PL239111B1 - Wirnik silnika synchronicznego z magnesami trwałymi o rozruchu bezpośrednim - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest wirnik silnika synchronicznego z magnesami trwałymi o rozruchu bezpośrednim przez bezpośrednie przyłączenie uzwojenia stojana do sieci zasilającej, przeznaczony do napędu urządzeń przemysłowych a zwłaszcza pomp, wentylatorów, suwnic, wirówek oraz pilarek do materiałów budowlanych. W wirniku na każdej podziałce biegunowej (1) symetrycznie względem osi pionowej, wzdłuż obwodu, wykonane są żłobki zewnętrzne (2) o przekroju kołowym, których powierzchnia walcowa jest zasadniczo, z dokładnością do przesunięcia wynikającego z technologii wykrawania blach, styczna do powierzchni walcowej (3) wirnika, przy czym żłobki zewnętrzne (2) są otwarte na powierzchnię walcową wirnika szczerbiną powietrzną zewnętrzną (4), ponadto wzdłuż promieni stanowiących osie symetrii żłobków zewnętrznych (2) wirnik ma wykonane odpowiadające żłobkom zewnętrznym żłobki wewnętrzne (5) o przekroju prostokątnym, przy czym na skraju każdej podziałki biegunowej (1), po obu stronach, żłobki zewnętrzne (2) i wewnętrzne (3) połączone są szczerbiną powietrzną wewnętrzną (6).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wirnik silnika synchronicznego z magnesami trwałymi o rozruchu bezpośrednim przez bezpośrednie przyłączenie uzwojenia stojana do sieci zasilającej, przeznaczony do napędu urządzeń przemysłowych a zwłaszcza pomp, wentylatorów, suwnic, wirówek oraz pilarek do materiałów budowlanych.

Z literatury m.in. A. M. Plamitzer: „Maszyny elektryczne”. WNT W-wa 1976 r., M. Dąbrowski: „ Projektowanie maszyn elektrycznych prądu przemiennego” WNT W-wa 1994 r., znany jest wirnik silnika synchronicznego z umieszczonymi wewnątrz magnesami trwałymi oraz dwoma uzwojeniami w postaci prętów połączonych na końcach pierścieniami zwierającymi. Jedne pręty ułożone są na obwodzie w żłobkach bliżej średnicy zewnętrznej wirnika, zwarte na obu końcach pierścieniami tworzą jedną część uzwojenia rozruchowego natomiast drugie pręty ułożone są na obwodzie w żłobkach bliżej osi wirnika, zwarte na obu końcach pierścieniami tworzą drugą część uzwojenia rozruchowego. Między żłobkami zewnętrznymi a wewnętrznymi wykonana jest szczelina powietrzna o minimalnej szerokości wynikającej z technologii wykrawania blach. Wszystkie żłobki zewnętrzne ułożone na obwodzie wirnika są jednakowe. Również żłobki wewnętrzne ułożone na obwodzie są jednakowe. Poniżej żłobków wewnętrznych umieszczone są żłobki z magnesami trwałymi o wymiarach i kształtach wynikających z obliczeń elektromagnetycznych m.in. rodzaju zastosowanego materiału magnesu, potrzebnej siły magnetomotorycznej do wzbudzenia silnika, średnicy zewnętrznej wirnika związanej z parametrami silnika (m.in. mocą znamionową, prędkością obrotową, napięciem zasilania uzwojenia stojana).

Wirniki w tego rodzaju maszynach powstają poprzez połączenie na wspólnej osi wielu koncentrycznych kołowych kształtek z wykrojonymi w tych samych miejscach otworami tworzącymi żłobki i wpusty, w które wprowadza się pręty oraz magnesy.

Istota wirnika według wynalazku polega na tym, że w wirniku, na każdej podziałce biegunowej symetrycznie względem osi pionowej, wzdłuż obwodu, wykonane są żłobki zewnętrzne o przekroju kołowym, których powierzchnia walcowa jest zasadniczo, z dokładnością do przesunięcia wynikającego z technologii wykrawania blach, styczna do powierzchni walcowej wirnika, przy czym żłobki zewnętrzne są otwarte na powierzchnię walcową wirnika szczerbiną powietrzną zewnętrzną, ponadto wzdłuż promieni stanowiących osie symetrii żłobków zewnętrznych wirnik ma wykonane odpowiadające żłobkom zewnętrznym żłobki wewnętrzne o przekroju prostokątnym, przy czym na skraju każdej podziałki biegunowej, po obu stronach, żłobki zewnętrzne i wewnętrzne połączone są szczerbiną powietrzną wewnętrzną.

Korzystnie, żłobki zewnętrzne mają średnicę równą 0,044 średnicy wirnika.

Korzystnie, szczerbina powietrzna zewnętrzna ma szerokość równą 0,004 średnicy wirnika oraz wysokość równą 0,001 średnicy wirnika.

Korzystnie, szerokość żłobków wewnętrznych jest równa 0,035 średnicy wirnika a ich wysokość jest równa 0,022 średnicy wirnika.

Korzystnie, odległość między żłobkami zewnętrznymi a wewnętrznymi wynosi 0,031 średnicy wirnika.

Korzystnie, szczerbina powietrzna wewnętrzna ma szerokość 0,026 średnicy wirnika.

Korzystnie, żłobki wewnętrzne skrajne każdej podziałki biegunowej oddalone są od żłobków na magnesy o 0,013 średnicy wirnika.

Zaletą rozwiązania według wynalazku są lepsze parametry silnika w porównaniu ze znanymi rozwiązaniami, większy współczynnik sprawności, większy współczynnik mocy, większą moc uzyskiwaną z jednostki masy, mniejszy moment zaczepowy, możliwość uruchomienia przez bezpośrednie włączenie do sieci zasilającej.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia przekrój poprzeczny wirnika czterobiegunowego silnika synchronicznego z magnesami trwałymi o średnicy zewnętrznej obliczonej dla określonych parametrów silnika tj. mocy znamionowej, prędkości obrotowej, napięcia zasilania uzwojenia stojana. W wirniku, na każdej podziałce biegunowej 1 symetrycznie względem osi pionowej, równomiernie wzdłuż obwodu, umieszczone są żłobki zewnętrzne 2 o przekroju kołowym których powierzchnia walcowa jest zasadniczo, z dokładnością do przesunięcia wynikającego z technologii wykrawania blach, styczna do powierzchni walcowej 3 wirnika, przy czym żłobki zewnętrzne 2 są otwarte na powierzchnię walcową wirnika szczerbiną powietrzną zewnętrzną 4. Ponadto wzdłuż promieni stanowiących osie symetrii żłobków zewnętrznych 2 wirnik ma wykonane odpowiada

PL 239 111 B1 jące żłobkom zewnętrznym żłobki wewnętrzne 5 o przekroju prostokątnym. Po obu stronach skraju każdej podziałki biegunowej żłobki zewnętrzne 2 i wewnętrzne 5 połączone są szczerbiną powietrzną wewnętrzną 6. Moc znamionowa silnika w niniejszym przykładzie wykonania to 55 kW, znamionowe napięcie zasilania 500 V, znamionowa prędkość obrotowa 1500 obr/min, średnica wirnika 228 mm. Wymiary żłobków oraz ich usytuowanie związane jest z średnicą zewnętrzną wirnika. Żłobki zewnętrzne o średnicy równej 0,044 średnicy wirnika czyli 10,03 mm są otwarte szczerbiną zewnętrzną o szerokości 4 mm oraz wysokości 1 mm. Żłobki wewnętrzne są prostokątne o szerokości równej 0,035 średnicy wirnika czyli 7,98 mm oraz wysokości 0,022 średnicy wirnika czyli 5,02 mm, odległość między żłobkami zewnętrznymi a wewnętrznymi wynosi 0,031 średnicy wirnika czyli 7,07 mm. Żłobki wewnętrzne i zewnętrzne skrajne każdej podziałki biegunowej połączone są szczerbiną powietrzną wewnętrzną o szerokości 0,026 średnicy wirnika czyli 5,93 mm. Żłobki skrajne każdej podziałki biegunowej oddalone są od żłobków na magnesy 7 o 0,013 średnicy wirnika czyli 2,96 mm.

Działanie silnika jest następujące.

Prądy płynące w prętach uzwojenia wirnika wytwarzają pole magnetyczne zamykające się wokół prętów (tzw. strumień rozproszenia) a impedancja prętów składa się z rezystancji i reaktancji związanej ze strumieniem rozproszenia. Następuje nasycenie rdzenia w przestrzeni między żłobkami „d” i w tym stanie reaktancja prętów dolnych jest największa (reaktancja zależy od częstotliwości) - zmniejsza wartość prądów płynących w uzwojeniu a to przekłada się na zmniejszenie (ograniczenie) prądu stojana pobieranego z sieci.

Wytwarzany jest moment obrotowy, który wymusza zwiększenie prędkości obrotowej. Gdy wirnik osiągnie prędkość podsynchroniczną, częstotliwość zmian pola stojana względem pola wytwarzanego przez magnesy trwałe jest mała i wytwarzany jest moment synchronizujący. Moment ten powoduje zwiększenie prędkości obrotowej wirnika do takiej z jaką wiruje pole stojana (prędkość synchroniczna). Oddziaływanie pola stojana i pola magnesów trwałych w wirniku wytwarza moment synchroniczny umożliwiający obciążenie silnika.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wirnik silnika synchronicznego z magnesami trwałymi i uzwojeniem dwuklatkowym, o konstrukcji silnika klatkowego złożonego z kołowych kształtek, w których wykrojone są żłobki mieszczące pręty przewodzące i wpusty mieszczące magnesy trwałe, znamienny tym, że na każdej podziałce biegunowej (1) symetrycznie względem osi pionowej, wzdłuż obwodu, wykonane są żłobki zewnętrzne (2) o przekroju kołowym, których powierzchnia walcowa jest zasadniczo, z dokładnością do przesunięcia wynikającego z technologii wykrawania blach, styczna do powierzchni walcowej (3) wirnika, przy czym żłobki zewnętrzne (2) są otwarte na powierzchnię walcową wirnika szczerbiną powietrzną zewnętrzną (4), ponadto wzdłuż promieni stanowiących osie symetrii żłobków zewnętrznych (2) wirnik ma wykonane odpowiadające żłobkom zewnętrznym żłobki wewnętrzne (5) o przekroju prostokątnym, przy czym na skraju każdej podziałki biegunowej (1), po obu stronach, żłobki zewnętrzne (2) i wewnętrzne (5) połączone są szczerbiną powietrzną wewnętrzną (6).
2. 2. Wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że żłobki zewnętrzne (2) mają średnicę równą 0,044 średnicy wirnika.
3. 3. Wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że szczerbina powietrzna zewnętrzna (4) ma szerokość równą 0,004 średnicy wirnika oraz wysokość równą 0,001 średnicy wirnika.
4. 4. Wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że szerokość żłobków wewnętrznych (5) jest równa 0,035 średnicy wirnika a ich wysokość jest równa 0,022 średnicy wirnika.
5. 5. Wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że odległość między żłobkami zewnętrznymi (2) a wewnętrznymi (5) wynosi 0,031 średnicy wirnika.
6. 6. Wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że szczerbina powietrzna wewnętrzna ma szerokość 0,026 średnicy wirnika.
7. 7. Wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że żłobki wewnętrzne (5) skrajne każdej podziałki biegunowej oddalone są od żłobków na magnesy (7) o 0,013 średnicy wirnika.