LV14376B - Synchronous machine with permanent magnets - Google Patents

Synchronous machine with permanent magnets Download PDF

Info

Publication number
LV14376B
LV14376B LVP-11-59A LV110059A LV14376B LV 14376 B LV14376 B LV 14376B LV 110059 A LV110059 A LV 110059A LV 14376 B LV14376 B LV 14376B
Authority
LV
Latvia
Prior art keywords
stator
rotor
teeth
angular width
permanent magnets
Prior art date
Application number
LVP-11-59A
Other languages
Latvian (lv)
Other versions
LV14376A (en
Inventor
Nikolajs Levins
Edmunds KAMOLIŅŠ
Vladislavs PUGAČEVS
Original Assignee
Rīgas Tehniskā Universitāte
Fizikālās Enerģētikas Institūts
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rīgas Tehniskā Universitāte, Fizikālās Enerģētikas Institūts filed Critical Rīgas Tehniskā Universitāte
Priority to LVP-11-59A priority Critical patent/LV14376B/en
Publication of LV14376A publication Critical patent/LV14376A/en
Publication of LV14376B publication Critical patent/LV14376B/en

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K31/00—Medicinal preparations containing organic active ingredients
    • A61K31/33—Heterocyclic compounds
    • A61K31/335—Heterocyclic compounds having oxygen as the only ring hetero atom, e.g. fungichromin
    • A61K31/365—Lactones
    • A61K31/366—Lactones having six-membered rings, e.g. delta-lactones
    • A61K31/37—Coumarins, e.g. psoralen
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K31/00—Medicinal preparations containing organic active ingredients
    • A61K31/185—Acids; Anhydrides, halides or salts thereof, e.g. sulfur acids, imidic, hydrazonic or hydroximic acids
    • A61K31/205—Amine addition salts of organic acids; Inner quaternary ammonium salts, e.g. betaine, carnitine

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

The offered synchronous machine with permanent magnets consists of the stator 1 with teeth 2 covered by the anchor winding coils 3. On rotor 4, in slots between teeth 5 with non-magnetic wedges 6 radially magnetized permanent magnets 7 are mounted. The rotor 4 is mounted on the shaft 8. The stator's 1 teeth 2 angular width, amount of teeth 2 and the amount of proximal poles 5 and 7 are selected so as to ensure the highest magnetic flux linkage to the anchor windings. To achieve this, it is necessary to provide the number of the stator's teeth equal to ..., the stator's teeth angular width equal to ..., the rotor's teeth and the magnet's angular width on the rotor outer rim equal to ..... Here, m is number of phases, k is a positive integer greater than zero; ... is the angular width of the pole section. To reduce the load starting torque, it is proposed that the stator's teeth in electrical machine are made with a slope, which corresponds to the opening width ... of the stator slots, simultaneuosly about the same size increasing the stator's teeth angular width relative to the angular width of the magnets on the rotor's outer rim. To increase the efficiency of machine it is proposed to improve the cooling of the magnets, letting the ends of the magnet wedges out of the rotor and forming said wedges from a material with high thermal conductivity as fan blades.

Description

Izgudrojuma aprakstsDescription of the Invention

Izgudrojums attiecas uz elektromehānikas nozari, precīzāk daudzpolu sinhronajām elektriskajām mašīnām ar ierosmi no pastāvīgajiem magnētiem, tas var būt pielietots, piemēram, transporta energoapgādes sistēmās vai vēja enerģētikā.The invention relates to the electromechanical industry, more particularly to multi-pole synchronous electrical machines excited by permanent magnets, for example in transport power systems or wind energy.

Ir zināmas sinhronās mašīnas ar ierosmi no pastāvīgajiem magnētiem, kuri izvietoti uz rotora. Magnētiem ir dažādas polaritātes izvietojums, to skaits ir vienāds ar divkāršu polu pāru skaitu, stiprināšana ir sarežģīta un nav pietiekoši droša. Tādējādi šādas mašīnas efektivitāte ir zema un magnētu dzesēšana ir nepietiekoša [1],There are known synchronous excitation machines from permanent magnets mounted on a rotor. Magnets have different polar positions, double the number of poles, mounting is complicated and not secure enough. As a result, the efficiency of such a machine is low and magnet cooling is inadequate [1],

Vistuvāk piedāvātajam tehniskajam risinājumam atbilst sinhronā mašīna ar ierosmi no pastāvīgajiem magnētiem [2]. Tā sastāv no statora, kura zobi aptverti ar enkura tinumu spolēm, un rotora, kura rievās ar nemagnētisku ķīļu palīdzību iestiprināti pastāvīgie magnēti. Tomēr magnētu skaits, to attiecība pret statora zobu skaitu, kā arī zobu un magnētu platums nenodrošina augstu īpatnējo jaudu un pašu magnētu efektīvu izmantošanu.The technical solution closest to this is the synchronous machine excited by permanent magnets [2]. It consists of a stator, the teeth of which are covered by anchor winding coils, and a rotor, which is fitted with permanent magnets in the grooves by means of non-magnetic wedges. However, the number of magnets, their ratio to the number of stator teeth, and the width of the teeth and magnets do not ensure high specific power and efficient use of the magnets themselves.

Piedāvātā izgudrojuma mērķis ir paaugstināt iekārtas efektivitāti.The object of the present invention is to increase the efficiency of the apparatus.

Mērķis tiek sasniegts tādējādi, ka sinhronajās mašīnās ar ierosmi no pastāvīgajiem magnētiem, kura sastāv no statora, kur tā zobi ir aptverti ar enkura tinuma spolēm, un rotora, kura rievās ar nemagnētisku ķīļu palīdzību nostiprināti pastāvīgie magnēti, atbilstoši izgudrojumam, statora zobu leņķiskais platums un to skaits, kā arī tuvu tam noteiktais polu skaits uz palielinājuma pusi ir izvēlēti ņemot vērā vienādojumus, atbilstoši kuriem Z's,b'īr, b',sl atrodas noteiktās robežās:The object is achieved in that in synchronous machines excited by permanent magnets consisting of a stator where its teeth are covered by an anchor winding spools and a rotor having non-magnetic wedges fixed by permanent magnets according to the invention, the stator tooth angle their number, as well as the number of poles close to it at the magnification side, are chosen taking into account the equations that Z ' s , b' rent , b ', sl lie within a given range:

Zs - 2bn-, b'r -b'„, - (0,85±0,1)r; b’„ = b'„+b'„·, b't=b'„, kur m - enkura tinumu fāžu skaits;Z s - 2bn-, b ' r -b'', - (0.85 ± 0.1) r; b '' = b '' + b '' ·, b ' t = b''where m is the number of anchor winding phases;

bzr- rotora zoba leņķiskais platums uz rotora ārējās aploces; bm - magnēta leņķiskais platums uz rotora ārējās aploces; τ - polu iedaļas leņķiskais platums;b zr - angular width of rotor tooth on outer periphery of rotor; b m - angular width of magnet on outer circumference of rotor; τ - angular width of the pole section;

st - statora zoba leņķiskais platums pēc statora iekšējā diametra; bre - statora rievas atvēruma leņķiskais platums pēc statora iekšējā diametra; bk - ķīļa leņķiskais platums starp rotora zobu un magnētu uz rotora ārējās aploces; st - angular width of stator tooth in stator inner diameter; b re - stator slot opening angular width of the stator inner diameter; b k - the angular width of the wedge between the rotor tooth and the magnet on the outer circumference of the rotor;

k - vesels pozitīvs skaitlis, kurš lielāks par nulli.k is a positive integer greater than zero.

Papildus ceļš, kā paaugstināt efektivitāti, ir statora zoba palielināšana attiecībā pret magnēta platumu par statora rievas atvēruma platumu un izveidojot statora zobus slīpus par tādu pašu platumu.An additional way to increase efficiency is to enlarge the stator tooth relative to the width of the magnet by the width of the stator groove opening and make the stator teeth inclined by the same width.

Tālāk efektivitāti iespējams paaugstināt uzlabojot magnētu dzesēšanu, izveidojot magnētu stiprinošos ķīļus no materiāla ar augstu siltumvadītspēju, piemēram, duralumīnija, kuri pagarināti tā, lai to gali izvirzītos ārpus rotora un pildītu ventilatora lāpstiņu funkciju. Augsts tehnoloģiskums tiek sasniegts, ja rotoru aptver statora zobi, kuru rievās ievietotas enkura tinumu spoles ik pēc viena zoba.Further efficiency can be enhanced by improving the cooling of the magnets by creating magnetically reinforcing wedges of a material with high thermal conductivity, such as duralumin, extended so that their ends extend beyond the rotor and serve as a fan blade. High technology is achieved when the rotor is surrounded by stator teeth with grooves in the anchor winding reels at each tooth.

Izgudrojums ir paskaidrots ar skicēm, kuras redzamas attēlos 1 un 2.The invention is explained by the sketches shown in Figures 1 and 2.

Attēlā 1 parādīts statora un rotora fragments gadījumam, kad stators aptver rotoru (apgrieztais variants, kad rotors aptver statoru attēlā nav parādīts), bet attēlā 2 dota statora zoba slīpuma skaidrojošā aina elektriskajai mašīnai darbojoties.Figure 1 shows a stator and rotor fragment in the case where the stator covers the rotor (the inverted version where the rotor covers the stator is not shown), while figure 2 gives an explanatory picture of the stator tooth inclination when the electric machine is running.

Mašīna sastāv no statora 1, kura zobi 2 aptverti ar enkura tinumu spolēm 3. Uz rotora 4 rievās starp zobiem 5 ar nemagnētisku ķīlu 6 palīdzību piestiprināti radiāli magnetizēti pastāvīgie magnēti 7. Rotors 4 nostiprināts uz vārpstas 8(1. att.).The machine consists of a stator 1 whose teeth 2 are covered by anchor winding spools 3. Radially magnetized permanent magnets 7 are mounted in the grooves 4 between the teeth 5 by means of non-magnetic wedges 6. The rotor 4 is mounted on the shaft 8 (Fig. 1).

Statora zobu leņķiskais platums b'z sl (2. att.), kā ari statora zobu 2 skaits un polu skaits 5, 7 tiek izvēlēts ar palielinājumu, lai atbilstu nosacījumiem, pie kuriem statoru zobu skaits ir divreiz lielāks par fāžu skaitu, t.i.The angular width b ' z sl of the stator teeth (Fig. 2), as well as the number of stator teeth 2 and the number of poles 5, 7, are selected in increments to meet the conditions under which the number of stator teeth is twice the number of phases,

Zs = 2km, kā ari tad, ja bre - b\; bf, = b'm + b'rc un b',r = b'm = (θ,85 ± 0,l) τ, kur m - enkura tinumu fāžu skaits;Z s = 2km as well as b re - b \; bf, = b ' m + b' rc and b ', r = b' m = (θ, 85 ± 0, l) τ, where m is the number of anchor winding phases;

bm - magnēta leņķiskais platums uz rotora ārējās aploces (2. att.);b m - angular width of the magnet on the outer circumference of the rotor (Fig. 2);

bre - statora rievas atvēruma leņķiskais platums pēc statora iekšējā diametra (2. att.);b re - stator slot opening angular width of the stator inner diameter (Fig. 2.)

ķīļa leņķiskais platums starp rotora zobu 5 un magnētu 7 uz rotora ārējās aploces.the angular width of the wedge between the rotor tooth 5 and the magnet 7 on the outer circumference of the rotor.

Lai samazinātu uzsākšanas slodzes momentu un, sekojoši, paaugstinātu efektivitāti, statora 1 zobi 2 izveidoti ar platumu, kurš ir lielāks nekā magnēta 7 platums par statora rievas atvēruma platumu bre un tie ir izveidoti ar nolieci attiecībā pret rotora zobiem 5 par statora rievas atvēruma platumu bre.To reduce the start-up load torque and, consequently, increase the efficiency of the stator 1 teeth 2 formed with a width which is greater than the magnet 7 width of the stator slot opening width b region and they are created with the tilt of the rotor teeth 5 on the stator slot opening width b re .

Lai labāk dzesētu magnētus, ārpus rotora 4 rievām izvirzītie ķīļi 6 ir izgatavoti no materiāla ar augstu siltumvadītspēju, piemēram, duralumīnija un pilda ventilatora lāpstiņu funkciju (attēlos 1 un 2 šie elementi nav parādīti).For better cooling of the magnets, the wedges 6 protruding from the grooves outside the rotor 4 are made of a material with high thermal conductivity, such as duralumin, and performs the function of a fan blade (these elements are not shown in Figures 1 and 2).

Ģenerators darbojas sekojoši. Vienāda virziena radiāli magnetizēti pastāvīgie magnēti 7 izveido vienas polaritātes polus, bet blakus esošie rotora zobi 5 - polus ar pretēju polaritāti.The generator operates as follows. Radially magnetized permanent magnets in the same direction 7 form poles of the same polarity, while adjacent rotor teeth 5 form poles of opposite polarity.

Tā kā pastāvīgo magnētu 7 un rotora zobu 5 leņķiskais platums ir vienāds, tad tādā veidā izveidotie dažādas polaritātes poli ir magnētiski vienādas nozīmes. Statora zobu un polu skaita izvēle ir tuva viena otrai, un augstāk norādīto nosacījumu izpilde nodrošina polu magnētiskās plūsmas maksimālās vērtības. Tās rotoram rotējot enkura tinumos inducē maksimālo EDS un, sekojoši, rada iespēju no ģeneratora iegūt vislielāko jaudu, it īpaši, ja tiek izmantoti pastāvīgie magnēti ar augstām īpatnējām enerģijas vērtībām, piemēram, Nd-Fe-B.Since the permanent magnets 7 and the rotor teeth 5 have the same angular width, the poles of different polarities thus created have the same magnetic value. The selection of the number of stator teeth and poles is close to each other and the above conditions provide maximum values for the magnetic flux of the poles. Rotating its rotor induces maximum EDS in the anchor windings and consequently enables the generator to obtain maximum power, especially when using permanent magnets with high specific energy values such as Nd-Fe-B.

Statora zobu noliece, ķīļi no materiāla ar augstu siltumvadītspēju un to izvirzīšana ārpus rotora rievām, kas nodrošina ventilatora lāpstiņu funkciju, nodrošina mazu uzsākšanas slodzes momentu, labu magnētu dzesēšanu un, sekojoši, augstu ģeneratora efektivitāti, bet no šejienes arī būtisku īpatnējās jaudas palielinājumu.The tilting of the stator teeth, the wedges of the material with high thermal conductivity and their projection outside the rotor grooves, which provide the function of the fan blades, provide low starting load momentum, good magnet cooling and consequently high generator efficiency but also a significant increase in specific power from here.

Attēlā 2 parādītais statoru zobu un magnētu savstarpējais novietojums un to izmēri nodrošina uzrādīto elementu nemainīgu savstarpējās pārsedzes laukumu, t.i. - AS un + AS.The mutual arrangement of the stator teeth and magnets shown in Figure 2 and their dimensions provide a constant crossover area of the indicated elements, i. - AS and + AS.

Minētās atšķirības cm to nozīme pozitīva efekta nodrošināšanā ļauj uzskatīt tās par būtiskām, no šejienes izriet, ka piedāvātais tehniskais risinājums ir patentspējīgs.Their importance in ensuring a positive effect makes these differences cm important, hence it follows that the proposed technical solution is patentable.

Informācijas avoti:Sources of information:

1. J. Dirba, J. Daškova-Galovkina, K. Ketners, N. Levins, V. Pugačevs. Sinhronās mašīnas rotors ar pastāvīgajiem magnētiem. LR Patents LV13924, 20.08.2009.1. J. Works, J. Dashkova-Galovkina, K. Ketners, N. Levins, V. Pugachev. Synchronous machine rotor with permanent magnets. LR Patents LV13924, 20.08.2009.

2. K. Ketners, J. Dirba, N. Levins, S. Orlova, V. Pugačevs. Aksiālas ierosmes induktonnašīna. LR Patents LV13971, 20.11.2009 (prototips)2. K. Ketners, J. Works, N. Levins, S. Orlova, V. Pugachev. Axial excitation inductonlinein. LR Patents LV13971, November 20, 2009 (Prototype)

Claims (5)

1. Sinhronā mašīna ar pastāvīgajiem magnētiem, kura sastāv no statora, kura zobus aptver enkurtinumu spoles, un rotora, kura rievās ar nemagnētiskiem ķīļiem ir nostiprināti radiāli uzmagnetizēti pastāvīgie magnēti, kas atšķiras ar to, ka, ar mērķi paaugstināt mašīnas efektivitāti, statora leņķiskais platums, statora zobu skaits, kā arī izveidotais polu skaits ir izvēlēti, ņemot vērā vienādojumus, atbilstoši kuriem Zs. bZT, bzst, atrodas robežās:1. Synchronous machine with permanent magnets, consisting of a stator with teeth encased in anchor coils and a rotor having non-magnetic wedges fixed with radially magnetized permanent magnets, characterized in that, in order to increase the efficiency of the machine, the stator width , the number of stator teeth, as well as the number of poles created, are selected based on the equations for which Z s . b ZT , b zst , lies within: Zs = 2km-, bzr=bm = (0,85 ± 0,1)t; b'zst = bmF brg-, bk = b're, kur m - enkurtinumu fāžu skaits;Z s = 2km-, b zr = b m = (0.85 ± 0.1) t; b ' zst = b m F b rg -, b k = b' re , where m is the number of anchorage phases; bzr- rotora zobu leņķiskais platums uz rotora ārējās aploces; bm _ magnēta leņķiskais platums uz rotora ārējās aploces; τ - polu iedaļu leņķiskais platums;b zr - angular width of the rotor teeth on the outer circumference of the rotor; b m _ angular width of magnet on outer circumference of rotor; τ - angular width of pole sections; bzst - statora zobu leņķiskais platums pēc statora iekšējā diametra;b zst - angular width of stator teeth by stator inner diameter; brg - statora rievu atvēruma leņķiskais platums pēc statora iekšējā diametra;b rg - angular width of stator slot opening according to stator inner diameter; bk - ķīļa leņķiskais platums starp rotora zobu un magnētu uz rotora ārējās aploces;b k - the angular width of the wedge between the rotor tooth and the magnet on the outer circumference of the rotor; k - vesels pozitīvs skaitlis, kurš lielāks par nulli.k is a positive integer greater than zero. 2. Sinhronā mašīna ar pastāvīgajiem magnētiem atbilstoši 1. pretenzijai, kas atšķiras ar to, ka statora zobi ir izteikti ar leņķiskajiem izmēriem, atbilstošiem statora iekšējam diametram, un ir izveidoti lielāki nekā magnēta leņķiskie izmēri par statora rievas atvēruma lielumu, pie kam tie ir izvietoti slīpi atbilstoši atvēruma platumam.Synchronous machine with permanent magnets according to claim 1, characterized in that the stator teeth have angular dimensions corresponding to the inside diameter of the stator and are formed larger than the magnet with respect to the size of the opening of the stator slot at which they are arranged. inclined according to the opening width. 3. Sinhronā mašīna ar pastāvīgajiem magnētiem atbilstoši 1. vai 2. pretenzijai, kas atšķiras ar to, ka nemagnētiskie ķīļi ir izveidoti no materiāla ar paaugstinātu siltumvadītspēju, piemēram, no dūralumīnija, bet to gali, kuri ir izvirzīti ārpus rotora, pilda ventilatora lāpstiņu funkciju.Synchronous machine with permanent magnets according to claim 1 or 2, characterized in that the non-magnetic wedges are made of a material with high thermal conductivity, such as duralumin, but the ends of which protrude outside the rotor serve the function of a fan blade. . 4. Sinhronā mašīna ar pastāvīgajiem magnētiem atbilstoši jebkurai no 1. līdz 3. pretenzijai, kas atšķiras ar to, ka, ar mērķi paaugstināt tās izgatavošanas tehnoloģiskumu, statora tinumu spoles ir izvietotas uz katra otrā zoba.Synchronous machine with permanent magnets according to any one of claims 1 to 3, characterized in that, in order to increase the technology of its manufacture, the stator winding coils are arranged on every second tooth. 5. Sinhronā mašīna ar pastāvīgajiem magnētiem atbilstoši jebkurai no 1. līdz 4. pretenzijai, kas atšķiras ar to, ka elektriskā mašīna ir izveidota tā, ka rotors aptver statoru.Synchronous machine with permanent magnets according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the electric machine is designed such that the rotor covers the stator.
LVP-11-59A 2011-04-28 2011-04-28 Synchronous machine with permanent magnets LV14376B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LVP-11-59A LV14376B (en) 2011-04-28 2011-04-28 Synchronous machine with permanent magnets

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LVP-11-59A LV14376B (en) 2011-04-28 2011-04-28 Synchronous machine with permanent magnets

Publications (2)

Publication Number Publication Date
LV14376A LV14376A (en) 2011-06-20
LV14376B true LV14376B (en) 2011-10-20

Family

ID=46317473

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
LVP-11-59A LV14376B (en) 2011-04-28 2011-04-28 Synchronous machine with permanent magnets

Country Status (1)

Country Link
LV (1) LV14376B (en)

Also Published As

Publication number Publication date
LV14376A (en) 2011-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI451667B (en) Permanent magnet generator and wind power generator using the same
EP2869433B1 (en) Axial flux permanent magnet electrical machine with magnetic flux concentration
DK2190103T3 (en) COREL FREE SHUTTER WITH SHIFT
Salminen et al. Performance analysis of fractional slot wound PM-motors for low speed applications
US9780608B2 (en) High efficiency permanent magnet machine
US7982352B2 (en) Electrical motor/generator having a number of stator pole cores being larger than a number of rotor pole shoes
US9236784B2 (en) Flux-switching electric machine
KR101255960B1 (en) Mechanically commutated switched reluctance motor
JPWO2003055045A1 (en) Permanent magnet type rotary electric machine and permanent magnet type synchronous generator for wind power generation
JP2009247046A (en) Rotary electric machine
AU2008209912A1 (en) Ring motor
US20030141779A1 (en) High frequency electric motor or generator including magnetic cores formed from thin film soft magnetic material
US8222787B2 (en) Electric machine
EP1744437A2 (en) Self magnetizing motor and stator thereof
Zhao et al. Design and analysis of a novel dual stator axial flux spoke-type ferrite permanent magnet machine
KR101230054B1 (en) Slotted axial field permanent magnet synchronous generator for small wind turbine generator
CN104767336A (en) Single-phase separately-excited magneto-resistive power generator
Kouhshahi et al. An axial flux-focusing magnetically geared motor
EP4068573A1 (en) A cogging electric machine and a method of operating the cogging electric machine
EP2806546A1 (en) Partitioned stator permanent magnet machine
RU2152118C1 (en) Slow-speed overhung multipole synchronous generator
JP3350971B2 (en) PM type vernier motor
WO2012121685A2 (en) Low-speed multipole synchronous generator
LV14376B (en) Synchronous machine with permanent magnets
Sharma et al. A Novel Ring Permanent Magnet Flux Reversal Machine for a Direct-Drive Wind Generator