PL242450B1 - Wirnik silnika synchronicznego z magnesami trwałymi - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest wirnik silnika synchronicznego z magnesami trwałymi, posiadający uzwojenie w postaci prętów, połączonych na końcach pierścieniami zwierającymi, uruchamiany przez bezpośrednie przyłączenie uzwojenia stojana do sieci zasilającej, przeznaczony do napędu urządzeń przemysłowych a zwłaszcza pomp, wentylatorów, suwnic, wirówek oraz pilarek do materiałów budowlanych. Wirnik posiada konstrukcję silnika klatkowego złożonego z kołowych kształtek z blach magnetycznych, o średnicy Ø_r, w których wykonana jest nieparzysta liczba otwartych na powierzchnię walcową wirnika jednakowych żłobków rozruchowych do ułożenia prętów uzwojenia klatkowego rozruchowego, zaaranżowanych w co najmniej dwie podziałki biegunowe, z których każda zawiera symetrycznie względem osi symetrii każdej podziałki biegunowej żłobki rozruchowe całkowite oraz połówki żłobków rozruchowych wspólnych z sąsiednią podziałką biegunową oraz prostokątne żłobki na magnesy trwałe wycięte w kształcie litery W, centralnie umieszczony otwór do umieszczenia pakietu kształtek na wałku wirnika, oraz dwa otwory boczne do ściśnięcia pakietu kształtek, o średnicy zewnętrznej obliczonej znanymi metodami dla określonych parametrów silnika tj. mocy znamionowej, prędkości obrotowej, napięcia zasilania uzwojenia stojana. Wirnik charakteryzuje się tym, że wszystkie poza jedną podziałki biegunowe mają jednakową parzystą liczbę żłobków rozruchowych (2), tworzących podziałkę biegunową parzystą (3a), a jedna ma nieparzystą liczbę żłobków rozruchowych większą od liczby żłobków rozruchowych w podziałce biegunowej parzystej o jeden, tworząc podziałkę biegunową nieparzystą (3b), a ponadto żłobki na magnesy trwałe (4) są wykonane w przeciwległych podziałkach biegunowych parzystej i nieparzystej (3a, 3b) w ten sposób, że tworzony przez nie kształt litery W jest symetryczny względem osi symetrii tychże podziałek biegunowych, przy czym płaszczyzna podziału biegunów magnetycznych skrajnych magnesów bocznych (7a) umieszczonych w ramionach bocznych litery W, w kształcie której wykonane są żłobki na magnesy trwałe (4), przebiega po promieniu rozdzielającym dwie sąsiednie podziałki biegunowe.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wirnik silnika synchronicznego z magnesami trwałymi, posiadający uzwojenie w postaci prętów, połączonych na końcach pierścieniami zwierającymi, uruchamiany 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. M. Dąbrowski: „Projektowanie maszyn elektrycznych prądu przemiennego” WNT W-wa 1994 r., D. Mingardi, N. Bianchi, „Line-start PM-assisted synchronous motor design, optimization, and tests”, IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 64, no. 12, C. Jędryczka, L. Knypiński, A. Demenko, J. K. Sykulski, „Methodology for cage shape optimization of a permanent magnet synchronous motor under line start conditions”, IEEE Trans. Magn., vol. 54, no. 3, Mar. 2018, B. Yan, X. Wang, Y. Yang, „Starting performance improvement of line-start permanent-magnet synchronous motor using composite solid rotor”, IEEE Trans. Magn., vol. 54, no. 3, Mar. 2018 znany jest wirnik silnika synchronicznego z umieszczonymi wewnątrz magnesami trwałymi oraz uzwojeniem w postaci prętów połączonych na końcach pierścieniami zwierającymi. Pręty ułożone są równomiernie na obwodzie w jednakowych żłobkach, zwarte na obu końcach pierścieniami tworzą uzwojenie rozruchowe. Poniżej żłobków z prętami 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).

Istota wirnika silnika synchronicznego z magnesami trwałymi i uzwojeniem klatkowym o konstrukcji silnika klatkowego złożonego z kołowych kształtek z blach magnetycznych, w których wykonana jest nieparzysta liczba otwartych na powierzchnię walcową wirnika jednakowych żłobków rozruchowych do ułożenia prętów uzwojenia klatkowego rozruchowego, zaaranżowanych w co najmniej dwie podziałki biegunowe, z których każda zawiera symetrycznie względem osi symetrii każdej podziałki biegunowej żłobki rozruchowe całkowite oraz połówki żłobków rozruchowych wspólnych z sąsiednią podziałką biegunową oraz prostokątne żłobki na magnesy trwałe wycięte w kształcie litery W, centralnie umieszczony otwór do umieszczenia pakietu kształtek na wałku wirnika, oraz dwa otwory boczne do ściśnięcia pakietu kształtek, o średnicy zewnętrznej obliczonej znanymi metodami dla określonych parametrów silnika tj. mocy znamionowej, prędkości obrotowej, napięcia zasilania uzwojenia stojana, polega na tym, że wszystkie poza jedną podziałki biegunowe mają jednakową parzystą liczbę żłobków rozruchowych, tworzących podziałkę biegunową parzystą, a jedna ma nieparzystą liczbę żłobków rozruchowych większą od liczby żłobków rozruchowych w podziałce biegunowej parzystej o jeden, tworząc podziałkę biegunową nieparzystą, a ponadto żłobki na magnesy trwałe są wykonane w przeciwległych podziałkach biegunowych parzystej i nieparzystej w ten sposób, że tworzony przez nie kształt litery W jest symetryczny względem osi symetrii tychże podziałek biegunowych, przy czym płaszczyzna podziału biegunów magnetycznych skrajnych magnesów bocznych umieszczonych w ramionach bocznych litery W, w kształcie której wykonane są żłobki na magnesy trwałe, przebiega po promieniu rozdzielającym dwie sąsiednie podziałki biegunowe.

Korzystnie, każdy ze żłobków rozruchowych ma kształt powstały poprzez nacięcie kształtki od strony powierzchni walcowej wirnika trzema prostokątnymi otworami rozmieszczonymi jeden na drugim, kolejno pierwszym prostokątem tworzącym otwarcie żłobka o szerokości b0=0,06ór i wysokości 1,1 mm, drugim prostokątem o szerokości b1=0,09ór oraz wysokości hn=0,04ór oraz trzecim prostokątem usytuowanym na dnie żłobka o szerokości b2=0,08ór i wysokości h2=0,04ór.

Korzystnie, odnogi żłobków na magnesy trwałe mają wymiary hm=0,15ór, bm=0,05ór i skrajne końce kształtu litery W, który tworzą, są oddalone od dna żłobków rozruchowych przesmykiem o wysokości hp=0,01ór.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest lepsze wykorzystanie magnetowodu wirnika co skutkuje większą mocą uzyskiwaną z jednostki masy, lepszymi parametrami silnika w porównaniu ze znanymi rozwiązaniami, większym współczynnikiem sprawności, większym współczynnikiem mocy, mniejszym momentem zaczepowym, możliwością uruchomienia przez bezpośrednie włączenie do sieci zasilającej.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładzie wykonania w oparciu o rysunek, który przedstawia jego przekrój poprzeczny.

Wirnik silnika synchronicznego o średnicy φr z magnesami trwałymi i uzwojeniem klatkowym o konstrukcji silnika klatkowego złożony jest z kołowych kształtek 1 z blach magnetycznych, w których wykonana jest nieparzysta liczba otwartych na powierzchnię walcową wirnika jednakowych żłobków rozruchowych 2 do ułożenia prętów uzwojenia klatkowego rozruchowego. Żłobki rozruchowe 2 zaaranżowane są w cztery podziałki biegunowe 3a, 3b, z których każda zawiera symetrycznie względem osi symetrii każdej podziałki biegunowej żłobki rozruchowe całkowite oraz połówki żłobków rozruchowych wspólnych z sąsiednią podziałką biegunową oraz prostokątne żłobki na magnesy trwałe 4 wycięte w kształcie litery W. W kształtkach 1 wykonany jest otwór centralny 5 do umieszczenia pakietu kształtek na wałku wirnika, oraz dwa otwory boczne 6 do ściśnięcia pakietu kształtek. Wszystkie poza jedną podziałki biegunowe mają jednakową parzystą liczbę żłobków rozruchowych, tworzących podziałkę biegunową parzystą 3a, a jedna ma nieparzystą liczbę żłobków rozruchowych, większą od liczby żłobków rozruchowych w podziałce biegunowej parzystej o jeden, tworząc podziałkę biegunową nieparzystą 3b. W podziałce biegunowej nieparzystej jest zatem 5 żłobków rozruchowych a w parzystej 4 co razem daje liczbę 17 żłobków. Ponadto wykonane w przeciwległych podziałkach biegunowych parzystej i nieparzystej są żłobki na magnesy trwałe 4. Wykonane są one w ten sposób, że tworzony przez nie kształt litery W jest symetryczny względem osi symetrii tychże podziałek biegunowych, przy czym płaszczyzna podziału biegunów magnetycznych skrajnych magnesów bocznych 7a umieszczonych w żłobkach na magnesy trwałe 4 przebiega po promieniu rozdzielającym dwie sąsiednie podziałki biegunowe. Każdy ze żłobków rozruchowych ma kształt powstały poprzez nacięcie kształtki 1 od strony powierzchni walcowej wirnika trzema prostokątnymi otworami rozmieszczonymi jeden na drugim, kolejno pierwszym prostokątem 8a tworzącym otwarcie żłobka o szerokości bo=O,O6φr i wysokości ho=1,1 mm, drugim prostokątem 8b o szerokości b1=0,09φr oraz wysokości h1=0,04φr oraz trzecim prostokątem 8c usytuowanym na dnie żłobka o szerokości b2=0,08φr i wysokości h2=0,04φr. Odnogi żłobków na magnesy trwałe 4 mają wymiary hm=0,15φr, bm=0,05φr i skrajne końce kształtu litery W, który tworzą, są oddalone od dna żłobków rozruchowych 2 przesmykiem 9 o wysokości hp=0,01φr.

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowe

1. Wirnik silnika synchronicznego z magnesami trwałymi i uzwojeniem klatkowym o konstrukcji silnika klatkowego złożonego z kołowych kształtek z blach magnetycznych, o średnicy φr, w których wykonana jest nieparzysta liczba otwartych na powierzchnię walcową wirnika jednakowych żłobków rozruchowych do ułożenia prętów uzwojenia klatkowego rozruchowego, zaaranżowanych w co najmniej dwie podziałki biegunowe, z których każda zawiera symetrycznie względem osi symetrii każdej podziałki biegunowej żłobki rozruchowe całkowite oraz połówki żłobków rozruchowych wspólnych z sąsiednią podziałką biegunową oraz prostokątne żłobki na magnesy trwałe wycięte w kształcie litery W, centralnie umieszczony otwór do umieszczenia pakietu kształtek na wałku wirnika, oraz dwa otwory boczne do ściśnięcia pakietu kształtek, o średnicy zewnętrznej obliczonej znanymi metodami dla określonych parametrów silnika tj. mocy znamionowej, prędkości obrotowej, napięcia zasilania uzwojenia stojana, znamienny tym, że wszystkie poza jedną podziałki biegunowe mają jednakową parzystą liczbę żłobków rozruchowych (2), tworzących podziałkę biegunową parzystą (3a), a jedna ma nieparzystą liczbę żłobków rozruchowych większą od liczby żłobków rozruchowych w podziałce biegunowej parzystej o jeden, tworząc podziałkę biegunową nieparzystą (3b), a ponadto żłobki na magnesy trwałe (4) są wykonane w przeciwległych podziałkach biegunowych parzystej i nieparzystej (3a, 3b) w ten sposób, że tworzony przez nie kształt litery W jest symetryczny względem osi symetrii tychże podziałek biegunowych, przy czym płaszczyzna podziału biegunów magnetycznych skrajnych magnesów bocznych (7a) umieszczonych w ramionach bocznych litery W, w kształcie której wykonane są żłobki na magnesy trwałe (4), przebiega po promieniu rozdzielającym dwie sąsiednie podziałki biegunowe.

2. Wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy ze żłobków rozruchowych (2) ma kształt powstały poprzez nacięcie kształtki (1) od strony powierzchni walcowej wirnika trzema prostokątnymi otworami rozmieszczonymi jeden na drugim, kolejno pierwszym prostokątem (8a) tworzącym otwarcie żłobka o szerokości bo=O,O6φr i wysokości 1,1 mm, drugim prostoką-

PL 242450 Β1 tem (8b) o szerokości όι=0,09φ_Γ oraz wysokości ήι=0,04φ_Γ oraz trzecim prostokątem (8c) usytuowanym na dnie żłobka o szerokości 02=0,08φ_Γ i wysokości ή2=0,04φ_Γ.

3. Wirnik według zastrz. 1, znamienny tym, że odnogi żłobków na magnesy trwałe (4) mają wymiary hm=0,15φΓ, ό_Γη=0,05φ_Γ i skrajne ramiona kształtu litery W, który tworzą, są oddalone od dna żłobków rozruchowych (2) przesmykiem (9) o wysokości h_P=0,0^_r.