FI112294B

FI112294B - electricity Machine

Info

Publication number: FI112294B
Application number: FI951506A
Authority: FI
Inventors: Seppo Varis
Original assignee: Abb Industry Oy
Priority date: 1995-03-29
Filing date: 1995-03-29
Publication date: 2003-11-14
Also published as: WO1996030991A1; FI951506A; AU5006896A; FI951506A0

Description

1 112294 Sähkökone Tämän keksinnön kohteena on sähkökone, joka käsittää yleiseltä muodoltaan lieriömäisen staattorin, joka 5 käsittää yhden tai useampia koneen aksiaalisuunnassa peräkkäin sovitettuja lohkoja, joihin kuhunkin on sovitettu koneen aksiaalisuuntaan nähden kohtisuoraan tasoon sovitettu rengasmainen työvirtakäämitys, ja staattorin sisässä koaksiaalisesti pyörimään sovitetun roottorin, joka käsit-10 tää koneen aksiaalisuunnassa peräkkäin sovitettuja, staattorin lohkojen kanssa kohdakkain sijaitsevia ja toisistaan magneettisesti erotettuja lohkoja, jolloin kussakin kohdakkain olevassa staattori- ja roottorilohkossa on sama määrä napoja ja jolloin rengasmaisen työvirtakäämityksen 15 sisäkehä oleellisesti rajoittuu staattorin ja roottorin väliseen ilmaväliin.The present invention relates to an electrical machine comprising a generally cylindrical stator having one or more blocks arranged in series in the axial direction of the machine, each of which has an annular working flow coil of a rotationally annular rotor, comprising axially aligned, magnetically spaced blocks aligned with the stator blocks, each stator and rotor block having the same number of poles, and the inner periphery of the annular working winding 15 being substantially limited to the stator.

Yleisesti tunnettuna ongelmana hitaiden suorave-toisten sähkökoneiden yhteydessä on niiden suuri koko ja huono hyötysuhde. Tarvetta hitaisiin suoravetoisiin sähkö-20 koneisiin esiintyy esimerkiksi tuulivoimalakäytöissä, kal-lioporakäytöissä ja vastaavissa yhteyksissä, joissa tyy-,* pillisesti suurehko massa pyörii hitaasti tai sitä joudu- taan pyörittämään hitaasti.A commonly known problem with slow, direct-acting electrical machines is their large size and poor efficiency. There is a need for slow, direct-driven electric 20 machines, for example, in wind turbine drives, rock drill drives, and the like, in which a typically large mass rotates slowly or has to be rotated slowly.

·· ' Sähkökoneen kannalta seurauksena tällaisesta hi- ‘ ’ 25 taasta pyörimisliikkeestä on, että sähkökoneen kehäno- peudesta muodostuu mainituissa käytöissä pieni. Teho on .* puolestaan verrannollinen paitsi kehänopeuteen myös vuon tiheyteen ilmavälissä, ankkurivirtapeittoon sekä aktiivi-I'· ’; osan pituuteen.·· 'From the point of view of the electrical machine, the consequence of such a swinging rotation is that the peripheral speed of the electrical machine is low in said drives. Power, in turn, is proportional not only to circumferential velocity but also to the flux density in the air gap, the anchor current coverage, and the active I '·'; part length.

30 Tunnettu rakenneperiaate, jolla vuon liikkumisno peutta ilmavälissä voidaan olennaisesti kasvattaa on ns. poikittaisvuokone, jonka yleistä rakennetta on kuvattu ’ . · johdantokappaleessa. Tämän johdantokappaleen mukaiset tun netut sähkökoneet ovat joko reluktanssiperiaatteella toi-35 mivia tai sitten ne on toteutettu kestomagneeteilla. Re- I * 2 112294 luktanssiperiaatteella toteutetussa koneessa hyötyvuo jää pieneksi, koska navan eri puolilla vaikuttavat vastakkaiset, tosin erisuuruiset vääntömomentit. Kestomagneettirat-kaisu on puolestaan itse kestomagneettimateriaalin korkean 5 hinnan johdosta kallis eikä siten sovelly taloudellisista syistä käytettäväksi vähänkään kookkaammissa koneissa.30 A known structural principle by which the velocity of flow in the air gap can be substantially increased is the so-called. transverse machine with the general structure described '. · In the introduction. The known electrical machines according to this introduction are either reluctance-driven or they are realized with permanent magnets. In the I * 2 112294 luctance machine, the flow rate is low because of opposite, though different, torques across the hub. The permanent magnet wheel, in turn, is expensive due to the high price of the permanent magnet material itself and is therefore not economically suitable for use on even larger machines.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena onkin tuoda esiin sähkökone, jossa hyödynnetään poikittaisvuokoneen periaatetta hitaasti pyörivän, mutta silti hyötysuhteelle) taan hyvän sähkökoneen aikaansaamiseksi, mutta johon ei kuitenkaan liity kestomagneeteilla tai reluktanssiperiaat-teella toteutettujen sähkökoneiden ongelmia.It is therefore an object of the present invention to provide an electrical machine which utilizes the principle of a transverse machine to provide a slow rotating but still efficient electrical machine, but which does not involve the problems of electrical machines implemented with permanent magnets or reluctance.

Tähän päästään keksinnön mukaisen sähkökoneen avulla, jolle on tunnusomaista, että oleellisesti samaan, ko-15 neen aksiaalisuuntaan nähden kohtisuoraan tasoon kunkin staattorissa olevan työvirtakäämityksen kanssa on sovitettu rengasmainen magnetointikäämitys.This is achieved by means of an electric machine according to the invention, characterized in that an annular magnetization winding is arranged in substantially the same plane perpendicular to the machine axial direction with each of the working current windings in the stator.

Tämän keksinnön mukaisen rakenneperiaatteen mukaisesti koneessa käytetään magnetoimiskäämitystä, joka muo-20 dostuu samanlaisista renkaanmuotoisista käämeistä kuin työvirtakäämityskin. Tällä tavoin saadaan työvirtakäämi- • · i ; tykseen indusoitua aktiivinen sähkömotorinen voima, jolla ' ; voidaan edelleen kasvattaa samasta aktiivimateriaalista : saatavaa tehoa eli edelleen kasvattaa konevakiota.In accordance with the design principle of the present invention, the machine employs a magnetization winding which is formed of circular windings similar to the work current winding. In this way, the work current • • i; active electromotive force induced by 'where appropriate'; can be further increased from the same active material: the resulting power, i.e., the machine constant is further increased.

ihm * ' 25 Kun keksinnön mukaisessa sähkökoneessa kukin staat- i torinapa käsittää pakan koneen aksiaalisuuntaan sijoitet- v ·' tuja sähkölevyjä, joihin on muodostettu loveus työvirta käämityksen sijoittamista varten, on edullista, että magi'·’: netointikäämitys on sovitettu samaan loveukseen työvirta- 30 käämityksen kanssa. Työvirta- ja magnetointikäämitykset ,·, voivat sijaita toisiinsa nähden esimerkiksi joko aksiaa-When each static hub in the electrical machine of the invention comprises a plurality of axially disposed electrical plates having a recess workflow for positioning the winding, it is preferable that the Magi '' ': 30 with winding. The work current and excitation windings, ·, may be located relative to one another, for example,

* I I* I I

; lisuunnassa vierekkäin tai radiaalisuunnassa päällekkäin.; either side by side or overlapping radially.

’··' Kun keksinnön mukaisessa sähkökoneessa magnetointi- ;'· käämitys magnetoidaan tasavirralla, on edullista, että : 35 staattorin eri lohkojen magnetointikäämitykset on kytkettyWhen the magnetization winding of an electric machine according to the invention is magnetized, it is preferred that: the magnetization windings of the 35 different stator blocks are connected

» I»I

3 112294 sarjaan keskenään.3 112294 series with each other.

Seuraavassa keksinnön mukaista sähkökonetta kuvataan yksityiskohtaisemmin viitaten oheiseen piirustukseen, jossa 5 kuvio 1 esittää erittäin periaatteellisen poikki- leikkauskuvan keksinnön mukaisesti toteutetusta generaattorista, kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaisen generaattorin päätykuvan linearisoituna, 10 kuvio 3 esittää perspektiivimäisenä havainnollis tuksena keksinnön mukaisen sähkökoneen yhden lohkon rakennetta, kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen sähkökoneen kolmivaiheisen suoritusmuodon työvirtakäämitysten kytkentää 15 ja kuvio 5 esittää keksinnön mukaisen sähkökoneen kolmivaiheisen suoritusmuodon magnetointikäämitysten kytkentää, kun magnetointi suoritetaan tasavirralla.In the following, the electrical machine according to the invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawing, in which: Figure 1 shows a highly principled cross-sectional view of a generator according to the invention; Figure 2 shows an end view of the generator of Figure 1; Fig. 4 shows the coupling of the operating current windings of the three-phase embodiment of the electric machine according to the invention and Fig. 5 shows the coupling of the magnetization windings of the three-phase embodiment of the electric machine according to the invention.

Yksinkertaisuuden vuoksi keksinnön mukaista sähkö-20 konetta käsitellään aluksi yksivaiheisen generaattorin ·, avulla, jollaisen erittäin periaatteellinen poikkileik- kauskuva on esitetty kuviossa 1. Tässä kuviossa 1 esite-tyssä rakenteessa, jonka päätykuva linearisoituna on esi-* tetty kuviossa 2, on viitenumerolla 1 merkitty staattoriaFor the sake of simplicity, the electric 20 machine of the invention will first be handled by means of a single-phase generator, such as the very basic cross-sectional view of Figure 1. In the structure shown in Figure 1, the end view of which is shown in Figure 2; stator

’ ’ 25 ja viitenumerolla 2 roottoria, joka pyörii katkoviivalla A'' 25 and reference numeral 2 rotors rotating with dashed line A

: merkityn akselin ympäri. Kuvion 1 suoritusmuodossa koneen v : staattorissa 1 on kaksi koneen aksiaalisuunnassa peräk käistä lohkoa 3 ja 4. Samoin roottorissa 2 on kaksi staat-torin lohkojen kanssa kohdakkain sijaitsevaa lohkoa 6 ja 30 7. Kuten kuviossa 1 on havainnollistettu, staattorin loh- ,·, kot on muodostettu yhtenäisistä koko levypaketin pituisis- ta sähkölevyistä 11 ja lohkot on erotettu ainoastaan le-vyihin 11 tehtyjen loveusten 14 avulla. Kuten kuviosta ilmenee näiden loveusten ei tarvitse olla edes kovinkaan : 35 syviä. Niiden tarkoituksena on ainoastaan erottaa toisis- , 112294 4 taan peräkkäisten lohkojen liitoskohdan eri puolille syntyvät eri merkkiset staattorinavat N ja S. Staattorin lohkot voitaisiin kuitenkin hyvin valmistaa myös erillisinä, mikä onkin edullista silloin, kun lohkojen välistä vaihe-5 eroa ei järjestetä pelkästään roottorissa, kuten kuvioiden 1 ja 2 esittämässä tapauksessa on asianlaita. Lohkot voidaan valmistaa myös esimerkiksi kahdesta aksiaalisesta osasta, jolloin käämien asettaminen loveuksiin sekä kokoonpanon että mahdollisen purkamisen yhteydessä on help-10 poa.: around the marked axis. In the embodiment of Figure 1, the machine v stator 1 has two axially successive blocks 3 and 4. Similarly, the rotor 2 has two blocks 6 and 30 aligned with the stator blocks 7. As illustrated in Figure 1, the stator blocks, ·, is formed by uniform electric plates 11 of the entire length of the plate package and the blocks are separated only by recesses 14 made in the plates 11. As you can see from the figure, these notches need not even be very deep: 35 deep. They are only intended to separate the different stator terminals N and S formed at different junctions between the successive blocks 112294 4. However, the stator blocks could also be well prepared separately, which is advantageous when the phase-5 difference between the blocks is not only arranged in the as is the case in Figures 1 and 2. The blocks can also be made, for example, of two axial sections, whereby placing the coils in the slots, both during assembly and possible disassembly, is easy to do.

Kuvioiden 1 ja 2 mukaisessa suoritusmuodossa roottorin lohkot 6 ja 7 on erotettu magneettisesti toisistaan ja itse asiassa, kuten kuviosta 2 ilmenee, lohkot 6 ja 7 sijaitsevat puolen napajaon välein eli 180 sähköasteen 15 vaihesiirrolla toisiinsa nähden. Staattorin navat muodostaviin sähkölevyihin 11 tehtyihin toisiin loveuksiin 13 on ensin loveusten pohjalle sijoitettu rengasmaiset magne-tointikäämitykset 8 ja niiden sisäkehään ulkokehältään rajoittuvat myös rengasmaiset työvirtakäämitykset 5. Kuten 20 kuviossa 1 on havainnollistettu, aiheuttaa magnetointikää- mityksessä 8 kulkeva virta vuon Φ, joka pääsee kulkemaan !!! silloin, kun staattorin napa on kohdakkain roottorissa " olevan navan kanssa. Näin on asianlaita kuviossa 1 lohko- • | jen 3 ja 6 välillä, jota on kuviossa myös merkitty merkin-In the embodiment according to Figures 1 and 2, the rotor sections 6 and 7 are separated magnetically from each other and, in fact, as shown in Figure 2, blocks 6 and 7 are located at intervals of half a pole pitch of 180 electrical degrees phase shift of 15 with respect to each other. Second recesses 13 made in the stator poles forming electric plates 11 are first provided with annular magnetization windings 8 at the bottom of the recesses, and annular working current windings 5 also limited to their inner periphery as illustrated in Figure 1, causing the current flowing in each flow ää !! when the stator hub is aligned with the hub in the rotor. This is the case in FIG. 1 between blocks 3 and 6, also indicated in the figure by

Ml* 25 nällä D-pää. Lohkojen 4 ja 7 välillä tällaista kohdakkuut- : ! ta ei esiinny ja näin ollen vuo jää koneen vastakkaisen, v ·' merkinnällä N-pää varustetun pään kohdalla varsin vähäi seksi.M1 * 25 with D-head. Between blocks 4 and 7 this kind of alignment-:! it does not occur, and thus the flow at the opposite end of the machine, labeled v · 'with the N-end, is negligible.

Kuten edellä todettiin, kun koneen staattorissa on 30 tasavirralla ( = ) magnetoitu napakäämitys 8, joka siis muo-dostuu renkaan muotoisista käämeistä, syntyy koneeseen sen » < · pituussuunnassa navat N, S, N ja S, joista siis kaksi en-’··* simmäistä sijaitsevat lohkossa 3 ja kaksi jälkimmäistä ’· ; lohkossa 4. Magnetointi on siis sen kaltainen, että vuo- 35 viivoja Φ ei kierrä koneessa päädystä katsottaessa lain- 5 112294 kaan vaan ainoastaan pituussuunnasta katsottaessa.As stated above, when the stator of the machine has a pole winding 8 magnetized by 30 dc (=), which is thus formed by a ring-shaped winding, the machine has its »<· longitudinal poles N, S, N and S, of which two en- * the former are located in block 3 and the latter two '·; In block 4. Magnetization is thus such that the flow lines Φ are not rotated in the machine when looking at the end, but only when viewed in the longitudinal direction.

Kuten edellä jo todettiin, kuvion 1 mukaisen generaattorin roottorissa lohkojen 6 ja 7 navat sijaitsevat puolen napajaon eli 180 sähköasteen vaihesiirrossa keske-5 nään, jolloin roottorissa on päädystä katsottaessa kaksinkertainen määrä napoja staattoriin nähden, mutta pituudeltaan ne ovat puolet staattorin aktiiviosan pituudesta. Joka toinen roottorin navoista sijaitsee siis koneen D-päässä ja joka toinen vastaavasti N-päässä. Roottorin pyö-10 rähtäessä puolen napajaon verran vuo siirtyy siis esimerkiksi pääasiallisesti D-päästä pääasiallisesti N-päähän johtuen siitä, että navattomalla osalla konetta on moninkertainen magneettivastus navalliseen osaan verrattuna. Koneen perustoimintaperiaatteena on, että staattorissa 15 olevaan, myös renkaanmuotoisista käämityksistä tehtyyn työvirtakäämitykseen (-) 5 indusoituu koneen pyöriessä ja vuon siirtyessä siis vuoroin D- ja N-päähän sähkömotorinen voima.As already mentioned above, the generator of Figure 1, the rotor blocks to the terminals 6 and 7 are within a half pole pitch of 180 electrical degrees out of phase with the surrounding sand dune-5 wholly, wherein the rotor is viewed from the end double the number of poles relative to the stator, but in length they are half of the length of the stator active part. Thus, one of the two rotor hubs is located at the D-end of the machine and the other at the N-end respectively. The rotor 10 rähtäessä pyo-half the pole pitch, the flux moves then, for example, primarily D-end to primarily due to the fact that navattomalla part of the machine is a multiple of the magnetic resistance hubbed portion compared to the N-terminus. The basic principle of the machine is that the working current winding (-) 5 of the stator 15, also made of annular windings, is induced by rotation of the machine and thus the flow is alternately moved to the D and N ends.

Kuviossa 3 on havainnollistettu keksinnön mukaisen 20 sähkökoneen yhden lohkon rakennetta perspektiivikuvan avulla, jolloin siitä näkyvät staattorin napojen 9 toteu- < * tus sähkölevyistä 11 muodostetun pakan muodossa samoinkuin ’ roottorin napojen 10 toteutus samoin sähkölevyistä 12 muo- j dostetun pakan muodossa. Staattorin napojen läpi kulkee I · · » · 25 sekä renkaanmuotoinen magnetointikäämitys 8 että renkaan-: *. muotoinen työvirtakäämitys 5. Tämä työvirtakäämitys ra- V ’ joittuu staattorin ja roottorin väliseen ilmaväliin, kun taas magnetointikäämitys 8 rajoittuu sisäkehältään oleel-;·: lisesti työvirtakäämityksen 5 ulkokehään. Magnetointi- ja 30 työvirtakäämitykset voisivat sijaita myös aksiaalisuunnas-sa vierekkäin eikä radiaalisuunnassa päällekkäin, kuten l · kuviossa 3 on esitetty.Fig. 3 illustrates, in perspective, the structure of one block of the electric machine 20 according to the invention, showing the implementation of the stator poles 9 in the form of a pack of electrical plates 11 as well as the rotor poles 10 in the form of a pack. Through the stator poles I · · »· 25 passes both the annular magnetization winding 8 and the annular: *. shaped work current winding 5. This work current winding V 'extends from the air gap between the stator and the rotor, while the magnetization winding 8 is confined substantially to the outer circumference of the work current winding 5. The magnetizing and operating current windings could also be located in the axial direction adjacent to each other and not in the radial direction as shown in Fig. 3.

Tyypillisesti suuret sähkökoneet tehdään kolmivai-; heisinä. Kuviossa 4 on esitetty kolmivaiheisen koneen kyt- • 35 kentä, jossa työvirtakäämitykset Ra, Sa ja Ta on kytketty 6 112294 tavanomaisen kolmivaihekytkennän mukaisesti tähtikytken-tään. Eri vaiheiden tasavirralla magnetoidut magnetointi-käämitykset Rm, Sm ja Tm on puolestaan kytketty kuvion 5 mukaisesti sarjaan, jolloin työvirtakäämityksen kolmivai-5 heisella virralla ja magnetointikäämityksellä ei ole induktiivista yhteyttä ainakaan perusaallolla. Jos muiden aaltojen osalta on todettavissa vaikeuksia, voidaan esimerkiksi roottoriin sijoittaa oikosuljettu käämitys, joka pyrkii pitämään vaiheiden summavuon nollana. Kolmivaihei-10 nen kone koostuu vähintäin kolmen magnetointikäämin ja kolmen työvirtakäämin muodostamasta kokonaisuudesta. Täten koneessa on siis kolme koneen aksiaalisuunnassa peräkkäistä lohkoa. Eri vaiheyksiköiden tai eri lohkojen, kuten niitä kuvioiden 1 ja 2 yhteydessä nimitettiin, staattori-15 ja roottorinavat ovat 120 sähköasteen eli 1/3 napajaon vaihesiirrossa toisiinsa nähden. Vaihesiirto voidaan toteuttaa esimerkiksi pelkästään roottorin napojen vai-hesiirron avulla, jolloin staattorin navat ovat samalla kohtaa päädystä katsottaessa samoinkuin kuvioiden 1 ja 2 20 mukaisessa rakenne-esimerkissä.Typically, large electrical machines are made in three-phase; Hey you. Figure 4 illustrates a circuit for a three-phase machine, wherein • the work current windings Ra, Sa and Ta are connected according to a conventional three-phase circuit for star connection. The magnetized windings Rm, Sm, and Tm magnetized in direct current at different phases, in turn, are connected in series, as shown in Fig. 5, whereby the three-phase current of the working current winding and the magnetization winding have no inductive connection. If there are problems with other waves, for example, a short-circuited winding can be placed in the rotor, which tends to keep the sum of the phases to zero. A three-phase machine consists of at least three magnetization windings and three working current windings. Thus, the machine has three successive blocks in the axial direction of the machine. 1 and 2, the stator-15 and rotor hubs are 120 degrees of power, or 1/3 of the polar phase shift relative to one another. Phase shifting can be accomplished, for example, solely by phase shifting of the rotor hubs, whereby the stator hubs are at the same location when viewed from the end, as in the construction example of Figures 1 and 2.

Tasavirralla magnetoitaessa aikaansaadaan edellä < · kuvatusti sykkivä tai pulssimainen vuon muutos rengasmai-seen työvirtakäämiin.With DC current magnetization, a pulsating or pulsed flux change in the annular work current winding is achieved as described above.

: Seuraavassa keksinnön mukaisen koneen suoritusomi- ‘ * 25 naisuuksia arvioidaan edelleen, jolloin yksinkertaisuuden i vuoksi tarkastellaan yksivaiheista mallia.In the following, the performance of the machine according to the invention will be further evaluated, whereby for the sake of simplicity, a one-step model will be considered.

'> · Tavanomaisen sähkökoneen ilmavälivuontiheyden huippuarvo on 0,8 T. Keksinnön mukaisella rakenteella vuontiheys vaihtelee huippuarvon 1,6 T (navoissa ei ole '·. 30 hampaita) ja minimiarvon 0,4 T välillä. Vaihtelun huippu- arvo on siis (1,6 - 0,3)/2 = 0,6 T.The peak air gap density of a conventional electrical machine is 0.8 T. With the structure according to the invention, the flux density varies between a peak value of 1.6 T (the hubs have no teeth) and a minimum value of 0.4 T. Thus, the peak value of the variation is (1.6 - 0.3) / 2 = 0.6 T.

k »k »

Ankkurireaktio ilmenee puolestaan siten, että työ- > virta heikentää vuota navan toisella ja vahvistaa sitä - toisella puolella. Jos magnetoimiskäämin kokonaisvirta on ; 35 työkäämin kokonaishuippuvirran suuruinen, vaihtelee vuon- 7 112294 tiheys napojen alla siten, että vaihtovuon arvo muuttuu puoleen tyhjäkäyntiarvosta. Ilmavälin keskimääräinen vuon-tiheys tai yhtähyvin kokonaisvuo tietyllä ilmavälipinta-alalla on siis kuormitetulla koneella noin 0,5 x 0,6/0,8 = 5 0,37 kertainen tavanomaiseen koneeseen verrattuna. Tämä arvio saattaa kuitenkin osoittautua jossain määrin pessimistiseksi ja tarkemmat laskelmat voivat osoittaa ankku-rireaktion edellä laskettua olennaisesti pienemmäksi.The anchor reaction, in turn, manifests itself in that> the working current weakens the leak on one side and strengthens it on the other. If the total current of the magnetization coil is; With a total peak current of 35 coils, the flux density under the poles varies so that the value of the alternating flux changes to half of the idle value. Thus, the average air gap flux density, or even total flux over a given air gap area, is about 0.5 x 0.6 / 0.8 = 5 0.37 times that of a conventional airplane when loaded. However, this estimate may prove to be somewhat pessimistic, and more accurate calculations may indicate a significantly lower anchor response than previously estimated.

Sähkömotorista voimaa tarkasteltaessa voidaan esi-10 merkiksi ottaa 500 kW tuuligeneraattorikäyttö, jossa pyörimisnopeus on 30 rpm. Tavanomaisen sähkökoneen vuo leik-kaa ilmavälissä työvirtakäämin sauvoja kehänopeudella, joka vastaa taajuutta 30 rpm/60 m = 0,5 Hz. Koneen ilmavä-lihalkaisijaksi voidaan olettaa 2 m. Jos keksinnön mukai-15 sen poikittaisvuokoneen napojen ja napavälien leveydeksi valitaan 100 mm, saadaan napaluvuksi 32 ja vastaavasti vuovaihtelun taajuudeksi 32 x 0,5 = 16 Hz. Vuon ja taajuuden huomioonottaen saadaan samasta ilmavälialueesta tässä tapauksessa 0,37 x 16 = 5,9 kertainen sähkömotorinen voima 20 tavanomaiseen sähkökoneeseen verrattuna.When looking at electric motor power, an example of a 10 kW wind generator drive at 30 rpm can be taken as an example. The flow of a conventional electrical machine cuts in the air gap the work current coil rods at a peripheral speed corresponding to 30 rpm / 60 m = 0.5 Hz. The air-to-flesh diameter of the machine can be assumed to be 2 m. If the widths of the hubs and hubs of the transverse fly according to the invention are 100 mm, a hub number of 32 and a frequency of 32 x 0.5 = 16 Hz is obtained. Taking into account the flux and the frequency, in this case, 0.37 x 16 = 5.9 times the electric motor force is obtained from the same air gap compared to 20 conventional electrical machines.

Edellä sähkömotorisen voiman arvoksi laskettu arvo • ' · 5,9 vastaa vuon tehollisarvon ja lausekkeen 2 x Π x kulma- ·; taajuus tuloa. Työvirtakäämin induktanssi on vuon tehol- * · • | lisarvo jaettuna työvirran tehollisarvolla, jos magneetti- IM» 25 energian vaihtelu kokonaisuudessaan on laskettava ko. in- :: duktanssiksi. Kun tämä kerrotaan työvirran tehollisarvon ,· : ja 2 x Π x kulmataajuus tulolla saadaan arvoksi edellä mainittu sähkömotorisen voiman arvo. (Tämän lisäksi vaikuttaa napojen välissä pieni hajareaktanssi, mikä tässä 30 vaiheessa oletetaan tarkastelun tarkkuuden huomioonottaen marginaaliseksi.) Edellisestä seuraa, että jos kone on kytketty tehokertoimen 1 omaavaan kuormaan, sähkömotorinen voima jakaantuu kahteen yhtäsuureen jännitteeseen, joista | toinen on kuormassa vaikuttava hyötyjännite ja toinen : 35 reaktiivinen jännitehäviö. Koska jänniteosoittimet ovat tunnetusti kohtisuorassa toisiaan vastaan, saadaan hyöty- 8 112294 jännitteeksi sähkömotorinen voima jaettuna arvolla V2. Tämä merkitsee sitä, että hyötyjännite on 5,9/1,4 = 4,2 kertainen tavanomaiseen sähkökoneeseen nähden. Tämä merkitsee toisaalta myös sitä, että konevakio on 4,2 kertai-5 nen tavanomaiseen sähkökoneeseen verrattuna. Kasvanut konevakio voidaan hyödyntää sekä konekoon olennaiseen pienentämiseen että hyötysuhteen olennaiseen kasvuun.The value calculated above for the electric motor force • '· 5.9 corresponds to the effective value of the flux and the angle 2 · 2 x; frequency input. The inductance of the work current coil is the flux power * · • | value divided by the effective value of the workflow, if the total variation of the magnetic IM »25 energy has to be calculated. in- :: for dancers. When multiplied by the effective value of the working current, ·: and 2 x Π x the angular frequency product gives the value of the electromotive force mentioned above. (In addition, there is a small stray reactance between the poles, which is assumed to be marginal in this step, considering the accuracy of the observation.) It follows from the above that if the machine is connected to a load of power factor 1, the electric motor force is divided into two equal voltages one is the payload acting on the load and the other is 35 reactive voltage drop. As the voltage pointers are known to be perpendicular to one another, the useful voltage is the electromotive force divided by V2. This means that the useful voltage is 5.9 / 1.4 = 4.2 times that of a conventional electrical machine. On the other hand, this also means that the machine constant is 4.2 times that of a conventional electrical machine. The increased machine constant can be utilized for both a substantial reduction in machine size and a substantial increase in efficiency.

Keksinnön mukaisen sähkökoneen tapauksessa häviöistä kuparihäviöt ovat koneen hitaudesta johtuen täysin hal-10 litsevassa asemassa. Tavanomaisessa sähkökoneessa kupari-häviöt syntyvät sekä levypaketin että kääminpäiden osalla. Keksinnön mukaisessa magnetoidussa poikittaisvuokoneessa kääminpäitä vastaa staattorinapojen välinen kääminosa, jossa ei synny sähkömotorista voimaa. Johtuen olennaisesti 15 suuremmasta konevakiosta voidaan virrantiheyttä pienentää olennaisesti tietyllä kuparimäärällä. Koska taajuus on verrattain pieni, ei rauta- ja lisähäviöillä ole merkittävää osuutta.In the case of the electric machine according to the invention, the losses due to the slowness of the machine are completely in control. In a conventional electrical machine, copper losses occur on both the plate package and the coil ends. In the magnetized transverse machine according to the invention, the winding ends correspond to the winding part between the stator poles, where no electric motor force is generated. Due to substantially 15 machine constants, the current density can be substantially reduced by a certain amount of copper. Since the frequency is relatively low, iron and additional losses do not play a significant role.

Esimerkin tuulivoimageneraattorin hyötysuhde on ta-20 vanomaisen sähkökoneen tapauksessa noin 80 %. Jos keksin-, ,·, nön mukaisen rengaskäämityskoneen parempi konevakio hyö dynnetään sellaisenaan hyötysuhteeseen, saadaan arvoksi ;* 96 %.The efficiency of the example wind power generator in the case of a ta-20 conventional electric machine is about 80%. If the better machine constant of the ring winding machine according to the invention is utilized as such for efficiency, the value will be; * 96%.

| Keksinnön mukaisen rengaskäämityskoneen ominaisuuk- * » · * 25 sien perusteella kannattaa osakuorman tehohäviöiden pie- : nentämiseksi pienentää myös magnetointivirtaa.| Due to the characteristics of the ring winding machine of the invention, it is also advisable to reduce the excitation current to reduce the partial load power losses.

v : Yllä keksinnön mukaista sähkökonetta ja sen avulla saavutettavia etuja on kuvattu vain joidenkin esimerkinomaisten suoritusmuotojen avulla ja on ymmärrettävää, että 30 edellä kuvattujen rakenneperiaatteiden avulla keksinnön mukainen sähkökone voidaan toteuttaa hyvinkin monenlaisin t mekaanisin ja sähköisin konstruktioin, jotka poikkeavat edellä kuvatuista. Tällaisetkin sähkökoneet ovat kuitenkin : oheisissa patenttivaatimuksissa määritellyn suojapiirin 35 sisällä, edellyttäen että niillä on näissä patenttivaati muksissa määritellyt tunnusmerkit.v: The electrical machine according to the invention and the advantages thereof have been described by way of example only in some exemplary embodiments, and it is to be understood that the above-described structural principles allow the electrical machine according to the invention to be implemented in a wide variety of mechanical and electrical constructions. However, even such electrical machines are: within the scope 35 of the appended claims, provided that they have the features defined in those claims.

Claims

112294 9

An electrical machine comprising a generally cylindrical stator (1) comprising one or more plurality of blocks (3,4) arranged in series in the axial direction of the machine, each having an annular working current winding (5) arranged in a plane perpendicular to the axial direction of the machine; a rotor (2) arranged to rotate coaxially within the stator, comprising 10 axially aligned, magnetically spaced blocks (6, 7) aligned with the stator blocks (3,4), each stator block and rotor being aligned with each other; sa (3, 4, 6, 7) have the same number of poles (9, 10) and wherein the inner circumference of the 15 annular working current winding (5) is substantially limited to the air gap between the stator (1) and the rotor (2). , perpendicular to the axial direction of the machine with each operating current winding (5) in the stator n so-20 fused annular magnetization winding (8).

The electrical machine according to claim 1, wherein: · each stator hub (9) comprises a plurality of electrical plates (11) disposed in the axial direction of the machine and formed; · A recessed recess (13) for positioning the work current winding (5) ", characterized in that the magnetization winding (8) is arranged in the same recess" (13) with the current current winding (5).

An electrical machine according to claim 1 or 2, characterized in that the magnetization winding is • magnetized (30 supplied with direct current) and that the magnetization windings (Rm, Sm, Tm) of the various stator sections are connected in series · · ·. I 112294 10