PL224308B1

PL224308B1 - Synchronous motor with permanent magnets

Info

Publication number: PL224308B1
Application number: PL405996A
Authority: PL
Inventors: Marek Ciurys; Ignacy Dudzikowski; Alfred Ogorzelec
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2016-12-30
Also published as: PL405996A1

Abstract

Silnik charakteryzuje się tym, że na obwodzie wirnika (1) są rozmieszczone równomiernie magnesy trwałe wirnika (2a), (2b), które wzdłuż wirnika (1) tworzą pary leżące w jednej płaszczyźnie zgodnej z płaszczyzną promieniową, a na wewnętrznym obwodzie stojana (3) umieszczone są symetrycznie rdzenie ferromagnetyczne (4) z nawiniętymi uzwojeniami (5), a na tych rdzeniach ferromagnetycznych (4) od strony wirnika (1) osadzone są magnesy trwałe stojana (6a), (6b), które wzdłuż stojana (3) tworzą pary, odpowiadające położeniu par magnesów trwałych wirnika (2a), (2b), leżące w płaszczyznach prostopadłych do kierunku promieniowego, z których każda para jest osadzona na rdzeniu ferromagnetycznym (4), przy czym osie magnetyczne magnesów trwałych wirnika (2a), (2b) mają kierunek prostopadły do kierunku promieniowego, a osie magnetyczne magnesów trwałych stojana (6a), (6b) mają kierunek promieniowy, zaś wzdłuż wirnika (1) liczba par magnesów trwałych wirnika, (2a), (2b) oraz liczba par magnesów trwałych stojana (6a), (6b) są sobie równe.The motor is characterized by the fact that rotor permanent magnets (2a), (2b) are evenly distributed on the periphery of the rotor (1), which form pairs along the rotor (1) lying in one plane in line with the radial plane, and on the inner periphery of the stator (3). ) ferromagnetic cores (4) with wound windings (5) are placed symmetrically, and permanent stator magnets (6a), (6b) are mounted on these ferromagnetic cores (4) on the rotor side (1), which form along the stator (3) pairs, corresponding to the position of the pairs of permanent magnets of the rotor (2a), (2b), lying in planes perpendicular to the radial direction, each pair of which is mounted on the ferromagnetic core (4), with the magnetic axes of the permanent magnets of the rotor (2a), (2b ) have a direction perpendicular to the radial direction, and the magnetic axes of the stator permanent magnets (6a), (6b) have a radial direction, and along the rotor (1) the number of pairs of rotor permanent magnets, (2a), (2b) and the number of pairs of stator permanent magnets (6a), (6b) are equal.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest silnik synchroniczny z magnesami trwałymi przeznaczony do napędu różnego rodzaju urządzeń.The subject of the invention is a permanent magnet synchronous motor designed to drive various types of devices.

Dotychczas stosowane silniki synchroniczne z magnesami trwałymi charakteryzują się tym, że na wirniku umieszczone są magnesy trwałe a stojan zawiera uzwojenie jedno bądź wielofazowe.The so far used synchronous motors with permanent magnets are characterized by the fact that permanent magnets are placed on the rotor and the stator has a single or multi-phase winding.

Znane są również rozwiązania silników, w których magnesy trwałe umieszczone są zarówno w stojanie jak i na wirniku. Silnik elektryczny znany z japońskiego zgłoszenia patentowego JP 2012115035A zawiera cylindryczny wirnik oraz stojan wykonany w postaci tulei. W tulei stojana umieszczone są magnesy trwałe, których oś geometryczna ma kierunek promieniowy. W przestrzeni między magnesami stojana umieszczone są uzwojenia. Na cylindrycznym wirniku również umieszczone są magnesy trwałe a ich oś geometryczna ma również kierunek promieniowy.There are also known solutions of motors in which permanent magnets are placed both in the stator and on the rotor. The electric motor known from the Japanese patent application JP 2012115035A includes a cylindrical rotor and a stator made in the form of a sleeve. Permanent magnets are placed in the stator sleeve, the geometry of which has a radial direction. The windings are placed in the space between the stator magnets. Permanent magnets are also placed on the cylindrical rotor and their geometry axis also has a radial direction.

Silnik elektryczny znany z brytyjskiego zgłoszenia patentowego GB2487033A, zawiera stojan oraz wirnik. Zarówno w stojanie jak i na wirniku umieszczone są magnesy trwałe, przy czym osie geometryczne magnesów trwałych stojana jak i wirnika mają kierunek promieniowy. W osi magnesów trwałych stojana umieszczone są rdzenie z materiału magnetycznego z nawiniętymi uzwojeniami, których zasilaniem steruje układ hallotronowy umieszczony w stojanie. Pomiędzy rdzeniami a magnesami trwałymi stojana oraz obok tych rdzeni znajdują się elementy wykonane z materiału ferromagnetycznego.The electric motor known from the British patent application GB2487033A, includes a stator and a rotor. Permanent magnets are placed in both the stator and the rotor, and the geometry of the permanent magnets of the stator and the rotor have a radial direction. In the axis of the stator permanent magnets there are cores made of magnetic material with wound windings, the power of which is controlled by a hall effect sensor located in the stator. Between the cores and the stator permanent magnets and next to these cores there are elements made of a ferromagnetic material.

Większość obecnie znanych i stosowanych silników synchronicznych przetwarza pobieraną energię elektryczną na energię mechaniczną. Oddawana moc mechaniczna jest mniejsza od pobieranej mocy elektrycznej o straty mocy w maszynie. Problemem technicznym jest zminimalizowanie pobieranej mocy elektrycznej przy zadanej mocy obciążenia na wale silnika.Most of the currently known and used synchronous motors convert the collected electrical energy into mechanical energy. The delivered mechanical power is lower than the consumed electric power by the power losses in the machine. The technical problem is to minimize the electrical power consumed at a given load power on the motor shaft.

Istota silnika według wynalazku polega na tym, że na obwodzie wirnika są rozmieszczone równomiernie magnesy trwałe wirnika, które wzdłuż wirnika tworzą pary leżące w jednej płaszczyźnie zgodnej z płaszczyzną promieniową, a na wewnętrznym obwodzie stojana umieszczone są symetrycznie rdzenie ferromagnetyczne z nawiniętymi uzwojeniami, a na tych rdzeniach ferromagnetycznych od strony wirnika osadzone są magnesy trwałe stojana, które wzdłuż stojana tworzą pary, odpowiadające położeniu par magnesów trwałych wirnika, leżące w płaszczyznach prostopadłych do kierunku promieniowego, z których każda para jest osadzona na rdzeniu ferromagnetycznym, przy czym osie magnetyczne magnesów trwałych wirnika mają kierunek prostopadły do kierunku promieniowego, a osie magnetyczne magnesów trwałych stojana mają kierunek promieniowy, zaś wzdłuż wirnika liczba par magnesów trwałych wirnika oraz liczba par magnesów trwałych stojana są sobie równe. Jeden z magnesów trwałych wirnika w każdej parze ma biegunowość przeciwną w stosunku do drugiego, a zarazem zgodną z biegunowością sąsiednich magnesów trwałych wirnika, tworzących jeden wieniec na obwodzie wirnika, przy czym liczba magnesów trwałych wirnika przynależących do wspólnego wieńca jest nieparzysta. Rdzenie ferromagnetyczne stojana tworzą dwie kolumny skierowane ku wirnikowi, połączone wspólną podstawą, przymocowaną do stojana, tak, że każdy rdzeń ferromagnetyczny przypomina kształtem literę U. Jeden z magnesów trwałych stojana w każdej parze ma biegunowość przeciwną w stosunku do drugiego, a zarazem zgodną z biegunowością sąsiednich magnesów trwałych stojana tworzących jeden wieniec na obwodzie stojana, przy czym liczba rdzeni ferromagnetycznych oraz magnesów trwałych stojana przynależących do wspólnego wieńca jest parzysta. Uzwojenia nawinięte na rdzenie ferromagnetyczne są ze sobą połączone tak, że wytwarzane przez nie strumienie magnetyczne są zgodne.The essence of the engine according to the invention consists in the fact that the rotor permanent magnets are evenly distributed around the rotor circumference, which form pairs along the rotor lying in one plane in line with the radial plane, and symmetrically placed ferromagnetic cores with wound windings on the inner circumference of the stator, and on these On the rotor side of the ferromagnetic cores, the stator permanent magnets are embedded, which form pairs along the stator, corresponding to the position of the rotor permanent magnet pairs, lying in planes perpendicular to the radial direction, each pair embedded on the ferromagnetic core, with the magnetic axes of the rotor permanent magnets having a direction perpendicular to the radial direction, and the magnetic axes of the stator permanent magnets have a radial direction, and along the rotor the number of rotor permanent magnet pairs and the number of stator permanent magnet pairs are equal to each other. One of the rotor permanent magnets in each pair has a polarity opposite to the other and at the same time consistent with the polarity of the adjacent permanent rotor magnets forming one rim on the circumference of the rotor, the number of rotor permanent magnets belonging to a common rim being odd. The stator ferromagnetic cores form two columns facing the rotor, connected by a common base, attached to the stator, so that each ferromagnetic core resembles the letter U. One of the stator permanent magnets in each pair has the opposite polarity to the other, and at the same time consistent with the polarity adjacent stator permanent magnets forming one ring on the stator circumference, the number of ferromagnetic cores and stator permanent magnets belonging to a common ring being even. The windings wound on ferromagnetic cores are connected to each other so that the magnetic fluxes produced by them are compatible.

W wariancie wynalazku, na wspólnym wirniku w obrębie wspólnego stojana, wzdłuż wirnika osadzona jest więcej niż jedna para magnesów trwałych wirnika, a wzdłuż stojana osadzony jest więcej niż jeden rdzeń ferromagnetyczny wraz z umieszczonymi na każdym z nich parami magnesów trwałych stojana.In a variant of the invention, more than one pair of rotor permanent magnets is mounted along the rotor on the common rotor within the common stator, and more than one ferromagnetic core is mounted along the stator with pairs of stator permanent magnets placed on each of them.

Moment elektromagnetyczny silnika powstaje w wyniku współdziałania strumieni wytworzonych przez magnesy trwałe stojana i strumieni wytworzonych przez magnesy trwałe wirnika, natomiast moc elektryczna pobierana ze źródła zasilającego przez uzwojenia stojana pełni rolę sterującą. Moc mechaniczna oddawana przez silnik jest większa od pobieranej mocy elektrycznej. Strumień magnetyczny wytwarzany przez uzwojenia stojana zapobiega powstawaniu stanów symetrii magnetycznej układu w pewnych położeniach wirnika, czyli eliminuje przerwy w powstawaniu momentu elektromagnetycznego, w tych położeniach.The electromagnetic moment of the motor is generated by the interaction of the fluxes produced by the stator permanent magnets and the fluxes produced by the rotor permanent magnets, while the electric power drawn from the power source through the stator windings plays a controlling role. The mechanical power given off by the motor is greater than the consumed electric power. The magnetic flux generated by the stator windings prevents the formation of magnetic symmetry states of the system in certain rotor positions, i.e. it eliminates interruptions in the formation of electromagnetic moment in these positions.

PL 224 308 B1PL 224 308 B1

Przedmiot wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładach jego realizacji i jest uwidoczniony na rysunku, który przedstawia widok aksonometryczny silnika.The subject of the invention is presented in more detail in the examples of its implementation and is shown in the drawing which shows an axonometric view of the engine.

P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1

Silnik synchroniczny z magnesami trwałymi, charakteryzujący się tym, że na obwodzie wirnika 1 są rozmieszczone równomiernie magnesy trwałe wirnika 2a, 2b, które wzdłuż wirnika 1 tworzą pary leżące w jednej płaszczyźnie zgodnej z płaszczyzną promieniową, a na wewnętrznym obwodzie stojana 3 umieszczone są symetrycznie rdzenie ferromagnetyczne 4 z nawiniętymi uzwojeniami 5, a na tych rdzeniach ferromagnetycznych 4 od strony wirnika 1 osadzone są magnesy trwałe stojana 6a, 6b, które wzdłuż stojana 3 tworzą pary, odpowiadające położeniu par magnesów trwałych wirnika 2a, 2b, leżące w płaszczyznach prostopadłych do kierunku promieniowego, z których każda para jest osadzona na rdzeniu ferromagnetycznym 4, przy czym osie magnetyczne magnesów trwałych wirnika 2a, 2b mają kierunek prostopadły do kierunku promieniowego, a osie magnetyczne magnesów trwałych stojana 6a, 6b mają kierunek promieniowy. Wzdłuż wirnika 1 liczba par magnesów trwałych wirnika, 2a, 2b oraz liczba par magnesów trwałych stojana 6a, 6b są sobie równe. Jeden z magnesów trwałych wirnika 2a, 2b w każdej parze ma biegunowość przeciwną w stosunku do drugiego, a zarazem zgodną z biegunowością sąsiednich magnesów trwałych wirnika 2a, 2b, tworzących jeden wieniec na obwodzie wirnika 1, przy czym liczba magnesów trwałych wirnika 2a, 2b przynależących do wspólnego wieńca jest nieparzysta i wynosi 7. Rdzenie ferromagnetyczne 4 stojana 3 tworzą dwie kolumny skierowane ku wirnikowi 1, połączone wspólną podstawą, przymocowaną do stojana 3, tak, że każdy rdzeń ferromagnetyczny 4 przypomina kształtem literę U. Jeden z magnesów trwałych stojana 6a, 6b w każdej parze ma biegunowość przeciwną w stosunku do drugiego, a zarazem zgodną z biegunowością sąsiednich magnesów trwałych stojana 6a, 6b tworzących jeden wieniec na obwodzie stojana, przy czym liczba rdzeni ferromagnetycznych 4 oraz magnesów trwałych stojana 6a, 6b przynależących do wspólnego wieńca jest parzysta i wynosi 8. Uzwojenia 5 nawinięte na rdzenie ferromagnetyczne 4 są ze sobą połączone tak, że wytwarzane przez nie strumienie magnetyczne są zgodne.Permanent magnet synchronous motor, characterized by the fact that the rotor 2a, 2b permanent magnets are uniformly distributed on the circumference of the rotor 1, which along the rotor 1 form pairs lying in one plane coinciding with the radial plane, and the cores are symmetrically placed on the inner circumference of the stator 3 ferromagnetic 4 with wound windings 5, and on these ferromagnetic cores 4 from the side of the rotor 1 stator permanent magnets 6a, 6b are mounted, which along the stator 3 form pairs corresponding to the position of the rotor permanent magnet pairs 2a, 2b, lying in planes perpendicular to the radial direction each pair is mounted on a ferromagnetic core 4, the magnetic axes of the permanent magnets of the rotor 2a, 2b having a direction perpendicular to the radial direction and the magnetic axes of the permanent magnets of the stator 6a, 6b having a radial direction. Along rotor 1, the number of rotor permanent magnet pairs 2a, 2b and the number of stator permanent magnet pairs 6a, 6b are equal to each other. One of the permanent magnets of the rotor 2a, 2b in each pair has the opposite polarity to the other, and at the same time corresponds to the polarity of the neighboring permanent magnets of the rotor 2a, 2b, forming one ring on the circumference of the rotor 1, the number of permanent magnets of the rotor 2a, 2b belonging to to the common rim is odd and equals 7. The ferromagnetic cores 4 of the stator 3 form two columns facing the rotor 1, connected by a common base, fixed to the stator 3, so that each ferromagnetic core 4 resembles the letter U. One of the permanent magnets of the stator 6a, 6b in each pair has a polarity opposite to the other, and at the same time consistent with the polarity of the adjacent stator permanent magnets 6a, 6b forming one ring on the stator circumference, the number of ferromagnetic cores 4 and stator permanent magnets 6a, 6b belonging to the common ring is even and equals 8. The windings 5 on ferromagnetic cores 4 are connected to each other t ak that the magnetic fluxes they produce are in agreement.

P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2

Silnik jak w przykładzie 1 z tą różnicą, że na wspólnym wirniku 1 w obrębie wspólnego stojana 3, wzdłuż wirnika 1 osadzonych jest 5 par magnesów trwałych wirnika 2a, 2b, a wzdłuż stojana 3 osadzonych jest 5 rdzeni ferromagnetycznych 4 wraz z umieszczoną na każdym z nich jedną parą magnesów trwałych stojana 6a, 6b.Motor as in example 1, with the difference that on the common rotor 1 within the common stator 3, along the rotor 1 there are 5 pairs of permanent magnets of the rotor 2a, 2b, and along the stator 3 there are 5 ferromagnetic cores 4 with placed on each of the rotor one pair of permanent magnets 6a, 6b.

Claims

1. Synchronous motor with permanent magnets, characterized in that the permanent magnets of the rotor (2a), (2b) are uniformly distributed along the circumference of the rotor (1), which along the rotor (1) form pairs lying in one plane coinciding with the radial plane, and on the inner circumference of the stator (3) there are symmetrically placed ferromagnetic cores (4) with wound windings (5), and on these ferromagnetic cores (4) on the rotor side (1) there are permanent stator magnets (6a), (6b), which they form pairs along the stator (3), corresponding to the position of the rotor permanent magnet pairs (2a), (2b), lying in planes perpendicular to the radial direction, each pair embedded on the ferromagnetic core (4), the magnetic axes of the rotor permanent magnets (2a), (2b) have a direction perpendicular to the radial direction, and the magnetic axes of the stator permanent magnets (6a), (6b) have a radial direction, and along the rotor (1) the number of pairs of the rotor permanent magnets, (2a), (2b) and the number of pairs of stator permanent magnets (6a), (6b) are equal to each other.

2. The engine according to claim 3. The method of claim 1, characterized in that one of the permanent magnets of the rotor (2a), (2b) in each pair has a polarity opposite to the other, and at the same time compatible with the polarity of the neighboring permanent magnets of the rotor (2a), (2b), forming one ring on the circumference of the rotor (1), the number of permanent magnets of the rotor (2a), (2b) belonging to the common ring is odd.

3. The engine according to claim The method of claim 1, characterized in that the ferromagnetic cores (4) of the stator (3) form two columns facing the rotor (1), connected by a common base fixed to the stator (3), so that each ferromagnetic core (4) is U-shaped.

4. The engine according to claim The method of claim 1, characterized in that one of the permanent magnets of the stator (6a), (6b) in each pair has the opposite polarity to the other, and at the same time complies with the polarity

The number of adjacent stator permanent magnets (6a), (6b) forming one ring on the stator circumference, the number of ferromagnetic cores (4) and stator permanent magnets (6a) (6b) belonging to a common ring being even.

5. The engine according to claim A method according to claim 1, characterized in that the windings (5) wound on the ferromagnetic cores (4) are connected to each other so that the magnetic fluxes produced by them are compatible.

6. The engine according to p. from 1 to 5, characterized in that on the common rotor (1) within the common stator (3), along the rotor (1), more than one pair of rotor permanent magnets (2a), (2b) are mounted, and along the stator (3 ) there is more than one ferromagnetic core (4) with pairs of stator permanent magnets (6a), (6b) placed on each of them.