DE2126395A1

DE2126395A1 - Electric machine

Info

Publication number: DE2126395A1
Application number: DE19712126395
Authority: DE
Inventors: Michael Charles Sunbury Middlesex Lmfoot Bryan Crosby Amers ham Buckinghamshire Puttock, (Großbritannien)
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1970-06-13
Filing date: 1971-05-27
Publication date: 1971-12-23
Also published as: GB1349746A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit Polstücken zugeordneten Wicklungen. Sie bezieht sich insbesondere auf Dynamos, Synchrongeneratoren und Motoren.The invention relates to an electrical machine with windings associated with pole pieces. It relates in particular on dynamos, synchronous generators and motors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine anzugeben, die einen verbesserten Wirkungsgrad hat.The invention is based on the object of specifying an electrical machine which has an improved degree of efficiency Has.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß Wechselstrom führende Wicklungen Polstücken zugeordnet sind, die aus magnetisch weichem Ferritmaterial bestehen.The solution to the problem on which the invention is based is characterized in that windings carrying alternating current Pole pieces are assigned, which consist of magnetically soft ferrite material.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail below with the aid of the drawing.

Fig. 1(a) ist eine Draufsicht auf den Stator mit den Polstücken für eine elektrischeFig. 1 (a) is a plan view of the stator with the pole pieces for an electrical

SL/KSL / K

109852/1245109852/1245

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Maschine gemäß einer AusführungsformMachine according to one embodiment

der Erfindung,
Fig. i(b) ist eine Draufsicht auf den Rotor fürthe invention,
Fig. I (b) is a top view of the rotor for

die elektrische Maschine, Fig. 2 ist ein Axialschnitt der elektrischenthe electric machine, Fig. 2 is an axial section of the electric

Maschine selbst, und Fig. 3, 4 und 5 zeigen grafische Darstellungen zurMachine itself, and Figs. 3, 4 and 5 show graphical representations for

Verdeutlichung der guten EigenschaftenClarification of the good properties

der Maschine.the machine.

Das zu beschreibende Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine gemäß der Erfindung betrifft einen Synchrongenerator. Zunächst sei auf die Fig. i(a) Bezug genommen. Der Stator weist eine Scheibe 1 aus magnetisch weichem Ferritmaterial auf, die acht Polstücke 2 bis 9 in Form zylindrischer Säulen hält, die ebenfalls aus magnetisch weichem Ferritmaterial bestehen. Jedes der Polstücke 2 bis 9 ist 1,25 cm lang und 9 mm im Durchmesser. Die ganze Anordnung kann dadurch hergestellt werden, daß die Polstücke 2 bis 9 an der Scheibe 1 angebracht werden, oder indem das Ganze als Einheit z.B. durch Sintern hergestellt wird.The exemplary embodiment to be described of an electrical machine according to the invention relates to a synchronous generator. Reference is first made to FIG. I (a). The stator has a disk 1 made of magnetically soft Ferrite material that holds eight pole pieces 2 to 9 in the form of cylindrical columns, which are also made magnetically consist of soft ferrite material. Each of the pole pieces 2 through 9 are 1.25 cm long and 9 mm in diameter. The whole Arrangement can be made in that the pole pieces 2 to 9 are attached to the disc 1, or by producing the whole as a unit, e.g. by sintering.

Beispiele von magnetisch weichen Ferritmaterialien sind in der USA-Patentschrift 2 452 530 beschrieben, sie weisen Zinkferrit mit einem niedrigen Curie-Punkt in Kombination mit einem oder mehreren kubischen Ferriten wie beispielsweise Nickelferrit von höherem Curie-Punkt auf. Die Produkte Examples of magnetically soft ferrite materials are described in US Pat. No. 2,452,530, they comprise zinc ferrite with a low Curie point in combination with one or more cubic ferrites such as nickel ferrite with a higher Curie point. The products

109852/1245 -3-109852/1245 -3-

haben hohe magnetische Permeabilität und niedrige magnetische Verluste. Ihre Curie-Punkte liegen zwischen 40° und 250°C. Die britische Patentschrift 701 364 beschreibt weitere Beispiele von magnetisch weichen Ferritmaterialien auf der Basis von jenen, die in der USA-Patentschrift 2 452 530 beschrieben sind.have high magnetic permeability and low magnetic losses. Their Curie points are between 40 ° and 250 ° C. British patent specification 701 364 describes further examples of magnetically soft ferrite materials based on those described in U.S. Patent 2,452,530.

Ein Rotor 10 (Fig. 1(b)) besteht aus einem Ring, dessen Außendurchmesser der gleiche ist wie der der Scheibe des Stators, nämlich 5,1 cm, und der aus magnetisch hartem Ferritmaterial besteht. Der Rotor 10 ist so magnetisiert, daß acht Domänen rund um die öffnung gebildet sind, wobei benachbarte Domänen in entgegengesetzten Richtungen magnetisiert sind, während die Pole auf den oberen und unteren Flächen des Rotors 10 liegen. Beispiele von magnetisch harten Ferritmaterialien sind in der britischen Patentschrift 708 127 beschrieben.A rotor 10 (Fig. 1 (b)) consists of a ring, the outer diameter of which is the same as that of the disk of the stator, namely 5.1 cm, and which consists of magnetically hard ferrite material. The rotor 10 is magnetized in such a way that that eight domains are formed around the opening, with adjacent domains being magnetized in opposite directions while the poles lie on the upper and lower surfaces of the rotor 10. Examples of magnetic hard ferrite materials are described in British Patent Specification 708,127.

Ein Axialschnitt des Synchrongenerators selbst ist in Fig. 2 gezeigt, aus der sich ergibt, daß der Rotor 10 gegenüber den Polstücken 2 bis 9 und koaxial zu der Scheibe 1 des Stators angeordnet ist. Der Rotor 10 ist auf einer Scheibe 11 aus Stahl befestigt und wird durch eine Welle 12 gedreht, die durch eine Energiequelle angetrieben ist, deren Energie in elektrische Energie umgewandelt werden soll. Die Polstücke 2 bis 9 tragen in der bekannten Weise Wicklungen, d.h. daß benachbarte Polstücke Wicklungen mit entgegengesetztem Wicklungssinn tragen, die in Reihe ge-An axial section of the synchronous generator itself is shown in FIG. 2, from which it can be seen that the rotor 10 is opposite the pole pieces 2 to 9 and is arranged coaxially to the disc 1 of the stator. The rotor 10 is on a Disc 11 is fixed from steel and is rotated by a shaft 12 which is driven by an energy source, whose energy is to be converted into electrical energy. The pole pieces 2 to 9 carry in the known manner Windings, i.e. that neighboring pole pieces have windings with opposite winding directions which are in series

109852/1245 ~⁴~109852/1245 ~ ⁴ ~

schaltet sind. Zur Erzielung des größten Wirkungsgrades muß der Spalt zwischen den Polstücken 2 bis 9 und dem Rotor 10 so gering wie möglich sein,und bei diesem Ausführungs-are switched. To achieve the greatest efficiency, the gap between the pole pieces 2 to 9 and the rotor must 10 should be as low as possible, and with this execution

-4
beispiel beträgt er 3,05 χ 10 cm.-4
for example, it is 3.05 χ 10 cm.

Fig. 3 ist eine grafische Darstellung und zeigt eine Familie von Kurven der Ausgangsspannung (V) in Abhängigkeit von der Rotorgeschwindigkeit (S) für unterschiedliche Lasten für den zuvor beschriebenen Synchrongenerator. Die Ordinate (V) ist in V «« kalibriert, und die Abszisse ist in Tausendern von Umdrehungen pro Minute geeicht. Es ist zu ersehen, daß sich die Linearität mit zunehmendem Lastwiderstand in Richtung auf Lastfreiheit verbessert, woraus sich ergibt, daß der Synchrongenerator zur Verwendung als Tachogenerator geeignet ist.Fig. 3 is a diagram showing a Family of curves of output voltage (V) as a function on the rotor speed (S) for different loads for the synchronous generator described above. the Ordinate (V) is calibrated in V «« and the abscissa is calibrated in thousands of revolutions per minute. It can be seen that the linearity increases with increasing load resistance Improved in the direction of no load, from which it follows that the synchronous generator for use as Tachometer generator is suitable.

In Fig. 4 ist grafisch die Spitzenleistung (P) gegenüber der Geschwindigkeit (S) aufgetragen. Die Ordinate (P) ist in Watt und die Abszisse in Tausendern von Umdrehungen pro Minute geeicht. Es ist zu ersehen, daß der Verlauf linear ist und eine Leistung von ungefähr 100 Watt bei ungefähr 14 000 Umdrehungen pro Minute gibt, wobei ganz klar noch kein Begrenzungseffekt in bezug auf die Geschwindigkeit erreicht wurde. Die bei irgendeiner bestimmten Geschwindigkeit mit dem eingangs beschriebenen Synchrongenerator erzielbare Spitzenleistung ist ungefähr zehnmal größer als die mit einem herkömmlichen Synchrongenerator erzielbare, der PolstUcke aus laminiertem Eisen zur Vermei-In Fig. 4, the peak power (P) is plotted against the speed (S). The ordinate (P) is calibrated in watts and the abscissa in thousands of revolutions per minute. It can be seen that the course is linear and gives a power of about 100 watts at about 14,000 revolutions per minute, it being very clear no speed limitation effect yet was achieved. The at any particular speed with the synchronous generator described above achievable peak power is approximately ten times greater than that achievable with a conventional synchronous generator, the upholstery made of laminated iron to avoid

109852/1246109852/1246

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dung von Eisenverlusten und Wirbelstromverlusten aufweist. Es wird erwartet, daß die mit dem zuvor beschriebenen Synchrongenerator erzielbaren Spitzenleistungen erhöht werden können, indem die Durchmesser der Polstücke 2 bis 9 (und der Ringweite des Rotors 10) vergrößert werden, so daß mehr des Rotors 10 bei irgendeiner bestimmten Zeit bedeckt ist.generation of iron losses and eddy current losses. It is expected that the synchronous generator described above achievable peak powers can be increased by increasing the diameter of the pole pieces 2 to 9 (and the ring size of the rotor 10) can be increased so that more of the rotor 10 is covered at any given time is.

Fig. 5 ist ein Diagramm und zeigt die Güte des Synchrongenerators bei einer Nominalgeschwindigkeit von 12 500 Umdrehungen pro Minute. Drei Kurven sind gezeigt: die Änderung der Spitzenleistung (P) mit der Last (L); die Änderung der Ausgangsspannung (V) mit der Last (L); und die Änderung des Stromes (A) mit der Last (L). Die Ordinate (P, A,und V) ist in Watt, Effektivstrom in Ampere und Effektivspannung in Volt geeicht, während die Abszisse (L) in Ohm geeicht ist.5 is a diagram and shows the quality of the synchronous generator at a nominal speed of 12,500 revolutions per minute. Three curves are shown: the change in peak power (P) with load (L); the change in output voltage (V) with load (L); and the change in current (A) with load (L). The ordinate (P, A, and V) is calibrated in watts, rms current in amperes and rms voltage in volts, while the abscissa (L) is calibrated in ohms.

Der zuvor beschriebene Synchrongenerator kann abgewandelt werden. Z.B. kann der Rotor 10 durch Irgendeinen anderen passenden permanent magnetisierten Kern ersetzt werden, und die Zahl und die Form der Polstücke 2 bis 9 kann geändert werden. Darüber hinaus kann die Erfindung bei beliebigen elektrischen Maschinen, z.B. Motoren, angewandt werden, die Wicklungen haben, die Wechselstrom führen und Polstücken zugeordnet sind. Tatsächlich kann der zuvor beschriebene Synchrongenerator als Motor betrieben werden, indem die Wicklungen auf den Poletücken 2 bis 9 The synchronous generator described above can be modified. For example, the rotor 10 can be replaced with any other suitable permanently magnetized core, and the number and shape of the pole pieces 2-9 can be changed. In addition, the invention can be applied to any electrical machines, for example motors, which have windings that carry alternating current and are assigned to pole pieces. In fact, the synchronous generator described above can be operated as a motor by placing the windings on pole pieces 2 to 9

109852/1246 ~⁶~109852/1246 ~ ⁶ ~

mit Wechselstrom gespeist werden. Es wurde gefunden, daß Maschinen gemäß der Erfindung einen beträchtlich höheren Wirkungsgrad haben als herkömmliche Maschinen, die z.B. Polstücke aus laminiertem Eisen verwenden. Diese verbesserten Eigenschaften ergeben sich durch die Verwendung von Polstücken, die aus magnetisch weichem Ferritmaterial bestehen, was zur Vermeidung von z.B. Eisenverlusten und Wirbelstromverlusten führt.be fed with alternating current. It has been found that machines according to the invention have a considerably higher Efficiency than conventional machines that use, for example, pole pieces made of laminated iron. These improved Properties result from the use of pole pieces made of magnetically soft ferrite material, which leads to the avoidance of e.g. iron losses and eddy current losses.

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Claims

^ Electrical machine with windings associated with pole pieces, characterized in that windings carrying alternating current are associated with pole pieces made of magnetically soft ferrite material.

2. Machine according to claim 1, characterized in that the machine is a synchronous generator.

3. Machine according to claim 1, characterized in that the machine is a motor.

4. Machine according to one of the preceding claims, characterized by a permanent magnet made of magnetically hard ferrite material.

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