarizovanými permanentními magnety lze pak docílit takové úpravy magnetických poměrů v budicím obvodu statoru, že u stejnosměrných strojů podle vynálezu provozovaných ve skupinovém nasazení je vždy možné podle potřeby zajistit nastavení stejných hodnot otáček.1.5 times the radial dimension of the radially polarized permanent magnets makes it possible to design DC machines with permanent magnet excitation, in which it will be possible to achieve such magnetic ratios in the air gap of the DC machine that can be optimal due to good commutation of DC machines. By arranging the ferromagnetic bridge in the gap with tangentially polarized permanent magnets, it is then possible to achieve a magnetic adjustment in the stator excitation circuit that, in the case of DC machines according to the invention, operated in group use, it is always possible to ensure the same speed values.

Na připojeném výkrese je znázorněn v částečném příčném řezu příklad provedení stejnosměrného stroje s vyniklými segmentovými póly podle vynálezu. . . !In the accompanying drawing, an exemplary embodiment of a DC machine with excellent segment poles according to the invention is shown in partial cross-section. . . !

Stator stejnosměrného stroje s vyniklými segmentovými póly 1 je mezi-jhem 2 statoru s vyniklými póly 1 opatřen radiálně polarizovanými permanentními magnety 3. K bočním stěnám vyniklých pólů 1 přiléhají tangenciálně polarizované permanentní magnety 4, které jsou navzájem s radiálně polarizovanými permanentními magnety 3 orientovány souhlasně ke společnému vyniklému pólu 1.The stator of the DC segmented machine 1 is equipped with radially polarized permanent magnets 3 between the 2-pole stator 1 and tangentially polarized permanent magnets 4 which are aligned with the radially polarized permanent magnets 3 and which are aligned with each other with radially polarized permanent magnets 3. common excellent pole 1.

. Tangenciální rozměr tangenciálně polarizovaných permanentních magnetů 4 je přitom roven 0,5 až : 1,5 násobku rozměru radiálně polarizovaných perňianentních magnetů 3. V každé mezeře mezi tangenciálně polarizovanými permanentními mag: ne ty 4 sousedních vyniklých pólů 1 je uspořádán ferromagnetický můstek 5, jehož prostřednictvím lze upravovat magnetickou vodivost prostoru mezi sousedními vyniklými póly 1 a tím také upravovat počáteční na geometrických rozměrech a základních fyzikálních vlastnostech permanentních magnetů závislé otáčky stejnosměrného stroje na velikost stanovenou pro provozování stejnosměr, ných strojů ve skupinovém nasazení. Tolerance upravování původní hodnoty otáček stejnosměrných strojů s buzením permanentními magnety podle vynálezu na velikost požadovanou souvisí jednak s rozměry tangenciálně polarizovaných permanentních magnetů 4 v poměru k rozměrům radiálně polarizovaných permanentních magnetů 3 a jednak na tvaru a rozměrech ferromagnetického můstku 5 s nastavitelnou hodnotou magnetické vodivosti. Na výkrese je znázorněno jedno z možných vytvoření statoru stejnosměrného stroje s vyniklými segmentovými póly 1, opatřeného radiálně polarizovanými permanentními magnety 4 podle vynálezu, kde ferromagnetický můstek 5 je vytvořen jako magnetický přesytitelný můstek, který je tvořen dutým ferromagnetickým tělesem 6 ve tvaru na alespoň jedné z čelních stěn otevřeného čtyřbokého tenkostěnného pouzdra z ferromagnetického . materiálu, v němž je uspořádáno ferromagnetické ; jádro 7, které je v dotyku s vnitřními stěnami pouzdra, přičemž objem ferromagnetického jádra . 7 je variabilní v závislosti na požadovaných magnetických poměrech v pracovní vzduchové mezeře stejnosměrného stroje. Ferromagnetické jádro 7 je v případě naznačeném na výkrese vytvořeno ve tvaru alespoň jednoho kvádru z ferromagnetického materiálu.. The tangential dimension of the tangentially polarized permanent magnets 4 is equal to 0.5 to 1.5 times the dimension of the radially polarized perianian magnets 3. In each gap between the tangentially polarized permanent magnets, the four adjacent excited poles 1 have a ferromagnetic bridge 5 through which it is possible to adjust the magnetic conductivity of the space between adjacent excellent poles 1 and thus also to adjust the initial DC-dependent speed of the geometric dimensions and the basic physical properties of the permanent magnets to the size determined for operating the DC machines in group deployment. The tolerance of adjusting the original speed of the permanent magnet excitation DC machines according to the invention to the desired size is related both to the dimensions of the tangentially polarized permanent magnets 4 relative to the dimensions of the radially polarized permanent magnets 3 and to the shape and dimensions of the ferromagnetic bridge 5 with adjustable magnetic conductivity. The drawing shows one possible embodiment of a stator of a DC machine with excellent segment poles 1, provided with radially polarized permanent magnets 4 according to the invention, wherein the ferromagnetic bridge 5 is formed as a magnetic supersaturable bridge formed by a hollow ferromagnetic body 6 shaped on at least one of the front walls of the open quadrilateral ferromagnetic thin - walled housing. a material in which it is ferromagnetic; a core 7 that is in contact with the inner walls of the housing, wherein the volume of the ferromagnetic core. 7 is variable depending on the desired magnetic conditions in the working air gap of the DC machine. In the case indicated in the drawing, the ferromagnetic core 7 is formed in the form of at least one cuboid of ferromagnetic material.

Z naznačeného uspořádání statoru stejnosměrného stroje podle vynálezu je patrné, že tangenciálně polarizované permanentní magnety 4, uspořádané na bočních stěnách, sousedních vyniklých pólů 1 plní současně dvě funkce, a to, jednak omezují hodnotu rozptylového magnetického toku a jednak svou orientací magnetické polarizace současně mohou zvětšovat hodnotu aktivního magnetického toku procházející pracovní vzduchovou mezerou stejnosměrného stroje. Pro další úpravu magnetického obvodu statoru podle vynálezu je pak v mezeře mezi tangenciálně polarizovanými permanentními magnety 4 sousedních vyniklých pólů 1 uspořái dán magneticky přesytitelný můstek 5, který je ! navržen tak, aby v dutém ferromagnetickém tělese 6 mohlo vzniknout místní přesycení, čímž je možné omezit funkci tangenciálně polarizovaných perma! neijitpích magnetů 4. Při změně polohy nebo ; objemu ferromagnetického jádra 7 v dutém ferro' magnetickém tělese 6, v konkrétním případě naznačeném na výkrese, pri zasouvání alespoň jednoho kvádru do tenkostěnného pouzdra v axiálním směru stroje, se pak částečně omezí místní přesycení dutého ferromagnetického tělesa 6 a tím se zvětší podíl magnetického toku od tangenciálně polarizovaných permanentních magnetů 4 do i· vzduchové mezery pod vyniklými segmentovými póly 1. Zvýšení účinku místního přesycení lze podle provedení dutého ferromagnetického tělesa 6 vytvořit různým způsobem, nejčastěji vytvořením vzduchové mezery v alespoň jedné ze stěn ; dutého ferromagnetického tělesa 6 prostřižením.It can be seen from the stator arrangement of a DC machine according to the invention that the tangentially polarized permanent magnets 4 arranged on the side walls of adjacent excited poles 1 simultaneously fulfill two functions, both limiting the scattering magnetic flux value and simultaneously increasing their magnetic polarization orientation. the value of active magnetic flux passing through the working air gap of the DC machine. In order to further modify the magnetic circuit of the stator according to the invention, in the gap between the tangentially polarized permanent magnets 4 of the adjacent protruding poles 1, a magnetically bridable bridge 5 is provided, which is: designed so that local supersaturation can occur in the hollow ferromagnetic body 6, thereby limiting the function of the tangentially polarized permeate! non-magnets 4. When changing position or; The volume of the ferromagnetic core 7 in the hollow ferro-magnetic body 6, in the particular case indicated in the drawing, when inserting at least one cuboid into the thin-walled housing in the axial direction of the machine, then partially suppresses the local supersaturation of the hollow ferromagnetic body 6. tangentially polarized permanent magnets 4 into the air gap below the excellent segmented poles 1. According to the embodiment of the hollow ferromagnetic body 6, the increase in the local supersaturation effect can be increased in various ways, most often by creating an air gap in at least one of the walls; of the hollow ferromagnetic body 6 by punching.

V případě provedení dutého ferromagnetického tělesa 6 ve tvaru tenkostěnného pouzdra, jak je naznačeno na výkrese, lze provést přerušení vzduchovou mezerou i u více stěn pouzdra. Je zřejmé, že při praktickém provozu stejnosměrných strojů se i statorem vytvořeným podle vynálezu, lze jednoduše zjistit polohu nebo objem ferromagnetického jádra 7 v dutém ferromagnetickém tělese 6, odpovídající určité změně otáček potřebné pro zajištění hodnoty otáček pri skupinovém provozování stejnosměrných strojů se statorem podle vynálezu.In the case of a hollow ferromagnetic body 6 in the form of a thin-walled housing, as indicated in the drawing, an air gap can also be provided for several housing walls. Obviously, in the practical operation of DC machines with a stator constructed in accordance with the invention, the position or volume of the ferromagnetic core 7 in the hollow ferromagnetic body 6 can be readily determined corresponding to a certain speed change required to ensure the speed of the DC machines with stator according to the invention.

V konkrétním případě vytvoření dutého ferromag209367 netického tělesa 6 jako čtyřbokého tenkostěnného pouzdra a ferromagnetického jádra 7 jako alespoň jednoho kvádru z ferromagnetického materiálu, lze tento kvádr do tenkostěnného pouzdra patřičně zasouvat nebo vysouvat u sestaveného stroje, například přes obslužné otvory na straně komutátoru. Po nastavení dané polohy nebo objemu ferromagnetického jádra 7 v dutém ferromagnetic-In the particular case of forming the hollow ferromag209367 of the net body 6 as a quadrilateral thin wall sleeve and the ferromagnetic core 7 as at least one block of ferromagnetic material, the block can be appropriately inserted or extended into the thin wall sleeve in the assembled machine, e.g. After setting a given position or volume of the ferromagnetic core 7 in the hollow ferromagnetic

Claims

SUBJECT

An exciter of a segmented-pole DC machine, provided between the stator yoke and the excited poles with radially polarized permanent magnets and side walls of the excited poles adjoining tangentially polarized permanent magnets oriented to each other with radially polarized permanent magnets the tangential dimension of the tangentially polarized magnets (4) is equal to 0.5 to 1.5. For optimal operation of the ferromagnetic bridge 5, it is desirable to ensure its maximum magnetic conductivity in order to take advantage of the maximum achievable value of the magnetic flux supplied by both radially polarized permanent magnets 3 and tangentially polarized permanent magnets 4.

OF THE INVENTION a multiple of the radial dimension of the radially polarized magnets (3), wherein a ferromagnetic bridge (5) is arranged in the gap between the tangentially polarized magnets (4) of adjacent excited poles (1).

A DC machine stator according to claim 1, characterized in that the ferromagnetic bridge (5) is formed by a hollow ferromagnetic body (6) and a ferromagnetic core (7), the volume of which in the cavity of the body (6) is variable.