CZ7953U1 - Spínaný reluktanční elektromotor - Google Patents

Description

Předkládané technické řešení se týká konstrukce spínaného reluktančního elektromotoru, který pro svou činnost využívá axiální magnetický tok.

Dosavadní stav techniky

Dosud užívané konstrukce spínaného reluktančního elektromotoru využívají radiálního a tangenciálního magnetického toku, podobně jako je tomu u klasických elektrických motorů. Nevýhodou této konstrukce je, že tato řešení neumožňují další zvýšení využití aktivních částí, tedy magnetického obvodu a budicího vinutí, to znamená, že neumožňují zvýšení výkonu v poměru k hmotnosti.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody odstraňuje z velké části spínaný reluktanční elektromotor podle předkládaného řešení, který sestává ze statoru a rotoru. Jeho podstatou je, že stator je tvořen minimálně dvěma paralelními sekcemi, z nichž každá je tvořena kruhovou budicí cívkou, na které je nasazen alespoň jeden magnetický obvod ve tvaru hřebene z magneticky měkkého materiálu. Tangenciální vzdálenost hřebenů je v mezeře mezi statorem a rotorem rovna nejméně jejich tloušťce. Magnetický obvod rotoru je tvořen soustavou hranolů z magneticky měkkého materiálu, které zasahují dovnitř hřebenů a jsou uspořádány po celém obvodu rotoru. Úhlová vzdálenost hřebenů statoru i hranolů rotoru je α = 2π/Νζ, kde Nz je počet hranolů po celém obvodu rotoru. Počet hřebenů statoru může být od jedné až do Nz. Jednotlivé sekce rotoru jsou vůči sobě pootočeny o úhel β = α/Ns, kde Ns je počet sekcí (dvě nebo více).

Výhoda uvedeného řešení spočívá ve větším měrném výkonu při použití elektromotoru. V důsledku vytvoření statoru ze sekcí, tvořených kruhovou cívkou a segmentem ve tvaru ¹ hřebenu, dochází k poměrně výraznému snížení hmotnosti. V daném případě mají segmenty i cívka více chladicích ploch, což má za následek velmi účinné chlazení.

Přehled obrázků na výkresech

Konstrukce spínaného reluktančního elektromotoru bude podrobněji popsána pomocí přiložených výkresů. Obr. 1 znázorňuje podélný řez motorem a na obr. 2 je uveden schematický pohled na stator a rotor v příčném řezu.

Příklady provedení

Stator elektromotoru podle předkládaného řešení sestává minimálně ze dvou sekcí, které se skládají z kruhové budicí cívky 3, která je upevněna pod nosný kruh 2. Na tento kruh 2 je nasazen alespoň jeden segment magnetického obvodu I statoru ve tvaru hřebene. V daném případě je zobrazeno pět sekcí. Magnetický obvod rotoru je tvořen soustavou hranolů 4, upevněných na nosném válci 5. Těchto soustav je tolik, kolik je sekcí na statoru. Magnetické hranoly 4 rotoru jsou v jednotlivých sekcích upevněny tak, aby vcházely do záběru s magnetickým obvodem 1 statoru postupně.

Magnetický obvod statoru a rotoru je z magneticky měkkého materiálu a je například složen z plechů neboje vyroben z magneticky měkkého feritu.

V daném uspořádání magnetický tok statoru prochází axiálně a radiálně magnetickým obvodem i, prochází vzduchovou mezerou do hranolů 4 magnetického obvodu rotoru, pokračuje druhou vzduchovou mezerou zpět do magnetického obvodu 1 statoru. Vybuzení magnetického toku obstarává kruhová budicí cívka 3. Proud se do této cívky 3 zapne vždy v okamžiku, kdy hranol 4 magnetického obvodu rotoru začíná vstupovat mezi póly 9 magnetického obvodu i statoru. Tím dochází kjeho vtahování mezi póly 9. V okamžiku, kdy je hranol 4 plně mezi póly 9 statoru, je proud vypnut a rotorový hranol 4 se pohybuje volně dále. V době, kdy je proud nulový a tím i točivý moment dané sekce je nulový, jsou zapnuty jiné sekce tak, aby výsledný moment celé soustavy byl vždy kladný. To je zabezpečeno vzájemným pootočením sekcí na rotoru a spínáním jejich cívek 3 tak, aby každá cívka 3 byla zapnuta v okamžiku, kdy hranol 4 rotoru vstupuje pod póly 9 statoru. Protože každý hřeben magnetického obvodu i statoru zabere jen malý úhel obvodu stroje, jak je vidět na obr. 2, je výhodné uspořádat více statorových segmentů po obvodu stroje, čímž se výsledný točivý moment vynásobí. Na obr. 2 jsou tyto segmenty znázorněny dva. Aby točivý moment byl vždy nenulový a kladný, uspořádá se více paralelních sekcí, jak je vidět z podélného řezu na obr. 1, kde těchto sekcí je pět. Čím více sekcí, tím jsou menší pulsace výsledného momentu. Protože proudy v sousedních sekcích jsou fázově posunuté a jejich účinky v pólech 9 působí proti sobě, je výsledný magnetický tok ve vnitřních pólech menší než ve jhu

10. Toto umožňuje zmenšit šířku pólů 9, jak je vidět na obr. 1 a tím ušetřit na hmotnosti stroje. Dále je na obrázku zobrazen hřídel rotoru 8, distanční podložka 11 pod hranolem 4 a upevňovací šroub 12 pro upevnění rotorových hranolů 4 k nosnému válci 5 rotoru.

Průmyslová využitelnost

Předkládaná konstrukce spínaného reluktančního elektromotoru je všude tam, kde je požadována nízká hmotnost motoru. Vzhledem k tomu, že elektromotor podle předpokládaného řešení nemá žádný kluzný kontakt, vykazuje nízkou poruchovost. Regulaci momentu a případně otáček lze provést regulací proudů v cívkách.

Claims (3)

1. Spínaný reluktanční elektromotor, sestávající ze statoru a rotoru vyznačující se tím, že stator je tvořen minimálně dvěma paralelními sekcemi, z nichž každá je tvořena kruhovou budicí cívkou (3), na níž je nasazen alespoň jeden segment magnetického obvodu (1) statoru ve tvaru hřebene z magneticky měkkého materiálu, přičemž vnitřní póly (9) mohou být tenčí než póly krajní a magnetický obvod rotoru je tvořen soustavou hranolů (4) z magneticky měkkého materiálu umístěných po obvodu rotoru, přičemž jejich tangenciální vzdálenost je rovna nejméně jejich tangenciální šířce a je-li na statoru více segmentů než jeden, musí být jejich úhlová vzdálenost a rovna úhlové vzdálenosti hranolů rotoru α = 2π/Νζ, nebo jejich celistvému násobku, kde Nz je počet hranolů (4) rotoru po celém obvodu a rotorové hranoly (4) v jednotlivých sekcích jsou vůči sobě pootočeny o úhel β = α/Ns, kde Ns je počet sekcí.

2. Spínaný reluktanční elektromotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že magnetický obvod statoru i rotoru jsou složeny z plechů.

3. Spínaný reluktanční elektromotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že magnetický obvod statoru i rotoru jsou z magneticky měkkého materiálu.