RO125881B1 - Mașină electrică dublu excitată - Google Patents

Description

Mașina electrică dublu excitată, cu rol de generator sau motor, în varianta sincronă sau de curent continuu, este destinată aplicațiilor generale, dar în mod deosebit celor de turație redusă, la valori relativ ridicate ale puterii vehiculate în procesul de conversie energetică, spre exemplu ca generator la centralele eoliene sau hidro fără multiplicator de turație.

Se cunosc mașini electrice cu excitație unică, realizate cu electromagneți sau cu magneți permanenți, spre exemplu generatoarele sincrone pentru centralele eoliene și hidro, cu turație mică și hidro la arborele rotor și fără multiplicator mecanic de turație, fig. 1, la care pentru a realiza parametrii electrici convenabili, se adoptă construcția multipol, cu rotorul inductor și statorul indus. Aceste mașini electrice prezintă dezavantajul unor diametre exagerat de mari la nivelul întrefierului și la nivelul exterior, cu consecința și a masei mari de ansamblu, în condițiile în care în centrul construcției există în spațiu important, neutilizat în procesul de conversie electromecanică și ocupat parțial numai de spițele care susțin coroana rotorică.

Se cunosc mașini electrice cu excitație unică, în varianta fabricată în perioada de început a acestei industrii, respectiv, cele cu înfășurare indusă în inel spiralată, fig. 2, la care jugul feromagnetic indus are forma unui cilindru gol în interior, iar bobinajul se realizează prin înfășurarea conductorului pe inelul circular format de acest cilindru. Aceste mașini electrice prezintă dezavantajul amplasării numai a conductorilor de pe fața exterioară a cilindrului sub polii magnetici ai inductorului, astfel că numai ei sunt conductori activi, sediu al tensiunii electromotoare induse, iar conductorii de pe fața interioară a cilindrului au numai rol pasiv de închidere a circuitului electric, motiv pentru care s-a și adoptat construcția „în tobă, utilizată curent, cu ambele conductoare laturi de bobinaj în câmp, dar sub poli opuși.

Se cunoaște, de asemenea, din cererea PCT WO 2007/107399-A- 27.09.2007, o mașină electrică ce poate fi utilizată ca generator de energie eoliană. Mașina electrică, conform documentului citat, are un primar și un secundar, în care atât primarul, cât și secundarul se prezintă sub formă de disc, fapt care conduce la obținerea unui întrefier având, de asemenea, formă de disc. într-o altă variantă de realizare a mașinii electrice conform documentului citat, primarul și secundarul se prezintă sub formă de cilindru, fapt care conduce la obținerea unui întrefier având, de asemenea, formă de cilindru. Mașina electrică, conform documentului citat, are o astfel de construcție, care îi permite utilizarea atât ca motor, cât și ca generator.

Mașina electrică, conform documentului citat, prezintă ca dezavantaj faptul că nu permite utilizarea judicioasă a spațiului central, care este practic nefolosit pentru efectul util în conversia energetică.

Mașina electrică dublu excitată, conform invenției, cu rol generator sau motor, în varianta sincronă sau de curent continuu, înlătură dezavantajele menționate, reconsiderând construcția cu înfășurare indusă în inel, după cum urmează, mașina electrică dublu excitată cuprinzând:

un indus constituit dintr-un jug feromagnetic, cu sau fără crestături, jug realizat sub forma unui toroid, gol în interior, pe care este dispusă o bobină realizată cu niște conductoare spiralate, în formă de inel, prin bobinarea jugului feromagnetic, toroidal;

niște înfășurări semicirculare, aferente bobinei inelare, menționată, înfășurări ce cuprind o înfășurare având un prim sens de dus, dispusă la exterior în raport cu jugul feromagnetic, precum și o înfășurare având un al doilea sens de întors, dispusă la interiorîn raport cu același jug feromagnetic;

un inductor dublu, realizat cu două secțiuni inductoare interconsolidate, care flanchează bilateral indusul realizat cu jug feromagnetic și înfășurări în formă de inel, secțiuni inductoare realizate fiecare din câte un jug feromagnetic, toroidal, gol în interior, care cuprind o primă secțiune inductoare, dispusă la exterior în raport cu indusul realizat cu jug feromagnetic și înfășurări în formă de inel, precum și o a doua secțiune inductoare, dispusă la interior, în raport cu același indus realizat cu jug feromagnetic și înfășurări în formă de inel;

RO 125881 Β1 niște poli magnetici, în dispunere heteropolară, amplasați fiecare pe câte unul din 1 jugurile feromagnetice, toroidale, aferente celor două secțiuni inductoare cu care este prevăzut inductorul, amplasare realizată, respectiv, la interior, în cazul primei secțiuni inductoare 3 exterioare, și, respectiv, la exterior, în cazul celei de-a doua secțiuni inductoare interioare; mașina electrică dublu excitată mai cuprinzând: 5 două întrefieruri utile, create în spațiul delimitat de fețele polilor magnetici și suprafețele de formă semitoroidală, exterioară și interioară, create de ansamblul înfășurărilor semi- 7 circulare ale bobinei inelare, dispuse pe jugul feromagnetic, toroidal, gol, întrefieruri care determină apariția unor tensiuni electromotoare induse de același semn, datorită unei duble 9 activări a înfășurărilor aferente indusului, respectiv, atât a înfășurării de dus, cât și a înfășurării de întors, aferente bobinei indusului. Mașina electrică dublu excitată poate avea 11 rol de generator sau motor, putând fi realizată atât în variantă sincronă, cât și de curent continuu. Excitația, cu care este prevăzută mașina, poate fi electromagnetică, magnetică sau 13 mixtă, secțiunile inductoare fiind echipate, în acest sens, cu poli magnetici realizați cu electromagneți sau magneți permanenți sau, respectiv, și electromagneți și magneți permanenți. 15

Invenția rezolvă problema tehnică a reducerii gabaritului și a masei exagerate la mașini electrice sincrone și de curent continuu, în special la cele multipol, cu turație de lucru 17 redusă. Invenția prezintă următoarele avantaje:

- gabarit și masă reduse în raport cu mașinile electrice clasice, în special, la cele 19 multipol cu turație redusă;

- utilizarea judicioasă a spațiului central, practic nefolosit pentru efectul util în con- 21 versia energetică, în special, la mașinile electrice multipol cu turație redusă;

- posibilitate de combinare a excitației fixe prin magneți permanenți cu excitație regla- 23 bilă prin electromagneți, circuitele magnetice corespunzătoare celor două secțiuni inductoare fiind distincte; 25

- grad de compactitate mai ridicat și preț de cost mai scăzut în raport cu mașinile electrice clasice multipol cu turație redusă, echivalente din punct de vedere al capacității de 27 conversie.

în continuare, se prezintă exemple constructive pentru mașina electrică dublu 29 excitată, în legătură și cu fig. 1, 2, 3 și 4, care reprezintă:

- fig. 1, exemplu de stadiu al tehnicii la generatoarele multipol pentru centralele 31 eoliene mari, de turație mică și fără multiplicator de turație;

- fig. 2, soluția cunoscută cu înfășurare indusă în inel spiralată, utilizată în perioada 33 de început a industriei de mașini electrice;

- fig. 3, exemplu de mașină electrică dublu excitată cu înfășurarea indusului în inel 35 amplasată la suprafața jugului fără crestături;

- fig. 4, exemplu de mașină electrică dublu excitată cu înfășurarea indusului în inel 37 amplasată în crestături.

Mașina electrică dublu excitată, conform invenției (fig. 3), are în alcătuire: 39 un indus constituit dintr-un jug 1, feromagnetic, realizat sub forma unui toroid gol în interior, pe care este dispusă o bobină 2, realizată cu niște conductoare spiralate, în formă 41 de inel, prin bobinarea jugului 1, feromagnetic, toroidal;

niște înfășurări 2.a, 2.b, semicirculare, aferente bobinei 2, inelare, menționată, 43 înfășurări 2.a, 2.b ce cuprind o înfășurare 2.a, având un prim sens de dus, dispusă la exterior în raport cu jugul 1, feromagnetic, precum și o înfășurare 2.b, având un al doilea 45 sens de întors, dispusă la interior în raport cu același jug 1, feromagnetic;

RO 125881 Β1 un inductor 3, dublu, realizat cu două secțiuni inductoare 3.a, 3.b, interconsolidate, care flanchează bilateral indusul realizat cu jugul 1, feromagnetic și înfășurări 2.a, 2.b, în formă de inel, secțiuni inductoare 3.a, 3.b, realizate fiecare din câte un jug feromagnetic, toroidal, gol în interior, care cuprind o primă secțiune inductoare 3.a, dispusă la exterior în raport cu indusul realizat cu jugul 1, feromagnetic, și înfășurări 2.a, 2.b, în formă de inel, precum și o a doua secțiune inductoare 3.a, dispusă la interior în raport cu același indus realizat cu jugul 1, feromagnetic, și înfășurări 2.a, 2.b, în formă de inel;

niște poli 4, 5, magnetici, în dispunere heteropolară, amplasați fiecare pe câte unul din jugurile feromagnetice, toroidale, aferente celor două secțiuni inductoare 3.a, 3. b cu care este prevăzut inductorul 3, amplasare realizată respectiv la interior, în cazul primei secțiuni inductoare 3.a, exterioare, și, respectiv, la exterior, în cazul celei de-a doua secțiuni inductoare 3.b, interioare; mașina electrică dublu excitată mai cuprinzând:

două întrefieruri δ₆, δ_Η utile, create în spațiul delimitat de fețele polilor 4, 5, magnetici și suprafețele de formă semitoroidală, exterioară și interioară, create de ansamblul înfășurărilor 2.a, 2.b, semicirculare ale bobinei 2 inelare, dispusă pe jugul 1, feromagnetic, toroidal, gol, întrefieruri δθ, δ, care determină apariția unortensiuni electromotoare induse de același semn, datorită unei duble activări a înfășurărilor 2.a, 2.b, aferente indusului, respectiv, atât a înfășurării 2.a de dus, cât și a înfășurării 2.b de întors, aferente bobinei 2 a indusului.

Mașina electrică dublu excitată, conform invenției (fig. 3 și 4), poate avea rol de generator sau motor, putând fi realizată atât în variantă sincronă, cât și de curent continuu, având, după caz:

fie un stator realizat cu un indus cu jug 1, feromagnetic, și bobină 2, inelară prevăzută cu înfășurări 2.a, 2.b, semicirculare, și un rotor dublu realizat cu un inductor 3, dublu, prevăzut cu două secțiuni inductoare 3.a, 3.b, interconsolidate, care flanchează bilateral indusul realizat cu jug 1, feromagnetic, toroidal, și bobină 2, inelară;

fie un rotor realizat cu un indus cu jug 1, feromagnetic, și bobină 2, inelară prevăzută cu înfășurări 2.a, 2.b, semicirculare, și un stator dublu realizat cu un inductor 3, dublu, prevăzut cu două secțiuni inductoare 3.a, 3.b, interconsolidate, care flanchează bilateral indusul realizat cu jug 1, feromagnetic, toroidal, și bobină 2, inelară.

Mașina electrică dublu excitată, conform invenției (fig. 3 și 4), cuprinde un inductor 3, dublu, prevăzut cu mijloace de excitație de tip electromagnetic, magnetic sau mixt, secțiunile inductoare 3.a, 3.b fiind echipate, în acest sens, cu poli 4, 5, magnetici, realizați fie cu electromagneți, fie cu magneți permanenți, fie mixt, respectiv, electromagneți și magneți permanenți.

Mașina electrică dublu excitată, conform invenției (fig. 3 și 4), poate cuprinde un inductor 3, dublu, care are una sau ambele secțiuni inductoare 3.a, 3.b, echipate cu magneți permanenți și circuit magnetic Halbach, magneți permanenți realizați din material feromagnetic, permanent, dispus în repere de formă geometrică corespunzătoare și direcție de magnetizare cu rotire progresivă, pentru orientarea optimă a liniilor câmpului magnetic.

Mașina electrică dublu excitată, conform invenției (fig. 3 și 4), poate cuprinde un inductor 3, dublu, care are una sau ambele secțiuni inductoare 3.a, 3.b, exterioară și/sau interioară, echipate cu poli 4, 5, gheară, prevăzuți cu electromagneți, și un indus cu bobină de excitație unică, toroidală, coaxială cu arborele mașinii electrice.

RO 125881 Β1

Mașina electrică dublu excitată, conform invenției (fig. 4), poate cuprinde un indus 1 realizat cu un jug 1, feromagnetic, toroidal, gol, prevăzut, la exterior și/sau la interior, cu crestături 6.a, 6.b în care se introduc înfășurările 2.a, 2.b, semicirculare, de dus și/sau de 3 întors, 2.b, aferente bobinei 2, inelare, mărimea întrefierurilor δθ, δ_Η diminuată în acest caz, fiind determinată exclusiv de spațiul delimitat de fețele polilor 4, 5, magnetici, și suprafețele 5 de formă semitoroidală, exterioară și interioară, ale jugului 1, feromagnetic, toroidal, gol, aferent indusului. 7

Claims (6)

1. Revendicări

   1. Mașină electrică dublu excitată, cu rol de generator sau de motor, în variantă sincronă sau de curent continuu, caracterizată prin aceea că are în alcătuire:

   un indus constituit dintr-un jug (1) feromagnetic, realizat sub forma unui toroid, gol în interior, pe care este dispusă o bobină (2) realizată cu niște conductoare spiralate, în formă de inel, prin bobinarea jugului (1) feromagnetic, toroidal;

   niște înfășurări (2.a, 2.b) semicirculare, aferente bobinei (2) inelare, menționată, înfășurări (2.a, 2.b) ce cuprind o înfășurare (2.a) având un prim sens de dus, dispusă la exterior în raport cu jugul (1) feromagnetic, precum și o înfășurare (2.b) având un al doilea sens de întors, dispusă la interior în raport cu același jug (1) feromagnetic;

   un inductor (3) dublu, realizat cu două secțiuni inductoare (3.a, 3.b) interconsolidate, care flanchează bilateral indusul realizat cu jug (1) feromagnetic și înfășurări (2.a, 2.b) în formă de inel, secțiuni inductoare (3.a, 3.b) realizate fiecare din câte un jug feromagnetic, toroidal, gol în interior, care cuprind o primă secțiune inductoare (3.a), dispusă la exterior în raport cu indusul realizat cu jug (1) feromagnetic și înfășurări (2.a, 2.b) în formă de inel, precum și o a doua secțiune inductoare (3.a), dispusă la interior în raport cu același indus realizat cu jug (1) feromagnetic și înfășurări (2.a, 2.b) în formă de inel;

   niște poli (4, 5) magnetici în dispunere heteropolară, amplasați fiecare pe câte unul din jugurile feromagnetice, toroidale, aferente celor două secțiuni inductoare (3.a, 3.b) cu care este prevăzut inductorul (3), amplasare realizată respectiv la interior, în cazul primei secțiuni inductoare (3.a), exterioare, și, respectiv, la exterior, în cazul celei de-a doua secțiuni inductoare (3.b), interioare; mașina electrică dublu excitată mai cuprinzând:

   două întrefieruri (δθ, δ,) utile, create în spațiul delimitat de fețele polilor (4, 5) magnetici și suprafețele de formă semitoroidală, exterioară și interioară, create de ansamblul înfășurărilor (2.a, 2.b) semicirculare ale bobinei (2) inelare, dispuse pe jugul (1) feromagnetic, toroidal, gol, întrefieruri (δθ, δ|) care determină apariția unor tensiuni electromotoare induse de același semn, datorită unei duble activări a înfășurărilor (2.a, 2.b) aferente indusului, respectiv atât a înfășurării (2.a) de dus, cât și a înfășurării (2.b) de întors, aferente bobinei (2) a indusului.
2. 2. Mașină electrică, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că are în alcătuire:

   un stator realizat cu un indus cu jug (1) feromagnetic și bobină (2) inelară prevăzută cu înfășurări (2.a, 2.b) semicirculare și un rotor dublu realizat cu un inductor (3) dublu, prevăzut cu două secțiuni inductoare (3.a, 3.b) interconsolidate, care flanchează bilateral indusul realizat cu jug (1) feromagnetic, toroidal, și bobină (2) inelară; sau un rotor realizat cu un indus cu jug (1) feromagnetic și bobină (2) inelară prevăzută cu înfășurări (2.a, 2.b) semicirculare și un stator dublu realizat cu un inductor (3) dublu, prevăzut cu două secțiuni inductoare (3.a, 3.b) interconsolidate, care flanchează bilateral indusul realizat cu jug (1) feromagnetic, toroidal și bobină (2) inelară.
3. 3. Mașină electrică, conform revendicării 1 sau 2, caracterizată prin aceea că aceasta cuprinde un inductor (3) dublu, prevăzut cu mijloace de excitație de tip electromagnetic, magnetic sau mixt, secțiunile inductoare (3.a, 3.b) fiind echipate, în acest sens, cu poli (4, 5) magnetici, realizați fie cu electromagneți, fie cu magneți permanenți, fie mixt, respectiv electromagneți și magneți permanenți.

   RO 125881 Β1
4. 4. Mașină electrică, conform revendicării 3, caracterizată prin aceea că poate 1 cuprinde un inductor (3) dublu, care are una sau ambele secțiuni inductoare (3.a, 3.b) echipate cu magneți permanenți și circuit magnetic Halbach, magneți permanenți realizați din material 3 feromagnetic permanent, dispus în repere de formă geometrică corespunzătoare și direcție de magnetizare cu rotire progresivă, pentru orientarea optimă a liniilor câmpului magnetic. 5
5. 5. Mașină electrică, conform revendicării 3, caracterizată prin aceea că poate cuprinde un inductor (3) dublu, care are una sau ambele secțiuni inductoare (3.a, 3.b), exte- 7 rioară și/sau interioară, echipate cu poli (4, 5) gheară, prevăzuți cu electromagneți, și un indus cu bobină de excitație unică, toroidală, coaxială cu arborele mașinii electrice. 9
6. 6. Mașină electrică, conform oricăreia dintre revendicările de la 1 la 6, caracterizată prin aceea că poate cuprinde un indus realizat cu un jug (1) feromagnetic, toroidal, gol, 11 prevăzut, la exterior și/sau la interior, cu crestături (6.a, 6.b) în care se introduc înfășurările (2.a, 2.b) semicirculare, de dus și/sau de întors (2.b), aferente bobinei (2) inelare, 13 mărimea întrefierurilor (δθ, δ|), diminuată în acest caz, fiind determinată exclusiv de spațiul delimitat de fețele polilor (4, 5) magnetici și suprafețele de formă semitoroidală, exterioară 15 și interioară, ale jugului (1) feromagnetic, toroidal, gol, aferent indusului.