PL169538B1 - Maszyna elektryczna wirująca o dodatkowych stopniach swobody - Google Patents

Abstract

1. Maszyna elektryczna wirująca o dodatkowych stopniach swobody, znamienna tym, że jej szczelina/szczeliny (1) magnetyczne płaskie są prostopadłe do osi obrotu wirnika (2), a zawieszenie wirnika posiada maksimumdwa stopnie swobody, którymi są przesunięcia w płaszczyźnie szczeliny, ponadto w stojanie (3) i korpusie posiada powiększone przestrzenie (4) i otwory (5) stosownie do zakresu wykonywanych przez wirnik ruchów.

Description

Przedmiotem wynalazku jest maszyna elektryczna wirująca o dodatkowych stopniach swobody.

Dotychczas w technice, zwłaszcza w silnikach pojazdów trakcyjnych występują ruchy pochodzenia zewnętrznego w kierunkach prostopadłych do osi obrotu wirnika. Drgania te wpływają na pracę maszyny elektrycznej i związanych z nią elementów, powodując szereg niepożądanych skutków. Przy sztywnym połączeniu maszyny z tymi elementami drgania te przenoszą się na całą maszynę elektryczną, wywołując znaczne obciążenia dynamiczne tak maszyny, jak pozostałych elementów. Zastosowanie połączeń elastycznych zmniejsza te niedogodności, ale prowadzi do pojawiania się drgań własnych m. in. typu pulsacji obrotów i zjawisk rezonansowych. W wielu przypadkach drgania te ulegają konwersji na drgania skrętne typu pulsacji obrotów oraz na drgania w innych kierunkach, również dalszych elementów związanych z pracą maszyny elektrycznej tylko w sposób pośredni. Istnienie tej konwersji ma swoje źródło w istnieniu niezerowych momentów bezwładności mas wirujących. Wszystkie te zjawiska powodują, że w tradycyjnie wykonanych zespołach napędowych drgania przyczyniają się do obniżenia ich parametrów użytkowych i ich trwałości. Innym zagadnieniem nie posiadającym zadowalającego rozwiązania jest realizacja mimośrodowego ruchu wirnika, czyli zmiana promienia wodzącego elementu związanego z wirnikiem. Problem ten występuje na przykład przy szlifowaniu kształtów niekołowych, takich jak cylindry silnika Wankla czy krzywki.

Znany jest z opisu patentowego polskiego nr 115 484 silnik indukcyjny, stosowany jako mieszalnik materiałów sypkich i cieczy, który ma wirnik w kształcie kuli, stanowiący jednocześnie pojemnik na mieszane medium oraz stojan o wewnętrznej powierzchni w kształcie czaszy, posiadający co najmniej dwa uzwojenia wielofazowe, umieszczone w żłobkach biegnących po powierzchni kulistej, w przecinających się kierunkach, korzystnie prostopadle.

Znany jest też z polskiego opisu patentowego nr 127 \⁽9Ί elektryczny silnik kulisty charakteryzujący się tym, że wzbudnik o osi biegunowej objęty jest współśrodkowo przez obudowę o kulistych powierzchniach wewnętrznych z pozostawieniem dwóch wolnych przestrzeni w kształcie dwóch pierścieniowych czasz zwróconych do siebie podstawami wzdłuż tej osi biegunowej, przechodzącej przez środek obrotu i który to wzbudnik wraz z obudową stanowią stojan, przy czym wzbudnik wytwarza pole magnetyczne o składowych rozłożonych w przybliżeniu w płaszczyznach promieniowych względem wymienionej osi biegunowej dla wywołania ruchu obrotowego wirnika dookoła co najmniej jednej osi prostopadłej do osi biegunowej.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 142 281 elektryczny silnik sferyczny wyposażony w wirnik sferyczny oraz wzbudnik w kształcie wycinka sferycznego charakteryzujący się tym, że wzbudnik w postaci czaszy sferycznej posiada geometryczną oś biegunową usytuowaną w osi czaszy, pokrywającą się z kinematyczną osią wirnika. Elektryczny silnik sferyczny wyposażony w wirnik sferyczny oraz wzbudnik w kształcie wycinka sferycznego posiada wzbudnik w postaci czaszy w kształcie parabolicznym mającej geometryczną oś biegunową usytuowaną w osi tej czaszy, przy czym środek przecięcia się osi kinematycznej wirnika z geometryczną osią biegunową jest biegunem czaszy wzbudnika w obszarze jego oddziaływania.

Istotą maszyny elektrycznej wirującej o dodatkowych stopniach swobody jest to, że jej szczelina/szczeliny magnetyczne płaskie są prostopadłe do osi wirnika albo co najmniej dwie szczeliny magnetyczne sferyczne o różnych promieniach posiadają wspólny środek S leżący na osi obrotu wirnika, a zawieszenie wirnika posiada maksimum dwa dodatkowe stopnie swobody, przy czym dla szczelin płaskich są to przesunięcia w płaszczyźnie szczeliny, natomiast dla szczelin sferycznych są to obroty wokół środka S sfer, ponadto w stojanie i korpusie posiada powiększone przestrzenie i otwory stosowane do zakresu wykonywanych przez wirnik ruchów.

Istotą maszyny elektrycznej wirującej sferycznej jest to, że jej szczelina sferyczna posiada środek S leżący na osi obrotu wirnika, przy czym szczelinę tworzą jedna lub dwie czasze obejmujące oś obrotu, a zawieszenie wirnika posiada maksymalnie dwa dodatkowe stopnie swobody będące obrotami wokół środka S sfery, ponadto w stojanie i korpusie posiada powiększone przestrzenie i otwory stosownie do zakresu wykonywanych przez wirnik ruchów.

Zawieszenie jest częściowo lub całkowicie zastąpione siłami poprzecznymi wytworzonymi w maszynie elektrycznej. Zawieszenie wirnikajest częściowo lub całkowicie zastąpione przez

169 538 poprzeczne składowe wypadkowych sił magnetycznych wynikłe z asymetrii pola magnetycznego, wywołanej przez zmiany struktury magnetycznej brył wirnika i stojana w częściach współtworzących szczelinę magnetyczną lub poprzez niewielkie zmiany kształtu powierzchni wirnika i stojana w częściach współtworzących szczelinę magnetyczną.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że stosowanie wirnika o ruchomości poprzecznej pozwoli na mniej sztywną, a przez to lżejszą, tańszą i łatwiejszą w sprzęganiu konstrukcję klasycznej maszyny elektrycznej. Wymaga sztywności tylko w kierunku osiowym. Zapewnia łatwiejszą, gdyż pozbawioną elementów przegubowych na wale maszyny elektrycznej budowę mechanizmów o obniżonej sztywności jak na przykład śruby pociągowe w obrabiarkach i o uproszczeniach kinematycznych. Wynalazek zapewnia praktycznie całkowite wyeliminowanie stojana z mas drgających w przypadku obecności drgań zewnętrznych prostopadłych do osi wirnika, nawet przy zastosowaniu pozostałych rozwiązań w postaci dotychczas stosowanej, co daje istotną poprawę parametrów użytkowych i trwałości zespołu. Jednocześnie umożliwia skonstruowanie zawieszenia aktywnego, w którym elementem wymuszającym jest sama maszyna elektryczna, a siły wymuszające są siłami poprzecznymi wytwarzanymi w maszynie elektrycznej. Jako przeciwciężaru można tu użyć stojana ze względu na prostotę rozwiązania. Przy zastosowaniu odpowiedniego zawieszenia można uzyskać dowolny ruch osi obrotu wirnika tak względem stojana jak i bryły wirnika.

Wynalazek w przykładach wykonania został przedstawiony na rysunkach, z których fig. 1 przedstawia maszynę elektryczną wirującą o szczelinie płaskiej, fig. 2 - maszynę elektryczną wirującą o szczelinach sferycznych, fig. 3 - maszynę elektryczną wirującą o sferycznej szczelinie maszyny, fig. 4 - maszynę elektryczną wirującą tarczową o asymetrycznych kształtach szczeliny.

Maszyna elektryczna wirująca o dodatkowych stopniach swobody posiada szczeliny 1 magnetyczne płaskie, które są prostopadłe do osi obrotu wirnika 2, a zawieszenie wirnika posiada maksimum dwa dodatkowe stopnie swobody będące przesunięciami w płaszczyźnie szczeliny, ponadto w stojanie 3 i korpusie są powiększone przestrzenie 4 i otwory 5 stosownie do zakresu wykonywanych przez wirnik ruchów.

Maszyna elektryczna wirująca o dodatkowych stopniach swobody posiada co najmniej dwie szczeliny magnetyczne sferyczne o różnych promieniach, które posiadają wspólny środek S leżący na osi obrotu wirnika, a zawieszenie wirnika posiada maksimum dwa dodatkowe stopnie swobody, którymi są obroty wokół środka S sfer, ponadto w stojanie 3 i korpusie są powiększone przestrzenie 4 i otwory 5 stosownie do zakresu wykonywanych przez wirnik ruchów.

Maszyna elektryczna wirująca sferyczna o dodatkowych stopniach swobody ze szczeliną 1 sferyczną posiada środek S leżący na osi obrotu wirnika 2, przy czym szczelinę tworzą dwie czasze obejmujące oś obrotu, a zawieszenie wirnika posiada maksymalnie dwa dodatkowe stopnie swobody będące obrotami wokół środka S sfery. Ponadto w stojanie 3 i korpusie są powiększone przestrzenie 4 i otwory 5 stosownie do zakresu wykonywanych przez wirnik ruchów.

W maszynach tych zawieszenie jest częściowo lub całkowicie zastąpione siłami poprzecznymi wytworzonymi w maszynie. W szczególności zawieszenie to jest częściowo lub całkowicie zastąpione przez poprzeczne składowe wypadkowych sił magnetycznych wynikłe z asymetrii pola magnetycznego, wywołanej przez zmiany struktury magnetycznej brył wirnika i stojana w częściach współtworzących szczelinę magnetyczną lub poprzez niewielkie zmiany kształtu powierzchni wirnika i stojana w częściach współtworzących szczelinę magnetyczną.

Maszyny elektryczne według wynalazku mogą być zasadniczo dowolnych typów, na przykład indukcyjne, komutatorowe, synchroniczne i inne. W zastosowaniach, w których występują drgania w czasie pracy, korzystnie jest stosować typy bezkomutatorowe na przykład indukcyjne, natomiast w silnikach komutatorowych korzystne jest użycie komutatora niemechanicznego.

169 538

Fig.2.

Fig. 3.

169 538

Fig. 4.

Fig. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Maszyna elektryczna wirująca o dodatkowych stopniach swobody, znamienna tym, że jej szczelina/szczeliny (1) magnetyczne płaskie są prostopadłe do osi obrotu wirnika (2), a zawieszenie wirnika posiada maksimum dwa stopnie swobody, którymi są przesunięcia w płaszczyźnie szczeliny, ponadto w stojanie (3) i korpusie posiada powiększone przestrzenie (4) i otwory (5) stosownie do zakresu wykonywanych przez wirnik ruchów.
2. 2. Maszyna elektryczna wirująca o dodatkowych stopniach swobody według zastrz. 1, znamienna tym, że zawieszenie wirnika jest częściowo lub całkowicie zrealizowane za pomocą sił poprzecznych wytworzonych w maszynie elektrycznej.
3. 3. Maszyna elektryczna wirująca o dodatkowych stopniach swobody według zastrz. 1, znamienna tym, że zawieszenie wirnika jest częściowo lub całkowicie zrealizowane za pomocą poprzecznych składowych sił magnetycznych wynikłych z asymterii pola magnetycznego, wywołanej przez zmiany struktury magnetycznej brył wirnika i stojana w częściach współtworzących szczelinę magnetyczną lub poprzez niewielkie zmiany kształtu powierzchni wirnika i stojana w częściach współtworzących szczelinę magnetyczną.
4. 4. Maszyna elektryczna wirująca o dodatkowych stopniach swobody, znamienna tym, że jej co najmniej dwie szczeliny (1) magnetyczne sferyczne o różnych promieniach posiadają wspólny środek (S) leżący na osi obrotu wirnika (2), a zawieszenie wirnika posiada maksimum dwa stopnie swobody, którymi są obroty wokół środka (S) sfer, ponadto w stojanie (3) i korpusie posiada powiększone przestrzenie (4) i otwory (5) stosownie do zakresu wykonywanych przez wirnik ruchów.
5. 5. Maszyna elektryczna wirująca o dodatkowych stopniach swobody według zastrz. 4, znamienna tym, że zawieszenie wirnikajest częściowo lub całkowicie zrealizowane za pomocą sił poprzecznych wytworzonych w maszynie elektrycznej.
6. 6. Maszyna elektryczna wirująca o dodatkowych stopniach swobody według zastrz. 4, znamienna tym, że zawieszenie wirnika jest częściowo lub całkowicie zrealizowane za pomocą poprzecznych składowych sił magnetycznych wynikłych z asymetrii pola magnetycznego, wywołanej przez zmiany struktury magnetycznej brył wirnika i stojana w częściach współtworzących szczelinę magnetyczną lub poprzez niewielkie zmiany kształtu powierzchni wirnika i stojana w częściach współtworzących szczelinę magnetyczną.
7. 7. Maszyna elektryczna wirująca o dodatkowych stopniach swobody, znamienna tym, że jej szczelina magnetyczna (1) sferyczna posiada środek (S) leżący na osi obrotu wirnika (2), przy czym szczelinę magnetyczną tworzą jedna lub dwie czasze obejmujące oś obrotu, a zawieszenie wirnika posiada maksymalnie dwa dodatkowe stopnie swobody będące obrotami wokół środka (S) sfery, ponadto w stojanie (3) i korpusie posiada powiększone przestrzenie (4) i otwory (5) stosownie do zakresu wykonywanych przez wirnik ruchów.
8. 8. Maszyna elektryczna wirująca o dodatkowych stopniach swobody według zastrz. 7, znamienna tym, że zawieszenie wirnika jest częściowo lub całkowicie zrealizowane za pomocą sił poprzecznych wytworzonych w maszynie elektrycznej.
9. 9. Maszyna elektryczna wirująca o dodatkowych stopniach swobody według zastrz. 7, znamienna tym, że zawieszenie wirnika jest częściowo lub całkowicie zrealizowane za pomocą poprzecznych składowych sił magnetycznych wynikłych z asymetrii pola magnetycznego, wywołanej przez zmiany struktury magnetycznej brył wirnika i stojana w częściach współtworzących szczelinę magnetyczną lub poprzez niewielkie zmiany kształtu powierzchni wirnika i stojana w częściach współtworzących szczelinę magnetyczną.

   169 538