PL172471B1 - Maszyna synchroniczna o m agnesach trwalych PL - Google Patents

Abstract

1. Maszyna synchroniczna o magnesach trwa- l ych, wyposazona w stojan zawierajacy dwa oddzielne cylindryczne rdzenie ferromagnetyczne z uzwojeniem twornika, miedzy którymi znajduje sie umieszczona na wirniku, wielobiegunowa pierscieniowa magnesnica o magnesach trwalych, przy czym rdzenie stojana maja na jednej ze swych cylindrycznych powierzchni, zwróconej ku powierzchni czynnej magnesnicy, jed- nakowe zeby i zlobki zgrupowane w symetrycznie rozlozonych na obwodzie sektorach fazowych, zna- mienna tym, ze promieniowe osie symetrii sasiaduja- cych ze soba zebów (4), nalezacych do tego samego sektora fazowego, sa przesuniete wzgledem siebie o kat równy podwójnej wartosci podzialki biegunowej magnesnicy (1) wyrazone] w mierze Katowej, a plo- mieniowe plaszczyzny symetrii odpowiadajacych sobie zebów (4), znajdujacych sie w lezacych po przeciwnych stronach magnesnicy (1) sektorach rdzeni (2) i (3) sa przesuniete wzgledem siebie wzdluz obwodu maszyny o kat równy podzialce biegunowej magnesnicy (1) wyrazonej w mierze katowej, przy czym w miedzysektorowych zlobkach (6) znajduja- cych sie miedzy skrajnymi zebami (4), nalezacymi do sasiadujacych ze soba na obwodzie sektorów fazo- wych, sa umieszczone boki cewek uzwojenia twornika fig. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest maszyna synchroniczna o magnesach trwałych, przeznaczona do pracy w bezprzekładniowych układach napędowych, jako wysokomomentowy silnik wolnobieżny lub jako prądnica w małych elektrowniach wiatrowych i wodnych.

Z publikacji: Zieliński P., Schoepp K., Three-ph. low-speed permanent magnet synchronous machines, Proc. ICEM 92, Vol. 3 pp. 1034-1038, oraz opisów polskich patentów nr 160 516 i nr 160 734, znane są trójfazowe wolnoobrotowe maszyny synchroniczne o rozdzielonych sektorach fazowych, wzbudzane magnesami trwałymi. Maszyny te posiadają wirnik zawierający wielobiegunową cylindryczną magneśnicę o jednej czynnej powierzchni. Magneśnica ma kształt pierścienia złożonego z wycinków, które stanowią ułożone na przemian magnesy trwałe i ferromagnetyczne nabiegunniki. Magnesy są namagnesowane w kierunku stycznym do obwodu pierścienia, przy czym każde dwa sąsiadujące ze sobą magnesy

172 471 mają przeciwne kierunki namagnesowania. Wirnik wiruje wewnątrz cylindrycznego rdzenia stojana, na którego powierzchni wewnętrznej znajdują się na przemian zęby i żłobki, mieszczące boki cewek wielofazowego uzwojenia twornika. Cewki należące do danej fazy skupione są na obwodzie rdzenia stojana w oddzielnych sektorach. Złobki w danym sektorze fazowym mają poskok równy podziałce biegunowej magneśnicy. Dwa boki czynne każdej cewki w danym sektorze fazowym leżą w sąsiadujących ze sobą żłobkach. Na granicy między sektorami fazowymi znajduje się szeroki ząb lub szeroki żłobek, w zależności od liczby biegunów magneśnicy. liczby faz i liczby zastosowanych sektorów. Odległość między osiami dwóch sąsiednich żłobków, należących do różnych sektorów fazowych i znajdujących się po obydwu stronach szerokiego zęba wynosi 5/3 podziałki biegunowej magneśnicy. Taką samą wartość ma odległość między osiami dwóch sąsiednich zębów, znajdujących się po obydwu stronach szerokiego żłobka, leżącego na granicy między sektorami.

Wynalazek dotyczy maszyny synchronicznej o magnesach trwałych o budowie cylindrycznej, wyposażonej w cylindryczną magneśnicę i w stojan, zawierający dwa oddzielne, uzwojone ferromagnetyczne rdzenie. Jeden rdzeń stojana obejmuje magneśnicę z zewnątrz a drugi

'.dra magneśnicy. Czynnymi powicrzchninin! i imgriesuicy są

Γγηπι/ΐιίχα ο,α ii/oumctr· χνχΖχνίι z>iiujviUjoię łwmitjWj cylii jej obydwie powierzchnie cylindryczne a powierzchniami czynnymi rdzeni stojana są te powierzchnie cylindryczne, którymi są one zwrócone do magneśnicy. Na czynnych powierzchniach rdzeni stojana znajdują się zęby i żłobki, zgrupowane w symetrycznie rozłożonych na obwodzie sektorach fazowych.

Istota maszyny według wynalazku polega na tym, że promieniowe osie symetrii sektorowych zębów, sąsiadujących ze sobą i należących do tego samego sektora fazowego, są przesunięte względem siebie o kąt równy podwójnej wartości podziałki biegunowej magneśnicy wyrażonej w mierze kątowej. Rdzenie stojana są obrócone względem siebie tak, że promieniowe płaszczyzny symetrii odpowiadających sobie zębów, w leżących po przeciwnych stronach magneśnicy sektorach fazowych, tworzą kąt równy jednej podziałce biegunowej magneśnicy, wyrażonej w mierze kątowej. W żłobkach znajdujących się między skrajnymi zębami sąsiadujących ze sobą sektorów fazowych są umieszczone boki cewek uzwojenia twornika. Uzwojenie twornika może być wykonane w dwóch wariantach, różniących się typem cewek z których dane uzwojenie jest złożone. W wariancie pierwszym uzwojenie składa się z cewek łukowych, z których każda obejmuje wszystkie zęby i żłobki jednego sektora. Jej boki czynne leżą w żłobkach znajdujących się na granicy sektorów a połączenia czołowe są ułożone wzdłuż obwodu rdzenia stojana. W wariancie drugim uzwojenie składa się z cewek nawiniętych toroidalnie na rdzeniu i obejmujących jego cały przekrój poprzeczny. Uzwojenie twornika może być umieszczone na obydwu rdzeniach stojana lub tylko na jednym z nich. Jeżeli rdzeń stojana me jest uzwojony, to w strefach między sektorami fazowymi, znajdują się międzysektorowe zęby, których promieniowe płaszczyzny symetrii pokrywają się z promieniowymi płaszczyznami symetrii odpowiadających im międzysektorowych żłobków, znajdujących się w uzwojonym rdzeniu.

Zaletą maszyny według wynalazku jest możliwość uzyskania konstrukcji maszyny o dużej liczbie biegunów i dwóch powierzchniach czynnych magneśnicy, przy stosunkowo małej średnicy zewnętrznej i małej liczbie cewek uzwojenia twornika, co decyduje o jej przydatności do pracy przy małych prędkościach obrotowych. Zastosowanie wspólnej cewki dla wszystkich biegunów, znajdujących się w jednym sektorze fazowym, pozwala obniżyć straty mocy w uzwojeniach i zwiększyć sprawność maszyny

Maszyna według wynalazku przedstawiona jest w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny maszyny o obydwu rdzeniach uzwojonych, z uzwojeniem składającym się z cewek łukowych, fig. 2 przedstawia przekrój poprzeczny maszyny z uzwojeniem o cewkach łukowych i uzwojonym rdzeniu zewnętrznym, a fig. 3 przedstawia przekrój poprzeczny maszyny o uzwojonym rdzeniu zewnętrznym, z uzwojeniem o cewkach toroidalnych.

Przykład I. Wolnoobrotowa maszyna synchroniczna o magnesach trwałych według wynalazku, którą przedstawia fig. 1, jest maszyną 3-fazową, 20-biegunową o konstrukcji cylindrycznej. Zewnętrzny rdzeń 2 jak i wewnętrzny rdzeń 3 stojana maszyny składają się z

172 471 trzech symetrycznych sektorów fazowych. Każdy sektor fazowy zawiera trzy sektorowe zęby 4 oraz dwa sektorowe żłobki 5 o podziałce równej podwójnej podziałce biegunowej magneśnicy 1. Na granicach między sektorami znajdują się międzysektorowe żłobki 6, w których są ułożone boki czynne dwóch łukowych cewek 7, należących do dwóch sąsiadujących sektorów fazowych. Każda cewka 7 ma kształt obwodu wycinka powierzchni walcowej i obejmuje wszystkie zęby 4 i żłobki 5. znajdujące się w danym sektorze fazowym. Zewnętrzny rdzeń 2 i wewnętrzny rdzeń 3 są obrócone względem siebie tak, że promieniowe płaszczyzny symetrii, odpowiadających sobie sektorowych zębów 4, leżących po przeciwnych stronach magneśnicy, tworzą kąt równy podziałce biegunowej magneśnicy l, wyrażonej w mierze kątowej.

Przykład II. Maszyna według wynalazku, której główne części przedstawia fig. 2, składa się z wirnika z pierścieniową magneśmcą 1 i stojana złożonego z dwóch rdzeni; zewnętrznego uzwojonego rdzenia 2, takiego jak w przykładzie I, i wewnętrznego rdzenia 3 nie zawierającego cewek uzwojenia twormka. W każdym sektorze nieuzwojonego rdzenia 3 znajdują się po dwa sektorowe zęby 4 i trzy sektorowe żłobki 5 o podziałce równej podwójnej podziałce biegunowej magneśnicy 1. Na granicach między sektorami znajdują się międzysektorowe zęby 8 Rdzenie 2 i 3 są tak uł iirr\7f\np łiz-zrrle zględem siebie, że promieniowe osie symctui żłobków 5 jednego rdzenia pokrywają się z promieniowymi osiami symetrii zębów 4 drugiego rdzenia a promieniowe osie symetrii międzysektorowych żłobków 6 uzwojonego rdzenia 2 pokrywają się z promieniowymi osiami symetrii międzysektorowych zębów 8 wewnętrznego rdzenia 3.

Przykład III. Maszyna według wynalazku, której przekrój poprzeczny przedstawia fig. 3 różni się od maszyny przedstawionej w przykładzie Ii jedynie typem zastosowanych cewek uzwojenia stojana. W maszynie tej zastosowano toroidalne cewki 9, obejmujące cały przekrój poprzeczny rdzenia.

172 471

172 471

fig.2

172 471

6ΖΛ λ

fig. 3

172 471

4

fig. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims (7)

Zastrzeżenia patentowe

1. Maszyna synchroniczna o magnesach trwałych, wyposażona w stojan zawierający dwa oddzielne cylindryczne rdzenie ferromagnetyczne z uzwojeniem twornika, między którymi znajduje się umieszczona na wirniku, wielobiegunowa pierścieniowa magneśnica o magnesach trwałych, przy czym rdzenie stojana mają na jednej ze swych cylindrycznych powierzchni, zwróconej ku powierzchni czynnej magneśnicy, jednakowe zęby i żłobki zgrupowane w symetrycznie rozłożonych na obwodzie sektorach fazowych, znamienna tym, że promieniowe osie symetrii sąsiadujących ze sobą zębów (4), należących do tego samego sektora fazowego, są przesunięte względem siebie o kąt równy podwójnej wartości podziałki biegunowej magneśnicy (1) wyrażonej w mierze kątowej, a promieniowe płaszczyzny symetrii odpowiadających sobie zębów (4), znajdujących się w leżących po przeciwnych stronach magneśnicy (1) sektorach rdzeni (2) i (3) są przesunięte względem siebie wzdłuż obwodu maszyny o kąt równy podziałce biegunowej magneśnicy (1) wyrażonej w mierze kątowej, przy czym w międzysektorowych żłobkach (6) znajdujących się między skrajnymi zębami (4), należącymi do sąsiadujących ze sobą na obwodzie sektorów fazowych, są umieszczone boki cewek uzwojenia twornika.

2. Maszyna według zastrz. 1, znamienna tym, że uzwojenie twornika jest złożone z łukowych cewek (7), przy czym rozpiętość cewki (7) jest równa rozpiętości jednego sektora fazowego a jej boki czynne leżą w międzysektorowych żłobkach (6), znajdujących się w strefie między sektorami, a połączenia czołowe są ułożone wzdłuż obwodu rdzeni (2) i (3).

3. Maszyna według zastrz. 1, znamienna tym, że w międzysektorowych złobkach (6) są umieszczone toroidalnie cewki (9), obejmujące cały przekrój poprzeczny rdzenia.

4. Maszyna według zastrz. 2, znamienna tym, że łukowe cewki (7) usytuowane są tylko na jednym rdzeniu stojana.

5. Maszyna według zastrz. 3, znamienna tym, że toroidalne cewki (9) znajdują się tylko na jednym rdzeniu stojana.

6. Maszyna według zastrz. 4, znamienna tym, że w strefach między sektorami fazowymi nieuzwojonego rdzenia stojana znajdują się międzysektorowe zęby (8), których promieniowe płaszczyzny symetrii pokrywają się z promieniowymi płaszczyznami symetrii międzysektorowych złobków (6), znajdujących się w uzwojonym rdzeniu stojana.

7. Maszyna według zastrz. 5, znamienna tym, że w strefach między sektorami fazowymi nieuzwojonego rdzenia stojana znajdują się międzysektorowe zęby (8). których promieniowe płaszczyzny symetrii pokrywają się z promieniowymi płaszczyznami symetrii międzysektorowych złobków (6), znajdujących się w uzwojonym rdzeniu stojana.