PL189591B1 - Bezszczotkowa maszyna synchroniczna - Google Patents

Abstract

Bezszczotkowa maszyna synchro- niczna z wirujaca magnesnica z tworni- kiem z ferromagnetycznym jarzmem sto- jana i kolnierzem elektromagnesu, które sa w obwodzie magnetycznym z wirnikiem, przy czym szczeliny powietrzne pomocni- cze sa usytuowane miedzy pierscieniami elektromagnesów a sfazowanymi elemen- tami pierscieniowymi z biegunami, zas szczelina powietrzna przytwornikowa jest usytuowana miedzy biegunami magnesni- cy a twornikiem, znamienna tym, ze wir- nik ma dwa przeciwlegle usytuowane jed- nolite elementy pierscieniowe z bieguna- mi (10) osadzonymi na wale (11) i na tule- jach dystansowych niemagnetycznych (6), z którymi utworzone bieguny magnesnicy (5) sa rozdzielone magnesami trwalymi (4). Fig. 2 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest bezszczotkowa maszyna synchroniczna z magnesami trwałymi i domagnesowaniem elektromagnetycznym mająca zastosowanie w przemyśle budowy maszyn elektrycznych.

Znana jest z polskiego opisu patentowego nr 103265, bezszczotkowa maszyna synchroniczna charakteryzująca się tym, że posiada nieruchome cewki magneśnicy, nabiegunniki magneśnicy, twomik przy czym wirnik nie posiada uzwojeń i usytuowany jest obrotowo między nabiegunnikami a twomikiem. Szczelina powietrzna pomiędzy wirnikiem a twomikiem ma różną na obwodzie grubość, a szczelina powietrzna pomiędzy nabiegunnikami i wirnikiem jest równomierna. W znanej maszynie wirnik jest wykonany z materiału o różnej przenikalności magnetycznej na obwodzie, a reluktancja szczeliny powietrznej między twomikiem a wirnikiem jest zmienna na obwodzie, przy czym reluktancja szczeliny powietrznej między wirnikiem a nabiegunnikiem jest stała.

Niedogodnością znanego rozwiązania jest rozbudowany obwód wzbudzenia i związany z nim duzy strumień rozproszenia ze względu na potrzebę zapewnienia dużych przekrojów na długiej drodze przesyłu strumienia pochodzącego od cewek magneśnicy, oraz nierównomierne wykorzystanie rdzeni: wirnika i twomika w procesie magnesowania. W znanej maszynie jest modelowana szczelina powietrzna między wirnikiem a twomikiem lub jest stosowany materiał w wirniku o różnej przenikalności magnetycznej.

Znana jest z polskiego opisu patentowego nr 103 266 bezszczotkowa maszyna synchroniczna o zwiększonym momencie bezwładności. Znana maszyna posiada nieruchomy koncentrycznie usytuowany twornik i cewki magneśnicy i tarcze magneśnicy, przy czym wirnik bez uzwojeń otacza twomik oraz tarcze magneśnicy i cewki. Szczelina powietrzna pomiędzy wirnikiem a twomikiem ma różną grubość, natomiast szczelina powietrzna pomiędzy tarczami magneśnicy a wirnikiem jest równomierna. W znanej maszynie wirnik jest wykonany z materiału o różnej przenikalności magnetycznej na obwodzie, przy czym reluktancja szczeliny powietrznej między twomikiem a wirnikiem jest zmienna na obwodzie, natomiast reluktancja szczeliny powietrznej między wirnikiem a tarczą magneśnicy jest stała.

Niedogodnością znanego rozwiązania jest rozwinięty stacjonarny obwód wzbudzenia wpływający na wydłużenie drogi magnesowania i duży strumień rozproszenia oraz nierównomierne wykorzystanie rdzenia twomika.

Znana jest z polskiego opisu patentowego nr 103267 jednofazowa bezszczotkowa maszyna synchroniczna posiadająca nieruchome nabiegunniki i nieruchomą magneśnicę między którymi jest szczelina powietrzna w której wiruje pierścień. Fragmenty pierścienia są o różnej przenikalności magnetycznej i o różnej grubości.

Niedogodnością znanej maszyny jest jej jednofazowość.

189 591

Znana, jest z polskiego opisu patentowego nr 107589 bezszczotkowa maszyna synchroniczna, która ma wirującą magneśnicę i nieruchome uzwojenie wzbudzenia. W wirującej magneśnicy są usytuowane obszary działania biegunów „N” i obszary działania biegunów „S”, wykonanych z magnesów trwałych. W stojanie maszyny są usytuowane nieruchome uzwojenia wzbudzenia jako elektromagnesy połączone przeciwsobnie.

Niedogodnością znanego rozwiązania jest usytuowanie magnesów trwałych w wirującej magneśnicy z elementami mocującymi z materiału niemagnetycznego powodując zwiększenie przestrzeni roboczej maszyny.

Znana jest z europejskiego opisu patentowego nr 0261952 i polskiego opisu patentowego nr 158609 maszyna elektryczna reluktancyjna ze zmiennym strumieniem całkowitym posiadająca wirnik składający się z części głównej podzielonej na sekcje na przemian o małej i dużej reluktancji. Posiada stojan i co najmniej jeden element magnetyczny wytwarzający skierowany promieniowo w stosunku do wału wirnika strumień magnetyczny. Przy czym co najmniej jeden element magnetyczny jest umieszczony pomiędzy główną i bocznikową częścią wirnika dla wytworzenia strumienia magnetycznego w stojanie bez zmiany kierunku przepływu strumienia przez wirnik. Wirnik jest bez uzwojeń. Każdy nabiegunnik stojana jest o takich samych wymiarach, zaś główna część wirnika tworzy cylinder z materiału o dużej przewodności magnetycznej i posiada na obwodzie otwory, które tworzą sekcje o dużej reluktancji przedzielone przez sekcje o małej reluktancji rdzenia wirnika. Po obu stronach części głównej wirnika usytuowane są elementy magnetyczne wzbudzenia stanowiące magnesy trwałe i elektromagnesy. Część bocznikowa wirnika zawiera wał z materiału o dużej przewodności magnetycznej umieszczony w osi głównej maszyny. Wał ma wykonane w określonej liczbie wystające promieniowo segmenty bocznikowe tworzące sckcje o dużej reluktancji przedzielone przez sekcje o małej reluktancji. Elementy magnetyczne wzbudzenia posiadają pierścieniowy magnes, który jest osadzony od strony wału na jarzmie, a od strony części głównej wirnika styka się zewnętrzną powierzchnią ze szpulą z materiału ferromagnetycznego. Szczeliny powietrzne utworzone są pomiędzy jarzmem a wirnikiem i od strony zewnętrznej z głównym elementem wirnika. Uzwojenie osadzone na szpuli reguluje przepływ magnesu trwałego.

Niedogodnością znanego rozwiązania są długie drogi obwodu magnesowania z elementami wzbudzenia odsuniętymi od strefy przetwarzania w twomiku. W znanym rozwiązaniu o skomplikowanej konstrukcji uzwojenie twornika jest wykonane w postaci skupionej na stałych biegunach. W znanym rozwiązaniu element bocznikowy wału przewodzi połowę strumienia głównego, a jego regulacja sprzyja powstaniu strumienia rozproszenia.

Znana jest z amerykańskiego opisu patentowego nr 4 888 513 reluktancyjna maszyna posiadająca stojan z uzwojeniami i wirnikiem zawierającym elementy z materiału ferromagnetycznego, które są wstawione do wirnika i odseparowane szczeliną powietrzną i elementami niemagnetycznymi. Przekrój poprzeczny pojedynczych elementów z materiału ferromagnetycznego jest co najmniej bliski szczelinie powietrznej i w całości jest zmniejszony przez wstawione elementy z materiału nieferromagnetycznego w taki sposób, że stosunek pomiędzy materiałem ferromagnetycznym przekroju poprzecznego i całym wolnym przekrojem poprzecznym nie przewyższa 0,6 co najmniej stosunkiem pomiędzy wymiarem elementów z nieferromagnetycznego materiału leżących w płaszczyźnie stycznej do szczeliny powietrznej 1 grubości szczeliny powietrznej maszyny nie przewyższającym 5. Znana maszyna jest zasilana z elektronicznego obwodu „kontrolnym” wektorem prądu z uzwojeń stojana. Wirnik z ukrytymi biegunami ma niewielkie wgłębienia z materiału nieferromagnetycznego.

W znanym rozwiązaniu jest laminowany wirnik osiowo naprzemiennie z blachy ferromagnetycznej i nieferromagnetycznej, przy czym grubość każdej przestępnej warstwy nieferromagnetycznej jest co najmniej 2/3 grubości każdej warstwy z ferromagnetycznej blachy, a grubości każdej z przestępnych warstw nieferromagnetycznych nie przewyższają 5 taktów grubości szczelny powietrznej maszyny.

Niedogodnością znanej maszyny jest skomplikowana konstrukcja oraz jednokierunkowość pracy jako silnik.

Znany jest z amerykańskiego opisu patentowego nr 5 140 210 wirnik ze stałymi magnesami, posiadający wał i zespół zawierający wiele segmentów magnesu trwałego. Każdy segment jest sfazowany po zewnętrznej stronie krawędzi i przylega do osiowych wnęk wokół

189 591 wirującego wału. Wirnik maszyny jest obejmowany przez dwa elementy rurowe w kształcie kubka podtrzymującego jednocześnie wirnikowy zespół magnesów.

Niedogodnością znanego rozwiązania jest brak możliwości regulacji przepływu magnesującego od magnesów trwałych.

Istotą wynalazku jest maszyna w której wirnik ma dwa przeciwległe usytuowane jednolite elementy pierścieniowe osadzone na wale i na tulejach dystansowanych niemagnetycznych z którymi utworzone bieguny magneśnicy są rozdzielone magnesami trwałymi.

Korzystnym skutkiem jest utworzenie wielobiegunowej struktury anizotropowej za pomocą magnesów trwałych, która jest wykorzystywana efektywniej w procesie ukierunkowanego magnesowania elektromagnetycznego.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój wzdłużny do osi obrotu maszyny, a fig. 2 przekrój poprzeczny do osi obrotu.

Twomik 1 z materiału ferromagnetycznego miękkiego jest w kształcie walca wydrążonego koncentrycznie wewnątrz ze żłobkami, w których jest usytuowane wielofazowe uzwojenie 2. Osie żłobków są równoległe lub mają niewielki skos do osi obrotu maszyny. Twomik 1 jest obejmowany przez jarzmo stojanu 3 kształcie wydrążonego walca z materiału ferromagnetycznego i jest elementem głównego obwodu magnesowania. Magneśnica wirująca posiada dwa przeciwległe usytuowane elementy pierścieniowe z biegunami 10 osadzonymi na wale wirnika 11 za pośrednictwem niemagnetycznych tulei dystansowych 6. W części czynnej magneśnicy, odpowiadającej długości twomika 1 bieguny magneśnicy 5 są rozdzielone odpowiednio spolaryzowanymi magnesami trwałymi 4. Magnesy trwałe 4 będące źródłem siły magnetomotorycznej i strumienia magnetycznego kształtują wymaganą strukturę anizotropowa, którą następnie wzmacniają własnymi przepływami, stając się ekranami magnetycznymi podczas współdziałania ze stacjonarnym obwodem do wzbudzania elektromagnetycznego. Między pierścieniem elektromagnesu 9 i sfazowanym na kształt stożka elementem pierścieniowym z biegunami 10 występuje szczelina powietrzna pomocnicza 81. Między twomikiem 1 a biegunami magneśnicy 5 występuje szczelina powietrzna przytwomikowa 8. Strumień magnetyczny od magnesów trwałych 4 przenika promieniowo od bieguna „N” magnesu przez biegun „N” magneśnicy 5 szczelinę powietrzną przytwomikową δ do twomika 1 i ponownie przez szczelinę powietrzną przytwomikową δ do bieguna „S” magneśnicy 5 bieguna „S” magnesu trwałego 4. W celu uzyskania płynnej regulacji maszyna jest wyposażona w dwuczęściową nieruchomą magneśnicę elektromagnetyczną przy czym każda z części ma pierścień elektromagnesu 9 zakończony z jednej strony kołnierzem, stanowiącym równocześnie tarczę łożyskową maszyny. Na pierścieniu elektromagnesu 9 jest umieszczona cewka wzbudzenia. Każda cewka wzbudzenia δ jest w kształcie cylindrycznego pierścienia usytuowanego koncentrycznie względem osi obrotu maszyny w płaszczyźnie prostopadłej do tej osi. Cewki wzbudzenia δ są zasilane prądem stałym i powodują przepływy zgodne.

Strumień magnetyczny wywołany cewkami wzbudzenia δ przenika od bieguna „N” jednego pierścienia elektromagnesu 9 przez szczelinę powietrzną pomocniczą δ1, element pierścieniowy z biegunami 10, które dla tego kierunku przenikania strumieni są biegunami „N” magneśnicy 5 przez szczelinę powietrzną przytwomikową δ do twomika 1. W twomiku 1 po przebyciu drogi odpowiadającej podziałce biegunowej ponownie przez szczelinę powietrzną przytwomikową δ do biegunów „S” magneśnicy 5, pierścienia z biegunami 10 przez szczelinę powietrzną pomocniczą δ1 do bieguna „S” drugiego pierścienia elektromagnesu 9 i dalej jego kołnierzem, będącym tarczą łożyskową przenika do jarzma stojana 3 oraz tarczy łożyskowej będącej kołnierzowym zakończeniem i jednocześnie biegunem „S” pierwszego pierścienia elektromagnesu 9.

Strumień od magnesów trwałych 4 jest wzmacniany strumieniem wywołanym cewkami wzbudzenia δ na odcinkach ich zgodnego przenikania. Obrót magneśnicy powoduje, że dla poszczególnych cewek uzwojenia twomika 1 wystąpi zmienny w czasie strumień magnetyczny, przenikający szczelinę powietrzną przytwomikową δ. W każdej z faz tego uzwojenia zaindukuje się siła elektromagnetyczna proporcjonalna do liczby zwojów, wartości strumienia oraz prędkości zmian strumienia magnetycznego w czasie.

189 591

Fig.2

189 591

Fig1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Bezszczotkowa maszyna synchroniczna z wirującą magneśnicą z twomikiem z ferromagnetycznym jarzmem stojana i kołnierzem elektromagnesu, które są w obwodzie magnetycznym z wirnikiem, przy czym szczeliny powietrzne pomocnicze są usytuowane między pierścieniami elektromagnesów a sfazowanymi elementami pierścieniowymi z biegunami, zaś szczelina powietrzna przytwomikowa jest usytuowana między biegunami magneśnicy a twornikiem, znamienna tym, że wirnik ma dwa przeciwległe usytuowane jednolite elementy pierścieniowe z biegunami (10) osadzonymi na wale (11) i na tulejach dystansowych niemagnetycznych (6), z którymi utworzone bieguny magneśnicy (5) są rozdzielone magnesami trwałymi (4).