SE524857C2 - Rotating electric machine, stator for such and use of stator - Google Patents
Rotating electric machine, stator for such and use of statorInfo
- Publication number
- SE524857C2 SE524857C2 SE0202985A SE0202985A SE524857C2 SE 524857 C2 SE524857 C2 SE 524857C2 SE 0202985 A SE0202985 A SE 0202985A SE 0202985 A SE0202985 A SE 0202985A SE 524857 C2 SE524857 C2 SE 524857C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- tooth
- rotor
- stator
- distance
- seen
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
- H02K1/16—Stator cores with slots for windings
Abstract
Description
524 857 “2 För tydlighets skull avser termen anlöpande kant en tands första kant betraktat tangentiellt i rotoms rotationsriktning och en avlöpande kant en tands andra kant betraktat tangentiellt i rotationsriktningen. Termen temperaturíörhöjning avser en end-effekt beroende temperaturförhöjning i statortändema (rotortänderna). Vidare avser terrnerna radiellt tvärsnitt respektive axiell utsträckning ett plan som är vinkelrätt mot rotoms rotationsaxel respektive en utsträckning i en riktning som är parallell med rotoms rotationsaxel. 524 857 “2 For the sake of clarity, the term abutting edge refers to the first edge of a tooth viewed tangentially in the direction of rotation of the rotor and a sloping edge to the second edge of a tooth viewed tangentially in the direction of rotation. The term temperature increase refers to an end-effect dependent temperature increase in the stator teeth (rotor teeth). Furthermore, the turns radially cross-section and axial extent, respectively, refer to a plane which is perpendicular to the axis of rotation of the rotor and an extension in a direction which is parallel to the axis of rotation of the rotor.
Föreliggande uppfinning är baserad på insikten att temperaturtörhöjningen som uppstår i statortändema hos en stator i en roterande elektrisk maskin under drift orsakas av en s.k. ändeffekt (”end effect”) som uppstår i området vid respektive tands avlöpande kant. Denna ändeffekt skapas i sin tur av en fälttörskjutning i det magnetfält som under drift av maskinen alstras i luftgapet mellan respektive tand hos statom och rotoms mantelyta. Den magnetiska flödestätheten hos magnetfaltet som under drift alstras mellan var och en av statoms tänder och rotoms mantelyta ökar successivt från respektive tands anlöpande kant till dess avlöpande kant och bildar ett högt peak-värde vid den avlöpande kanten. Således uppvisar flödestätheten i luftgapet mellan en statortand och rotorn en mycket ojämn fördelning. Omedelbart efter den avlöpande kanten avtar flödestätheten mycket snabbt, vilket får till följd att mycket höga strömmar induceras i var och en av statoms tänder och i synnerhet vid den avlöpande kanten.The present invention is based on the insight that the temperature rise which occurs in the stator ends of a stator in a rotating electric machine during operation is caused by a so-called end effect that occurs in the area at the deflecting edge of each tooth. This end effect is in turn created by a field drying in the magnetic field which during operation of the machine is generated in the air gap between the respective tooth of the stator and the mantle surface of the rotor. The magnetic fl density of the magnetic field generated during operation between each of the teeth of the stator and the mantle surface of the rotor gradually increases from the abutting edge of each tooth to its sloping edge and forms a high peak value at the sloping edge. Thus, fl the fate density in the air gap between a stator tooth and the rotor shows a very uneven distribution. Immediately after the draining edge, the fl density decreases very rapidly, with the result that very high currents are induced in each of the teeth of the stator and in particular at the draining edge.
Detta medför i sin tur en signifikant temperaturökning i tanden och särskilt i området vid den avlöpande kanten. Genom att åstadkomma en jämn fördelning av flödestätheten under respektive tand hos statorn eller, med andra ord, genom att påverka eller forma det under drift alstrade magnetfaltet så att flödestätheten uppvisar en jämnare fördelning kan man således uppnå en reduktion av flödestäthetens peak-värde vid respektive tands avlöpande kant och därmed reduceras kraftigt de i statortändema inducerade strömmarna. Därigenom reducerar eller begränsar man följaktligen kraftigt den tidigare diskuterade temperaturhöjningen.This in turn causes a significant temperature increase in the tooth and especially in the area at the draining edge. By achieving an even distribution of the fl density under each tooth of the stator or, in other words, by influencing or shaping the magnetic field generated during operation so that the upp density shows a more even distribution, one can thus achieve a reduction of the värde peak value at each tooth sloping edge and thus greatly reduces the currents induced in the stator teeth. Consequently, the temperature increase previously discussed is greatly reduced or limited.
Enligt en första aspekt av föreliggande uppfinning tillhandahålles en roterande elektrisk maskin som innefattar en stator och en rotor. Statom är försedd med ett flertal tänder som var och en har väsentligen samma utformning i varje enskilt radiellt tvärsnitt. Tänderna är anordnade på lika avstånd från varandra på statoms mot rotom riktade periferi, m.a.o. är de separerade från varandra med axiellt utsträckta spår. Vidare är tänderna så anordnade att ett luftgap bildas mellan rotoms mantelyta och respektive tands mot rotom riktade yta. Åtminstone en del av nämnda yta hos respektive tand, sett i en riktning parallell med rotoms rotationsaxel, är anordnad med ett förhållande mellan ett första avstånd mellan anlöpande kant, sett tangentiellt i rotoms rotationsriktning, och rotoms mantelyta och ett andra avstånd mellan avlöpande kant, sett i nämnda riktning, och rotoms mantelyta, i stånd att forma det magnet falt som under drift alstras mellan ytan hos respektive tand och rotoms mantelyta så att fältets flödestäthet blir väsentligen jämnt fördelad över hela tandens bredd i tangentiell riktning.According to a first aspect of the present invention, there is provided a rotating electric machine comprising a stator and a rotor. The stator is equipped with a number of teeth, each of which has essentially the same design in each individual radial cross-section. The teeth are arranged at equal distances from each other on the periphery of the stator facing the rotor, i.e. are they separated from each other by axially extending grooves. Furthermore, the teeth are arranged so that an air gap is formed between the circumferential surface of the rotor and the surface of the respective tooth facing the rotor. At least a part of said surface of each tooth, seen in a direction parallel to the axis of rotation of the rotor, is arranged with a ratio of a first distance between the leading edge, seen tangentially in the direction of rotation of the rotor, and the circumferential surface of the rotor and a second distance between in said direction, and the mantle surface of the rotor, capable of forming the magnetic field generated during operation between the surface of the respective tooth and the mantle surface of the rotor so that the field density density is substantially evenly distributed over the entire width of the tooth in the tangential direction.
Enligt en andra aspekt av föreliggande uppfinning tillhandahålles en stator för användning i en roterande elektrisk maskin som innefattar en rotor. Statom är försedd med ett flertal tänder som var och en har väsentligen samma utforirming i varje enskilt radiellt tvärsnitt av statom.According to a second aspect of the present invention, there is provided a stator for use in a rotary electric machine comprising a rotor. The stator is provided with a number of teeth, each of which has essentially the same design in each individual radial cross-section of the stator.
Tänderna är anordnade på lika avstånd från varandra på statoms periferi, m.a.o. är de separerade från varandra med axiellt utsträckta spår. Vidare är tändema så anordnade att det, vid användning i nämnda maskin, bildas ett luftgap mellan rotoms mantelyta och respektive tands mot rotom riktade yta. Åtminstone en del av nämnda yta hos respektive tand, sett i en riktning parallell med rotoms rotationsaxel, är anordnad med ett förhållande mellan ett första avstånd mellan anlöpande kant, sett tangentiellt i rotoms rotationsriktning, och rotoms 524 857 .3 mantelyta och ett andra avstånd mellan avlöpande kant, sett i den tidigare nämnda riktningen, och rotoms mantelyta, i stånd att forma det magnet fält som under drift alstras mellan ytan hos respektive tand och rotoms mantelyta så att fältets flödestäthet blir väsentligen jämn över hela tandens bredd i tangentiell riktning.The teeth are arranged at equal distances from each other on the periphery of the stator, i.e. are they separated from each other by axially extending grooves. Furthermore, the teeth are arranged such that, when used in said machine, an air gap is formed between the mantle surface of the rotor and the surface of the respective tooth facing the rotor. At least a part of said surface of each tooth, seen in a direction parallel to the axis of rotation of the rotor, is arranged with a ratio of a first distance between the leading edge, seen tangentially in the direction of rotation of the rotor, and the circumferential surface of the rotor and a second distance between deflecting edge, seen in the aforementioned direction, and the mantle surface of the rotor, capable of forming the magnetic field generated during operation between the surface of the respective tooth and the mantle surface of the rotor so that the field density density becomes substantially uniform across the entire width of the tooth in the tangential direction.
Enligt en tredje aspekt av föreliggande uppfinning tillhandahålles en roterande elektrisk maskin som innefattar en stator och en rotor, vilken rotor har ett flertal tänder som var och en har väsentligen samma utformning i varje enskilt radiellt tvärsnitt. Tändema är anordnade på lika avstånd från varandra på rotoms mot statom riktade periferi. Vidare är tänderna så anordnade att ett luftgap bildas mellan statoms mantelyta och respektive tands mot statom riktade yta. Åtminstone en del av nämnda yta hos respektive tand, sett i statoms axiella riktning, är anordnad med ett förhållande mellan ett första avstånd mellan anlöpande kant, sett tangentiellt i rotoms rotationsriktning, hos respektive tand och rotorns mantelyta och ett andra avstånd mellan avlöpande kant, sett i nämnda riktning, hos respektive tand och rotoms mantelyta, i stånd att forma det magnet fält som under drift alstras mellan närrmda yta hos respektive tand och statorns mantelyta så att fáltets flödestäthet blir väsentligen jämnt fördelad över hela tandens bredd i tangentiell riktning.According to a third aspect of the present invention there is provided a rotating electric machine comprising a stator and a rotor, the rotor having a plurality of teeth each having substantially the same configuration in each individual radial cross-section. The igniters are arranged at equal distances from each other on the periphery of the rotor towards the stator. Furthermore, the teeth are arranged so that an air gap is formed between the mantle surface of the stator and the surface of the respective tooth facing the stator. At least a part of said surface of each tooth, seen in the axial direction of the stator, is arranged with a ratio of a first distance between the leading edge, seen tangentially in the direction of rotation of the rotor, of each tooth and the rotor surface of the rotor and a second distance between in said direction, at the respective tooth surface of the tooth and the rotor, capable of forming the magnetic field generated during operation between the adjacent surface of the respective tooth and the mantle surface of the stator so that the field density density is substantially evenly distributed over the entire width of the tooth in the tangential direction.
Det har visats sig att tändernas utformning har en avsevärd influens eller påverkan på det magnetfält som vid drift alstras mellan statoms tänder och rotoms mantelyta och därmed det magnetiska flödet mellan respektive tand och rotoms mantelyta. Detta gäller i syrmerhet förhållandet mellan det första avståndet och det andra avståndet vid respektive tand. Man kan således påverka och forma det magnetiska flödet mellan rotoms mantelyta och tandens yta över hela dess bredd genom utfominingen av detta förhållande i varje enskilt radiellt tvärsnitt.It has been found that the design of the teeth has a considerable difference or influence on the magnetic field generated during operation between the teeth of the stator and the mantle surface of the rotor and thus the magnetic mellan between the tooth and the mantle surface of the rotor. This applies in particular to the relationship between the first distance and the second distance at each tooth. One can thus influence and shape the magnetic fl between the mantle surface of the rotor and the surface of the tooth over its entire width by defining this relationship in each individual radial cross-section.
Exempelvis kan en del av tandens mot rotoms mantelyta riktade yta ha ett visst förhållande mellan det första avståndet och det andra avståndet medan resten av ytan har ett annat förhållande. En enskild tand kan alltså ha en utforrrming som inte är densamma utefter dess axiella utsträckning, vilket innebär att luftgapets utfomining kan skilja sig åt i olika enskilda radiella tvärsnitt utefter den axiella utsträckningen av luftgapet. Genom en noggrarm anpassning av detta förhållandet kan man följaktligen åstadkomma en väsentligen jämnt fördelad magnetisk flödestäthet i tangentiell riktning och således uppnå en betydande reduktion av det tidigare diskuterade peak-värdet. Därmed induceras endast mycket små strömmar i statoms tänder och följaktligen begränsas eller reduceras temperaturförhöjning nästan helt.For example, a part of the surface of the tooth facing the mantle surface of the rotor may have a certain ratio between the first distance and the second distance while the rest of the surface has a different ratio. An individual tooth can thus have a design which is not the same according to its axial extent, which means that the design of the air gap can differ in different individual radial cross-sections along the axial extent of the air gap. By a careful adjustment of this ratio, it is consequently possible to achieve a substantially evenly distributed magnetic fl density in the tangential direction and thus to achieve a significant reduction of the previously discussed peak value. Thus, only very small currents are induced in the teeth of the stator and consequently temperature rise is limited or reduced almost completely.
En roterande elektrisk maskin enligt uppfinningen medför alltså ett flertal fördelar jämfört med kända lösningar. Exempelvis förbättras verkningsgraden avsevärt och effekttätheten blir högre. Vidare medför den temperatursänkning som man uppnår genom användningen av uppfinningen i en elektrisk maskin att maskinens livslängd förlängs väsentligt eftersom det termiska påkänningen på maskinen minskar. Därmed blir också underhållskostnadema och reparationskostnadema lägre. Maskinens reliability och availablity förbättras också avsevärt.A rotating electric machine according to the invention thus entails a number of advantages compared with known solutions. For example, the efficiency is significantly improved and the power density becomes higher. Furthermore, the temperature reduction achieved by the use of the invention in an electric machine means that the service life of the machine is significantly extended as the thermal stress on the machine is reduced. This also reduces maintenance costs and repair costs. The machine's reliability and availablity are also significantly improved.
Andra fördelar är att tillverkningskostnadema och installationskostnadema för en maskin enligt uppfinningen blir betydligt lägre jämfört med konventionella maskiner då man inte behöver utrusta den roterande elektriska maskinen enligt uppfinningen med någon förstärkt kylning för just de drabbade tandområdena. Vidare blir driftsäkerheten högre på grund av att den tenniska påkänningen i en maskin enligtuppfinningen är avsevärt mindre jämfört med konventionella maskiner. Då man inte behöver använda någon speciell kylning innebär att underhållskostnadema och reparationskostnaderna kan reduceras ytterligare. 524 857 4 Ytterligare en fördel med en uppfinningen är att man undviker plåtskador eller ”plåtbrand” som är ett problem i roterande elektriska maskiner. Plåtbrand innebär att statorplattoma, vilka statom är sammansatt av, får elektrisk kontakt eller smälter ihop på grund av en temperaturförhöjning som uppstår bland annat om den speciella kylningen för statortänderna inte är tillräckligt effektiv eller om den går sönder. Plåtbrand är ett allvarligt fel och i värsta fall leder plåtbrand till att statorplattoma även kortsluts med statoms lindning med maskinhaveri som följd, vilket erfordrar kostsamma reparationsarbeten för att göra maskinen operationsduglig igen och leder till produktíonsbortfall.Other advantages are that the manufacturing costs and installation costs for a machine according to the invention are significantly lower compared to conventional machines as it is not necessary to equip the rotating electric machine according to the invention with any enhanced cooling for the affected tooth areas. Furthermore, the operational reliability becomes higher due to the fact that the tennis stress in a machine according to the invention is considerably less compared with conventional machines. Since you do not need to use any special cooling, this means that maintenance costs and repair costs can be further reduced. 524 857 4 Another advantage of this invention is that it avoids sheet metal damage or “sheet metal fire” which is a problem in rotating electrical machines. Sheet metal fire means that the stator plates, of which the stator is composed, get electrical contact or fuse together due to a temperature increase that occurs, among other things, if the special cooling for the stator teeth is not sufficiently efficient or if it breaks. Sheet metal fire is a serious fault and in the worst case, sheet metal fire leads to the stator plates also being short-circuited with the stator winding with machine breakdown as a result, which requires costly repair work to make the machine operational again and leads to production loss.
Ovannämnda fördelar bidrar samtliga dessutom till att maskinens LCC (”Life cycle cost”), d.v.s. samtliga kostnader som maskinen ger upphov till under hela dess livscykel, blir betydligt lägre jämfört med konventionella elektriska maskiner, vilket är en viktig faktor vid investeringsbeslut.The above advantages all also contribute to the machine's LCC ("Life cycle cost"), i.e. All the costs that the machine gives rise to throughout its life cycle are significantly lower compared to conventional electric machines, which is an important factor in investment decisions.
I en föredragen utföringsform är hela den mot rotom riktade ytan hos respektive tand, sett i statoms axiella riktning, anordnad med väsentligen samma förhållande mellan det första avståndet och det andra avståndet. Följaktligen har varje enskild statortand enligt denna utföringsform väsentligen samma utformning utefter hela tandens axiella utsträckning. Det innebär att luftgapet kommer att ha väsentligen samma utseende i varje enskilt radiellt tvärsnitt utefter rotoms rotationsaxel.In a preferred embodiment, the entire rotor-facing surface of each tooth, seen in the axial direction of the stator, is arranged with substantially the same ratio between the first distance and the second distance. Accordingly, each individual stator tooth according to this embodiment has substantially the same design along the entire axial extent of the tooth. This means that the air gap will have substantially the same appearance in each individual radial cross-section along the axis of rotation of the rotor.
Enligt en fördragen utföringsforrn är respektive tand utformad så att avståndet mellan den anlöpande kanten hos statortanden och rotoms mantelyta är mindre än avståndet mellan den avlöpande kanten hos statortanden och rotoms mantelyta. Genom detta förhållande mellan avstånden eller genom denna utformning åstadkommer man ett luftgap mellan respektive tand och rotoms mantelyta vars höjd vid tandens anlöpande sida alltså är mindre än dess höjd vid tandens avlöpande sida. Denna utforrrming av statoms tänder har visats sig vara fördelaktig vad gäller att forma eller påverka magnetfältet så att den magnetiska flödestätheten mellan respektive tand och rotoms mantelyta uppvisar en jämnare fördelning, vilket hämmar temperaturutvecklingen ytterligare.According to a preferred embodiment, each tooth is designed so that the distance between the leading edge of the stator tooth and the mantle surface of the rotor is less than the distance between the sloping edge of the stator tooth and the mantle surface of the rotor. Due to this relationship between the distances or through this design, an air gap is created between the respective tooth and the mantle surface of the rotor, the height of which at the leading side of the tooth is thus less than its height at the lowering side of the tooth. This design of the teeth of the stator has been found to be advantageous in shaping or influencing the magnetic field so that the magnetic density density between the respective tooth and the mantle surface of the rotor shows a more even distribution, which further inhibits the temperature development.
Enligt en föredragen utföringsform är respektive tands yta utfonnad så att luftgapets höjd ökar kontinuerligt, betraktat tangentiellt i nämnda rotationsriktning. Därmed åstadkommer man ett luftgap som successivt blir större, axiellt betraktat. Denna utfomrning av statoms tänder har visats sig vara särskilt fördelaktig vad gäller att påverka och forma magnetfältet. Man kan genom denna utformning av tandens mot rotom riktade yta uppnå en jämnare fördelad flödestäthet över hela tandens bredd (i tangentiell riktning) och begränsar således temperaturutvecklingen än mer. På så sätt förstärks eller förbättras med andra ord de gynnsamma effektema avseende förlustreduktion, verkningsgrad, effekttäthet, livslängd, reliability, availability och LCC.According to a preferred embodiment, the surface of each tooth is formed so that the height of the air gap increases continuously, viewed tangentially in said direction of rotation. This creates an air gap that gradually becomes larger, axially viewed. This design of the teeth of the stator has been found to be particularly advantageous in terms of influencing and shaping the magnetic field. Through this design of the tooth facing the rotor, a more evenly distributed flow density can be achieved over the entire width of the tooth (in the tangential direction) and thus the temperature development is further limited. In other words, the beneficial effects regarding loss reduction, efficiency, power density, service life, reliability, availability and LCC are enhanced or improved.
Enligt en föredragen utföringsforrn har den mot rotom riktade ytan hos statoms samtliga tänder i varje radiellt tvärsnitt formen av en cirkelbåge som har samma medelpunkt som rotoms mantelyta, men då det första avståndet är mindre än det andra avståndet kommer cirkelbågen och rotoms mantelyta inte att vara koncentriska. I andra föredragna utföringsformer är ytan i varje radiellt tvärsnitt hos samtliga tänder väsentligen konkav eller väsentligen konvex sett i en riktning vinkelrätt mot rotoms mantelyta.According to a preferred embodiment, the rotor-facing surface of all the teeth of the stator in each radial cross-section has the shape of an arc having the same center as the mantle surface of the rotor, but since the first distance is less than the second distance, the arc and the mantle surface will not be concentric . In other preferred embodiments, the surface of each radial cross-section of all teeth is substantially concave or substantially convex when viewed in a direction perpendicular to the circumferential surface of the rotor.
I en föredragen utföringsform är ett centralt parti av ytan hos respektive tand, sett i en axiell riktning, anordnad med ett första förhållande mellan det första avståndet och det andra 52487 i s avståndet och ändpartier hos respektive tand, sett i nämnda axiella riktning, anordnade med ett andra förhållande mellan det första avståndet och det andra avståndet. (fl Enligt en föredragen utföringsform är det första avståndet är väsentligen samma som det andra avståndet i det första förhållandet och det första avståndet är mindre än det andra avståndet i det andra förhållande. Enligt ett altemativ är statoms ändpartier, axiellt sett, anordnade med det andra förhållandet och att statoms centrala parti är anordnat med det första förhållandet. Vidare är respektive tands mot rotoms mantelyta riktade yta, i respektive parti, så utformad att medelluftgapet, d.v.s. det genomsnittliga luftgapet, är lika stort i det första och det andra förhållandet. Denna konstruktion är tördelaktig i maskiner där det axiella läckflödet från rotorlindningama är betydande och temperaturíörhöjningen är särskilt stor i tändema på statoms axiella ändpartier och man kan med denna konstruktion åstadkomma en väsentligen jämnt fördelad magnetisk flödestäthet i tangentiell riktning och således uppnå en betydande reduktion av peak-värdet i flödestätheten. Därmed induceras endast mycket små strömmar i statoms tänder och följaktligen begränsas eller reduceras temperaturförhöjning avsevärt.In a preferred embodiment, a central portion of the surface of each tooth, seen in an axial direction, is provided with a first relationship between the first distance and the second distance and end portions of the respective tooth, seen in said axial direction, are arranged with a second relationship between the first distance and the second distance. According to a preferred embodiment, the first distance is substantially the same as the second distance in the first relationship and the first distance is less than the second distance in the second relationship. According to an alternative, the end portions of the stator are, axially, arranged with the second Furthermore, the respective portion of the tooth facing the rotor mantle surface, in each portion, is designed so that the mean air gap, i.e. the average air gap, is equal in the first and second ratios. is tedious in machines where the axial leakage from the rotor windings is significant and the temperature increase is particularly large in the teeth on the axial end portions of the stator and with this construction a substantially evenly distributed magnetic fl density in the tangential direction can be achieved and thus achieve a significant reduction in peak value. fl the density of destiny, thus only much is induced small currents in the teeth of the stator and consequently the temperature increase is significantly reduced or reduced.
Ytterligare syften och fördelar med uppfinningen kommer att diskuteras nedan med hjälp av exemplifierande utföringsformer.Additional objects and advantages of the invention will be discussed below by way of exemplary embodiments.
Beskrivning av figgrer Exemplifierande utföringsfomier av uppfinningen kommer att beskrivas nedan med hänvisning till bifogade ritningar på vilka: F ig. IA visar schematiskt den magnetiska flödestätheten i luftgapet Bö mellan en statortand och rotoms mantelyta i en konventionell roterande elektrisk maskin, betraktat i en axiell riktning; Fig. lB visar schematiskt den magnetiska flödestätheten i luftgapet Bf, mellan en statortand och rotoms mantelyta i en roterande elektrisk maskin enligt en uppfinningen, betraktat i en axiell riktning; Fig. 2 visar schematiskt ett radiellt tvärsnitt av en första utföringsfonn av en roterande elektrisk maskin enligt uppfinningen; Fig. 3 visar schematiskt ett radiellt tvärsnitt av en andra utföringsform av en roterande elektrisk maskin enligt uppfinningen; F ig. 4 visar schematiskt ett radiellt tvärsnitt av en tredje utföringsform av en roterande elektrisk maskin enligt uppfinningen; Fig. 5 visar schematiskt ett axiellt tvärsnitt, utefter en statortands avlöpande yta, av en fjärde utföringsform av en roterande elektrisk maskin enligt uppfinningen; Fig. 6A visar schematiskt ett radiellt tvärsnitt av statortanden i fig. 5 utefter linjen A-A°; och Fig. 6B visar schematiskt ett radiellt tvärsnitt av statortanden i fig. 5 utefter linjen B-B”.Description of Figures Exemplary embodiments of the invention will be described below with reference to the accompanying drawings, in which: Figs. IA schematically shows the magnetic fl density in the air gap Bö between a stator tooth and the mantle surface of the rotor in a conventional rotary electric machine, viewed in an axial direction; Fig. 1B schematically shows the magnetic fl density in the air gap Bf, between a stator tooth and the mantle surface of the rotor in a rotating electric machine according to an invention, viewed in an axial direction; Fig. 2 schematically shows a radial cross-section of a first embodiment of a rotating electric machine according to the invention; Fig. 3 schematically shows a radial cross-section of a second embodiment of a rotating electric machine according to the invention; F ig. 4 schematically shows a radial cross-section of a third embodiment of a rotating electric machine according to the invention; Fig. 5 schematically shows an axial cross-section, along a sloping surface of a stator tooth, of a fourth embodiment of a rotating electric machine according to the invention; Fig. 6A schematically shows a radial cross-section of the stator tooth in fi g. 5 along the line A-A °; and Fig. 6B schematically shows a radial cross-section of the stator tooth in Fig. 5 along the line B-B '.
Beskrivning av föredragna utíöringsforrner (TI 524 -e Med hänvisning först till fig. IA och fig. IB kommer en generell beskrivning av den teoretiska bakgrunden att ges. I fig. IA och fig. IB anges den magnetiska flödestätheten Bö i luftgapet på y-axeln och rotoms mantelyta, i ett radiellt tvärsnitt, på x-axeln. Vidare visas ett radiellt tvärsnitt av statortand enligt konventionell utformning respektive en statortand enligt uppfinningen med streckade linjer i fig. IA respektive IB. I figurerna 2-6 visas schematiskt olika utföringsforrner av uppfinningen. För tydlighetsskull visas statortändema i samtliga flgurer 2-6 utan lindning. Vidare visas i samtliga figurer endast det nedre partiet av statortändema. 7 Fig. 1A visar schematiskt hur den magnetiska flödestätheten H5 i luftgapet mellan en statortand 2 av konventionell och rotoms mantelyta i en konventionell roterande elektrisk maskin varierar över statortandens bredd b,, vilket indikeras med hjälp av linjen 1. Såsom kan ses är flödestätheten Bö i luftgapet ojämnt fördelad över luftgapet i tangentiell riktning.Description of Preferred Embodiments (TI 524 -e Referring first to Figs. 1A and fig. 1B, a general description of the theoretical background will be given. In Figs. 1A and Fig. 1B, the magnetic fl density of Bö in the air gap on the y-axis is indicated. The radial cross-section of the stator tooth according to the conventional design and a stator tooth according to the invention with dashed lines in Fig. 1A and 1B, respectively, are shown in a radial cross-section, on a radial cross-section, in Figs. 2-6 schematically show different embodiments of the invention. For the sake of clarity, the stator teeth are shown in all urer clocks 2-6 without winding. Furthermore, only the lower part of the stator teeth are shown in all figures. 7 Fig. 1A shows schematically how the magnetic fl density D5 in the air gap between a stator tooth 2 of conventional and rotor mantle surface in a conventional rotary electric machine varies over the width b ,, of the stator tooth, which is indicated by the line 1. As can be seen, the fl density is Bend in the air gap unevenly distributed over the air gap in the tangential direction.
Flödestätheten Bö i luftgapet ökar successivt från tandens anlöpande kant 3 till ett peak-värde eller maximivärde Bs, peak vid tandens avlöpande kant 4 för att därefter mycket snabbt avta.The flux density Bö in the air gap gradually increases from the tapered edge 3 of the tooth to a peak value or maximum value Bs, peak at the tapered edge 4 of the tooth and then decreases very rapidly.
Detta ger en mycket stor gradient, vilket inducerar mycket stora strömmar i tanden. Dessa strömmar induceras i synnerhet i området vid tandens avlöpande kant, vilket i sin tur medför en avsevärd temperaturförhöjning i detta område.This gives a very large gradient, which induces very large currents in the tooth. These currents are induced in particular in the area at the draining edge of the tooth, which in turn leads to a considerable temperature increase in this area.
I fig. IB visas schematiskt hur den magnetiska flödestätheten i luftgapet Bg, vilket indikeras med hjälp av linjen 5, mellan en statortand 6 enligt uppfinningen och rotorns mantelyta varierar över statortandens bredd b,. I fig. IB framgår det tydligt att flödestätheten i luftgapet Bf, i en maskin enligt uppfinningen uppvisar en jämn fördelning, till skillnad mot den i fig.I fi g. 1B shows diagrammatically how the magnetic fl density in the air gap Bg, which is indicated by the line 5, between a stator tooth 6 according to the invention and the mantle surface of the rotor varies over the width b1 of the stator tooth. In Fig. 1B it is clear that the density density in the air gap Bf, in a machine according to the invention, shows an even distribution, in contrast to that in fi g.
IA visade flödestätheten i luftgapet Bö som uppvisar en mycket ojämn fördelning med en kraftig peak Bö, peak. Det i fig. IA visade peak-värde Bg, mk hos flödestätheten elimineras i det närmaste eller blir åtminstone mycket litet. Därigenom blir gradienten mycket små strömmar induceras i tanden och följaktligen undertrycks temperaturförhöjningen nästan helt.IA showed the fl density of density in the air gap Bö which shows a very uneven distribution with a strong peak Bö, peak. That i fi g. IA showed the peak value Bg, mk of the fl density density is almost eliminated or at least becomes very small. Thereby, the gradient very small currents are induced in the tooth and consequently the temperature increase is suppressed almost completely.
Med hänvisning till fig. 2 visas schematiskt ett radiellt tvärsnitt av en första utföringsform av en del av en roterande elektrisk maskin enligt uppfinningen. I denna utföringsforrn har respektive statortand väsentligen samma utfomining utefter hela den axiella utsträckningen, vilket innebär att varje tand har väsentligen samma utseende i varje enskilt radiellt tvärsnitt utefter rotoms rotationsaxel R. Då roterande elektriska maskiner och dess utforrrming, fimktion och användning är välkända för fackmannen inom området kommer endast de delar som är relevanta för uppfinningen att behandlas i detalj i det följande.With reference to fi g. 2 schematically shows a radial cross-section of a first embodiment of a part of a rotating electric machine according to the invention. In this embodiment, each stator tooth has substantially the same design along the entire axial extent, which means that each tooth has substantially the same appearance in each individual radial cross-section along the axis of rotation R of the rotator. As rotating electrical machines and their design, function and use are well known to those skilled in the art. In this field, only those parts which are relevant to the invention will be discussed in detail in the following.
I fig. 2 innefattar den roterande elektriska maskinen 21 en stator 22 och en rotor 23. Statom 22 är på sin inre periferi försedd med ett flertal tänder 25, varav endast två visas. Tillämpas uppfinningen i en ytterrotorrnaskin är tänderna anordnade på statoms yttre periferi och rotorn är anordnad att rotera kring statom. Vidare visas endast statortändemas 25 nedre parti. Såsom nämnts ovan visas statortändema 25 utan lindning för ökad tydlighet. Tändema 25 på statom 22 är väsentligen lika utformade i varje enskilt radiellt tvärsnitt och har således väsentligen lika tandbredd b, i respektive radiellt tvärsnitt. Tandhöjden definieras som avståndet mellan den mot rotoms mantelyta 26 riktade yta 27 hos respektive tand 25 och en tänkt linje som utgör en förlängning av spårbottens cirkelbåge genom respektive tand 25. Statortändema 25 är anordnade på lika avstånd eller spårbredd d från varandra. Mellan tandytan 27 hos respektive tand 25 och rotoms mantelyta 26 är ett luftgap ö definierat, vars fonn bestäms av tandytans 27 utformning. Rotom 23 är anordnad att rotera kring en central axel (som ej visas) inuti statom 22. Vidare är lindningar (som inte visas) anbringade i statoms spår och vid drift leder lindningama ström samtidigt som rotom 23 roterar i statom 22, varvid ett magnetfält alstras =7 / 524 8 7 mellan rotorn 23 och statom 22. Därmed uppstår ett magnetiskt flöde mellan respektive statortand 25 och rotorn 23, vars flödestäthet Bö bl. a. är en funktion av luftgapets ö utseende eller med andra ord utformningen av den yta 27 hos respektive tand 25 som är riktad mot rotorn 23. Hur detta magnetfält alstras är väl känt för fackmannen inom området varför detta inte behandlas närmare här.I fi g. 2, the rotating electric machine 21 comprises a stator 22 and a rotor 23. The stator 22 is provided on its inner periphery with a number of teeth 25, of which only two are shown. If the invention is applied in an outer rotor machine, the teeth are arranged on the outer periphery of the stator and the rotor is arranged to rotate around the stator. Furthermore, only the lower portion of the stator ends 25 is shown. As mentioned above, the stator teeth 25 are shown without winding for increased clarity. The teeth 25 of the stator 22 are substantially equally shaped in each individual radial cross-section and thus have substantially equal tooth width b, in the respective radial cross-section. The tooth height is defined as the distance between the surface 27 of the respective tooth 25 directed towards the mantle surface 26 of the rotor and an imaginary line which constitutes an extension of the circular arc of the track bottom through the respective tooth 25. The stator ends 25 are arranged at equal distances or track width d from each other. Between the tooth surface 27 of the respective tooth 25 and the circumferential surface 26 of the rotor, an air gap is defined, the shape of which is determined by the design of the tooth surface 27. The rotor 23 is arranged to rotate about a central axis (not shown) inside the stator 22. Furthermore, windings (not shown) are arranged in the grooves of the stator and during operation the windings conduct current while the rotor 23 rotates in the stator 22, generating a magnetic field. = 7/524 8 7 between the rotor 23 and the stator 22. Thereby a magnetic fl fate arises between the respective stator tooth 25 and the rotor 23, whose d density density Bö bl. a. is a function of the appearance of the island of the air gap or in other words the design of the surface 27 of the respective tooth 25 which is directed towards the rotor 23. How this magnetic field is generated is well known to those skilled in the art why this is not discussed further here.
(TI Respektive tand 25 utformad så att avståndet a mellan anlöpande kant 28 och rotoms mantelyta 26 är mindre än avståndet b mellan avlöpande kant 29 och rotoms mantelyta 26, m.a.o. gäller förhållandet a förhållandet a < b S 4a , och mer företrädesvis förhållandet a < b S 2a utefter hela tandens axiella utsträckning. Vidare kan man som ett altemativ anordna anlöpande kant 28 och avlöpande kant 29 med avrundningar, där avrundningen vid anlöpande kant 28 företrädesvis är mindre än avrundningen vid avlöpande kant 29. Detta påverkar på ett gynnsamt sätt fördelningen av magnetfältet i luftgapet under de anlöpande och avlöpande kantema.(TI Respective tooth 25 designed so that the distance a between the abutting edge 28 and the circumferential surface 26 of the rotor is smaller than the distance b between the extending edge 29 and the circumferential surface 26 of the rotor, i.e. the relationship a the relationship a <b S 4a applies, and more preferably the relationship a <b S 2a along the axial extent of the entire tooth Furthermore, as an alternative, the leading edge 28 and the leading edge 29 can be arranged with roundings, where the rounding at the leading edge 28 is preferably smaller than the rounding at the running edge 29. This has a favorable effect on the distribution of the magnetic field. in the air gap below the approaching and descending edges.
Eftersom a Därigenom kommer luftgapet ö inte att ha samma höjd över hela tandens 25 bredd t, utan att ha en, betraktat tangentiellt i rotoms rotationsriktning R, ökande höjd. Givetvis påverkar också mantelytans krökning luftgapets Ö höjd, men den krökning som den cirkulära mantelytan ger upphov till är i allmänhet mycket liten över en enskilds tands bredd bt. Genom att man utformar respektive tand enligt det ovan beskriva sättet, kommer man att forma eller påverka det alstrade magnetfältet så att en väsentligen jämn fördelad flödestäthet Ba över respektive tands bredd b, erhålls.Since a Thus, the air gap ö will not have the same height over the entire width t of the tooth, but will have an, viewed tangentially in the direction of rotation R of the rotor, increasing height. Of course, the curvature of the mantle surface also affects the height of the air gap, but the curvature that the circular mantle surface gives rise to is generally very small over the width of an individual tooth bt. By designing each tooth according to the method described above, one will shape or influence the generated magnetic field so that a substantially evenly distributed fl density density Ba over the width b of each tooth is obtained.
Enligt den i fig. 2 visade utföringsformen har, i varje radiellt tvärsnitt, ytan 27 mellan tandens 25 anlöpande kant 28 och dess avlöpande kant 29 fonnen av en cirkelbåge som har samma medelpunkt som rotorn, men då a rotoms mantelyta. Luftgapet Ö kommer då att öka kontinuerligt från den anlöpande kanten 28 till den avlöpande kanten 29, betraktat tangentiellt i rotoms rotationsriktning R. Även denna ytas 27 form är en funktion av i huvudsak av tandens bredd bt, rotoms periferihastighet v, luftgapets höjd ö, flödestätheten Bg och maskintypen. Fackmannen inser därför att det finns en mängd olika tänkbara ytformer som ryms inom ramen för föreliggande uppfinning, varav ytterligare två tänkbara ytfonner kommer att behandlas nedan i exemplifierande syfte.According to the embodiment shown in Fig. 2, in each radial cross-section, the surface 27 between the abutting edge 28 of the tooth 25 and its sloping edge 29 has the shape of an arc of a circle having the same center as the rotor, but then the mantle surface of the rotor. The air gap Ö will then increase continuously from the leading edge 28 to the descending edge 29, viewed tangentially in the direction of rotation R of the rotor. The shape of this surface 27 is also a function of substantially the tooth width bt, the peripheral velocity v of the rotor, the height density of the air gap Bg and the machine type. Those skilled in the art will therefore recognize that there are a variety of conceivable surface shapes that fall within the scope of the present invention, of which two additional conceivable surface shapes will be discussed below for exemplary purposes.
Med hänvisning till fig. 3 och fig. 4 visas schematiskt radiella tvärsnitt av en andra respektive en tredje utföringsforrn av en del roterande elektrisk maskin enligt uppfinningen. I dessa två utföringsformer har respektive statortand väsentligen samma utformning utefter tandens hela axiella utsträckning. Liksom i fig. 2 visas endast statortändemas nedre parti. Vidare visas statortändema utan lindning för tydlighets skull.Referring to Figs. 3 and fig. 4 shows diagrammatically radial cross-sections of a second and a third embodiment of a rotating electric machine according to the invention, respectively. In these two embodiments, each stator tooth has substantially the same design along the entire axial extent of the tooth. As in Fig. 2, only the lower portion of the stator ends is shown. Furthermore, the stator teeth are shown without winding for clarity.
Med hänvisning först till fig. 3 visas en del av en roterande elektriska maskin 31 enligt en andra utföringsform av föreliggande uppfinning, vilken maskin 31 innefattar en stator 32 och en rotor 33. Statom 32 är på sin inre periferi försedd med ett flertal tänder 35, varav endast två visas. Tillämpas uppfinningen i en ytterrotormaskin är tändema anordnade på statoms yttre periferi och rotom är anordnad att rotera kring statom. Tändema 35 på statom 32 är väsentligen lika utformade i varje enskilt radiellt tvärsnitt och har således väsentligen lika tandbredd bf i varje radiellt tvärsnitt. Tandhöjden definieras som avståndet mellan den mot rotoms mantelyta 36 riktade yta 37 hos respektive tand 35 och en tänkt linje som utgör en förlängning av spårbottens cirkelbâge genom respektive tand 35. Statortändema 35 är anordnade på lika avstånd d” från varandra. Mellan tandytan 37 och rotoms mantelyta är ett 524 8.57 8 luftgap ö' definierat, vars form väsentligen bestäms av tandytans 37 utformning. Vidare är respektive tand 35 utfonnad så att avståndet a' mellan anlöpande kant 38 och rotoms mantelyta 36 är mindre än avståndet b' mellan avlöpande kant 39 och rotoms mantelyta 36, m.a.o. gäller förhållandet a' gäller förhållandet a'< b'S 4a' , och mer företrädesvis förhållandet a'< b'S 2a' utefter hela tandens axiella utsträckning. Vidare kan man som en option anordna anlöpande kant 38 och avlöpande kant 39 med avrundningar, där avrundningen vid anlöpande kant 38 företrädesvis är mindre än avrundningen vid avlöpande kant 39. Detta påverkar på ett gynnsamt sätt fördelningen av magnetfältet i luftgapet under de anlöpande och avlöpande kanterna.Referring first to Fig. 3, a portion of a rotating electric machine 31 according to a second embodiment of the present invention is shown, which machine 31 comprises a stator 32 and a rotor 33. The stator 32 is provided on its inner periphery with a number of teeth 35. of which only two are shown. If the invention is applied in an outer rotor machine, the teeth are arranged on the outer periphery of the stator and the rotor is arranged to rotate around the stator. The teeth 35 of the stator 32 are substantially equally shaped in each individual radial cross-section and thus have substantially equal tooth width bf in each radial cross-section. The tooth height is defined as the distance between the surface 37 of the respective tooth 35 of the respective tooth 35 facing the rotor mantle surface 36 and an imaginary line which constitutes an extension of the circular arch of the groove through each tooth 35. The stator ends 35 are arranged at equal distances d "from each other. Between the tooth surface 37 and the mantle surface of the rotor, an air gap 'is defined, the shape of which is substantially determined by the design of the tooth surface 37. Furthermore, the respective tooth 35 is formed so that the distance a 'between the abutting edge 38 and the mantle surface 36 of the rotor is smaller than the distance b' between the tapered edge 39 and the mantle surface 36 of the rotor, i.e. the ratio a 'applies to the ratio a' <b'S 4a ', and more preferably the ratio a' <b'S 2a 'along the entire axial extent of the tooth. Furthermore, as an option, the leading edge 38 and the leading edge 39 can be arranged with roundings, where the rounding at the leading edge 38 is preferably smaller than the rounding at the leading edge 39. This has a favorable effect on the distribution of the magnetic field in the air gap below the leading and running edges. .
I denna andra utföringsforrn är tandens 35 mot rotoms mantelyta vända yta 37 i varje radiellt tvärsnitt väsentligen konvex. Därmed minskar tandhöjden kontinuerligt i rotoms rotationsriktning R. Vidare kommer luftgapet ö' att växa kontinuerligt i rotorns 33 rotationsriktning R. Genom att man utformar respektive tand enligt det ovan beskriva sättet, kommer man att forma eller påverka det vid drift alstrade magnetfältet så att en väsentligen jämn fördelad flödestäthet Bf, över respektive tands bredd bt' erhålls.In this second embodiment, the surface 37 of the tooth 35 facing the circumferential surface of the rotor in each radial cross-section is substantially convex. Thus, the tooth height decreases continuously in the direction of rotation R of the rotor. Furthermore, the air gap '' will grow continuously in the direction of rotation R of the rotor 33. By designing the respective tooth according to the method described above, the magnetic field generated during operation will be shaped so that a evenly distributed fl fate density Bf, over the width of each tooth bt 'is obtained.
Med hänvisning till ñg. 4 visas schematiskt ett radiellt tvärsnitt av en tredje utföringsform av en roterande elektrisk maskin 41 enligt uppfinningen. Den roterande elektriska maskinen 41 innefattar en stator 42 och en rotor 43. Statorn 42 är på sin inre periferi försedd med ett flertal tänder 45, varav endast två visas. Tillämpas uppfinningen i en ytterrotormaskin är tänderna anordnade på statoms yttre periferi och rotorn är anordnad att rotera kring statorn. Tändema 45 på statom 42 är väsentligen lika utformade i varje enskilt radiellt tvärsnitt och har således väsentligen lika tandbredd bf' i respektive radiellt tvärsnitt. Tandhöjden definieras som avståndet mellan den mot rotoms mantelyta 46 riktade yta 47 hos respektive tand 45 och en tänkt linje som utgör en förlängning av spårbottens cirkelbåge genom respektive tand 45.With reference to ñg. 4 schematically shows a radial cross-section of a third embodiment of a rotating electric machine 41 according to the invention. The rotating electric machine 41 comprises a stator 42 and a rotor 43. The stator 42 is provided on its inner periphery with a number of teeth 45, of which only two are shown. If the invention is applied in an outer rotor machine, the teeth are arranged on the outer periphery of the stator and the rotor is arranged to rotate around the stator. The teeth 45 of the stator 42 are substantially equally shaped in each individual radial cross-section and thus have substantially equal tooth width bf 'in the respective radial cross-section. The tooth height is defined as the distance between the surface 47 of the respective tooth 45 directed towards the mantle surface 46 of the rotor and an imaginary line which constitutes an extension of the circular arc of the track bottom through the respective tooth 45.
Mellan tandytan 47 och rotoms mantelyta är ett luftgap ö” definierat, vars form bestäms av tandytans 47 utforrrming. Vidare är respektive tand 45 utformad så att avståndet a" mellan anlöpande kant 48 och rotorns mantelyta 46 är mindre än avståndet b" mellan avlöpande kant 49 och rotoms mantelyta 46, m.a.o. gäller förhållandet a' ' utsträckning och företrädesvis gäller förhållandet a"< b"S 4a" , och mer företrädesvis förhållandet a"< b"5 2a" utefter hela tandens axiella utsträckning. Såsom nämnts tidigare definieras anlöpande och avlöpande tangentiellt i rotoms rotationsriktning, vilken indikeras med en pil med beteckningen R. Vidare kan man som en option anordna anlöpande kant 48 och avlöpande kant 49 med avrundningar, där avrundningen vid anlöpande kant 48 företrädesvis är mindre än avrundningen vid avlöpande kant 49. Detta påverkar på ett gynnsamt sätt fördelningen av magnetfältet i luftgapet under de anlöpande och avlöpande kanterna.Between the tooth surface 47 and the mantle surface of the rotor an air gap is formed, the shape of which is determined by the shape of the tooth surface 47. Furthermore, the respective tooth 45 is designed so that the distance a "between the abutting edge 48 and the mantle surface 46 of the rotor is smaller than the distance b" between the tapered edge 49 and the mantle surface 46 of the rotor, i.e. the ratio a "" applies to the extent and preferably the ratio a "<b" S 4a ", and more preferably the ratio a" <b "2a" along the entire axial extent of the tooth. As mentioned earlier, they are annotated and descending tangentially tangentially in the direction of rotation of the rotor, which is indicated by an arrow denoted R. Furthermore, as an option, annealing edge 48 and descending edge 49 can be arranged with roundings, where the rounding at leading edge 48 is preferably smaller than the rounding at sloping edge 49. This favorably affects the distribution of the magnetic field in the air gap below the sloping and sloping edges.
Enligt denna tredje utföringsforrn är tandens 45 mot rotorns mantelyta vända yta 47 i varje radiellt tvärsnitt väsentligen konkav. Även i denna utföringsforrn kommer alltså tandhöjden inte att vara konstant över tandens 45 bredd bf' utan att kontinuerligt minska eller avta i rotoms rotationsriktning R och luftgapet ö" kommer följaktligen att växa eller öka kontinuerligt, betraktat i rotorns 43 rotationsriktning R. Genom att man utformar respektive tand enligt det ovan beskriva sättet, kommer man att forma eller påverka det vid drift alstrade magnetfältet så att en väsentligen jämn fördelad flödestäthet Bö över respektive tands bredd bt' ' erhålls.According to this third embodiment, the surface 47 of the tooth 45 facing the circumferential surface of the rotor in each radial cross-section is substantially concave. Thus, even in this embodiment, the tooth height will not be constant over the width bf 'of the tooth 45 without continuously decreasing or decreasing in the direction of rotation R of the rotor and the air gap ö "will consequently grow or increase continuously, considered in the direction of rotation R. of the rotor 43. each tooth according to the method described above, the magnetic field generated during operation will be shaped or influenced so that a substantially evenly distributed fl density density Bö over the width of each tooth bt '' is obtained.
Såsom antytts ovan är förhållandet mellan avståndet a och avståndet b och utforrrmingen av den yta hos tanden som är riktad mot rotoms mantelyta en funktion av ett flertal faktorer eller 524 857 q variabler varför de i figurema 2-4 visade ytforrnema enbart skall ses som belysande exempel.As indicated above, the relationship between the distance a and the distance b and the shape of the surface of the tooth directed towards the mantle surface of the rotor is a function of a number of factors or 524 857 q variables, so that the surface shapes shown in Figures 2-4 are only illustrative examples. .
Exempelvis kan tandens mot rotom riktade yta i varje radiellt tvärsnitt vara trappstegsformad, d.v.s. luftgapet ökar stegvis i rotoms rotationsriktning R.For example, the tooth facing the rotor in each radial cross-section may be stepped, i.e. the air gap increases gradually in the direction of rotation R of the rotor.
Med hänvisning nu till fig. 5, fig. 6A och fig. 6B visas en fjärde utföringsforrn av en roterande elektrisk maskin enligt uppfinningen. I fig. 5 visas schematiskt ett axiellt tvärsnitt utefter en statortands avlöpande yta. I fig. 6A visas ett radiellt tvärsnitt av statortanden 55 utefter linjen A-A', d.v.s. i ett ändparti d av statortanden, och i fig. 6B visas ett radiellt tvärsnitt av statortanden 55 utefter linjen B-B*, d.v.s. i statortandens centrala del c. Den roterande elektriska maskinen 5l innefattar en stator 52 och en rotor 53. Rotoms rotationsriktning indikeras i fig. 5 med R och är riktad ut ur figuren. Statorn 52 är på sin inre periferi försedd med ett flertal tänder 55 (enbart en tand visas). Den mot rotom 53 riktade ytan (ej visad i fig. 5) hos respektive tand 55 på statom 52 är i denna utföringsform anordnad med ett förhållande mellan avståndet mellan anlöpande kant 58 och rotoms mantelyta 56 och avståndet mellan avlöpande kant 59 och nämnda rotors yttre mantelyta 56 som inte är konstant utefter tandens axiella utsträckning, d.v.s. utefter tandens axiella längd 60.Referring now to Fig. 5, fi g. 6A and fi g. 6B shows a fourth embodiment of a rotating electric machine according to the invention. I fi g. 5 shows schematically an axial cross-section along the sloping surface of a stator tooth. I fi g. 6A shows a radial cross-section of the stator tooth 55 along the line A-A ', i.e. in an end portion d of the stator tooth, and in fi g. 6B shows a radial cross-section of the stator tooth 55 along the line B-B *, i.e. in the central part c of the stator tooth. The rotating electric machine 51 comprises a stator 52 and a rotor 53. The direction of rotation of the rotor is indicated in fi g. 5 with R and is directed out of the figure. The stator 52 is provided on its inner periphery with a plurality of teeth 55 (only one tooth is shown). The surface facing the rotor 53 (not shown in fi g. 5) of the respective tooth 55 on the stator 52 is in this embodiment arranged with a ratio between the distance between the leading edge 58 and the mantle surface 56 of the rotor and the distance between the tapered edge 59 and the outer mantle surface of said rotor 56 which is not constant along the axial extent of the tooth, i.e. along the axial length of the tooth 60.
Enligt den i fig. 5 visade utföringsforrnen är den anlöpande kanten 58 respektive den avlöpande kanten 59 stegvist utfonnade. I respektive tands centrala del c (där c S maskinens axiella längd) är avståndet ä detsamma som avståndet ä (ä =ä ) och utefier sträckan d vid respektive ändparti, axiellt sett, hos tanden 55 är avståndet ä är mindre än avståndet b (ä <5 ). Vidare har den mot rotom 53 riktade ytan i det centrala omrâdet c i varje radiellt tvärsnitt formen av en cirkelbåge som är koncentrisk med rotoms mantelyta som i konventionella maskiner. Luftgapets höjd i det centrala området c är ähc , se fig. 6B. I respektive område d är den mot rotom 53 riktade ytan i varje radiellt tvärsnitt formad som en cirkelbåge som har samma medelpunkt som rotom, men eftersom ä <5 kommer cirkelbågen inte att vara koncentrisk med rotorns mantelyta. Vidare är förhållandet mellan ä och ä samt tandytan i respektive område d anordnat så att luftgapets medelhöjd ähdflnede, är lika med ähc , se fig. 6A. Därmed kan man påverka eller forma magnetfältet så att en jämn magnetisk flödestäthet, tangentiellt sett, erhålls och således kan man kraftigt reducera temperaturförhöjningen vid området vid den avlöpande kanten i respektive område.According to the embodiment shown in Fig. 5, the leading edge 58 and the running edge 59, respectively, are formed stepwise. In the central part c of each tooth (where c S the axial length of the machine) the distance ä is the same as the distance ä (ä = ä) and outside the distance d at the respective end portion, axially, in the tooth 55 the distance ä is less than the distance b (ä <5). Furthermore, the surface facing the rotor 53 in the central region c in each radial cross-section has the shape of an arc of a circle which is concentric with the circumferential surface of the rotor as in conventional machines. The height of the air gap in the central area c is ähc, see fi g. 6B. In the respective region d, the surface facing the rotor 53 in each radial cross-section is formed as an arc of a circle having the same center as the rotor, but since ä <5 the arc of the circle will not be concentric with the mantle surface of the rotor. Furthermore, the ratio between ä and ä and the tooth surface in the respective area d is arranged so that the average height of the air gap ähd fl down, is equal to ähc, see fi g. 6A. Thus, one can influence or shape the magnetic field so that an even magnetic fl density, tangentially speaking, is obtained and thus one can greatly reduce the temperature increase at the area at the draining edge in the respective area.
Fackmannen inser givetvis att det finns en mängd olika tänkbara sätt på vilket man kan utforma tänderna axiellt. Vidare inser fackmannen även att det finns en mängd olika tänkbara ytformer som kan kombineras med ovan visade utföringsforrrr, exempelvis en konkav eller konvex form, hos ytan vid ändpartiema.The person skilled in the art will of course realize that there are a variety of conceivable ways in which the teeth can be designed axially. Furthermore, the person skilled in the art also realizes that there are a number of different conceivable surface shapes which can be combined with embodiments shown above, for example a concave or convex shape, of the surface at the end portions.
Enligt en utföringsform av en roterande elektrisk maskin med en rotor och en stator, används maskinen som en ytterrotormotor, där rotom roterar kring statom. Statom är försedd med ett flertal tänder som var och en har en väsentligen likadan utforrrming, både i en axiell utsträckning och i varje enskilt radiellt tvärsnitt. Tänderna är anordnade på statoms mantel med lika avstånd till varandra och är separerade från varandra med axiellt utsträckta spår.According to an embodiment of a rotating electric machine with a rotor and a stator, the machine is used as an outer rotor motor, where the rotor rotates around the stator. The stator is provided with a plurality of teeth, each of which has a substantially similar design, both to an axial extent and in each individual radial cross-section. The teeth are arranged on the mantle of the stator at equal distances from each other and are separated from each other by axially extending grooves.
Respektive tands mot rotom riktade yta har i varje radiellt tvärsnitt formen av en cirkelbåge som har samma medelpunkt som rotoms inre yta, men då tandytan är anordnad så att avståndet mellan anlöpande kant och rotoms inre yta är mindre än avståndet mellan avlöpande kant och rotoms inre yta kommer cirkelbågen inte att vara koncentrisk med den inre ytan hos rotom. Vidare kan ytan hos samtliga statortänder, i varje radiellt tvärsnitt, vara väsentligen konkav eller väsentligen konvex i en riktning vinkelrätt mot statoms mantelyta. Såsom 524 857 -IO nämnts tidigare definieras anlöpande och avlöpande kant tangentiellt i rotoms rotationsriktning. Genom att man utformar respektive tand enligt det ovan beskriva sättet, kommer man att forma eller påverka det vid drift alstrade magnetfältet så att en väsentligen jämn fördelad flödestäthet Bö över respektive statortands bredd erhålls.Each tooth facing the rotor has in each radial cross-section the shape of an arc having the same center as the inner surface of the rotor, but when the tooth surface is arranged so that the distance between the leading edge and the inner surface of the rotor is less than the distance between the running edge and the inner surface of the rotor the arc of the circle will not be concentric with the inner surface of the rotor. Furthermore, the surface of all stator teeth, in each radial cross-section, may be substantially concave or substantially convex in a direction perpendicular to the mantle surface of the stator. As mentioned 524 857 -10, the leading and running edge are defined tangentially in the direction of rotation of the rotor. By designing each tooth according to the method described above, one will shape or influence the magnetic field generated during operation so that a substantially evenly distributed fl density density Bö over the width of each stator tooth is obtained.
Enligt ytterligare en utföringsforrn av en roterande elektrisk maskin med en rotor och en stator, är rotom försedd med ett flertal tänder som var och en har en väsentligen likadan utformning, både i en axiell utsträckning och i varje enskilt radiellt tvärsnitt. Tändema är anordnade på rotoms mantelyta med lika avstånd till varandra och är separerade från varandra med axiellt utsträckta spår. Rotortändema är anordnade så att avståndet mellan varje rotortands anlöpande kant och statorns inre mantelyta är mindre än avståndet mellan den avlöpande kanten och statorns mantelyta. Vidare är varje polyta (där sådan förekommer) på rotom anordnad så att avståndet mellan den anlöpande kanten och statoms inre mantelyta är mindre än den avlöpande kanten och statoms inre mantelyta. Respektive rotortands mot statom riktade yta samt respektive polyta kan utformas enligt någon de tidigare beskrivna tandutforrnningarna. Genom att ge rotortändema en utformning motsvarande de ovan visade kommer man att forma eller påverka det vid drift alstrade magnetfältet så att en väsentligen jämn fördelad flödestäthet Bö över respektive rotortands bredd (i tangentiell riktning) erhålls.According to a further embodiment of a rotating electric machine with a rotor and a stator, the rotor is provided with a number of teeth, each of which has a substantially similar design, both in an axial extent and in each individual radial cross-section. The teeth are arranged on the circumferential surface of the rotor at equal distances from each other and are separated from each other by axially extending grooves. The rotor ends are arranged so that the distance between the abutting edge of each rotor tooth and the inner circumferential surface of the stator is less than the distance between the draining edge and the circumferential surface of the stator. Furthermore, each polyta (where present) on the rotor is arranged so that the distance between the leading edge and the inner mantle surface of the stator is smaller than the descending edge and the inner mantle surface of the stator. The respective rotor teeth facing the stator and the respective poly surface can be designed according to any of the previously described tooth designs. By giving the rotor teeth a design corresponding to those shown above, one will shape or influence the magnetic field generated during operation so that a substantially evenly distributed fl density density Bö over the width of each rotor tooth (in tangential direction) is obtained.
Såsom har antytts ovan är tändemas utformning är i huvudsak en funktion av tandens bredd bt, rotoms periferihastighet v, luftgapets höjd ö och flödestätheten Bö. Den påverkas även av vilken typ av maskin som uppfinningen skall användas i och vilken storlek den roterande elektriska maskinen har, d.v.s. rotoms och statoms dimensioner. Genom att ta hänsyn till de ovan nämnda faktorerna och variablema vid utformningen av tänderna (även rotortändema) kan man således modifiera den roterande elektriska maskinen enligt uppfinningen.As indicated above, the design of the teeth is essentially a function of the width bt of the tooth, the peripheral velocity v of the rotor v, the height ö of the air gap and the flux density Bö. It is also affected by the type of machine in which the invention is to be used and the size of the rotary electric machine, i.e. the dimensions of the rotor and stator. By taking into account the above-mentioned factors and variables in the design of the teeth (including the rotor teeth), the rotating electric machine can thus be modified according to the invention.
Uppfinningen är därför lämplig att användas som motor, generator eller som maskin av typen ytterrotorrnaskin (asynkron eller synkron). I synnerhet är den roterande elektriska maskinen lämplig att användas som asynkron maskin, synkron maskin, roterande synkronkompensator, permanentmagnet maskin av den typ där magnetema är inbäddade i rotom (”buried magnets”), permanent magnet maskin av den typ där magnetema är ytmonterade på rotom (”surfacemounted magnets”), eller liknande.The invention is therefore suitable for use as a motor, generator or as a machine of the external rotor machine type (asynchronous or synchronous). In particular, the rotary electric machine is suitable for use as an asynchronous machine, synchronous machine, rotary synchronous compensator, permanent magnet machine of the type where the magnets are embedded in the rotor ("buried magnets"), permanent magnet machine of the type where the magnets are surface mounted on the rotor ("Surfacemounted magnets"), or similar.
F ackmannen inom området inser alltså att en mängd olika utforrrmingar och konstruktioner av statortändema är möjliga inom ramen för denna uppfinning. Denna ansökan är avsedd att täcka alla anpassningar och förändringar av de utföringsforrner som har diskuterats häri.Those skilled in the art will thus recognize that a variety of designs and constructions of the stator teeth are possible within the scope of this invention. This application is intended to cover all adaptations and changes to the embodiments discussed herein.
Följaktligen definieras föreliggande uppfinning av de bifogade kravens ordalydelse och dess ekvivalenter.Accordingly, the present invention is defined by the wording of the appended claims and their equivalents.
Claims (1)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0202985A SE524857C2 (en) | 2002-10-10 | 2002-10-10 | Rotating electric machine, stator for such and use of stator |
| AU2003269764A AU2003269764A1 (en) | 2002-10-10 | 2003-10-10 | Electric machine |
| PCT/SE2003/001586 WO2004034549A1 (en) | 2002-10-10 | 2003-10-10 | Electric machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0202985A SE524857C2 (en) | 2002-10-10 | 2002-10-10 | Rotating electric machine, stator for such and use of stator |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE0202985D0 SE0202985D0 (en) | 2002-10-10 |
| SE0202985L SE0202985L (en) | 2004-04-11 |
| SE524857C2 true SE524857C2 (en) | 2004-10-12 |
Family
ID=20289220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE0202985A SE524857C2 (en) | 2002-10-10 | 2002-10-10 | Rotating electric machine, stator for such and use of stator |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU2003269764A1 (en) |
| SE (1) | SE524857C2 (en) |
| WO (1) | WO2004034549A1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102017107897A1 (en) * | 2017-04-12 | 2018-10-18 | Wobben Properties Gmbh | Method for cooling a gearless wind turbine |
| EP4064555A1 (en) | 2021-03-25 | 2022-09-28 | Wobben Properties GmbH | Wind turbine and method for controlling a wind turbine |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1523356A (en) * | 1967-03-21 | 1968-05-03 | Ducellier & Cie | Stator for electrical machines, in particular for alternators fitted to motor vehicles |
| JP2000253603A (en) * | 1999-03-04 | 2000-09-14 | Matsushita Seiko Co Ltd | Stator core for induction motor |
| JP2001061241A (en) * | 1999-08-20 | 2001-03-06 | Matsushita Seiko Co Ltd | Stator core of half-pitched motor |
| JP2002101628A (en) * | 2000-09-22 | 2002-04-05 | Hitachi Ltd | Permanent magnet rotating electric machine |
-
2002
- 2002-10-10 SE SE0202985A patent/SE524857C2/en not_active IP Right Cessation
-
2003
- 2003-10-10 WO PCT/SE2003/001586 patent/WO2004034549A1/en not_active Application Discontinuation
- 2003-10-10 AU AU2003269764A patent/AU2003269764A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE0202985D0 (en) | 2002-10-10 |
| SE0202985L (en) | 2004-04-11 |
| AU2003269764A1 (en) | 2004-05-04 |
| WO2004034549A1 (en) | 2004-04-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2045900B1 (en) | Flux-switching machine | |
| EP2418756B1 (en) | Permanent magnet rotating electric machine | |
| US6891300B2 (en) | Rotor of induction starting synchronous motor | |
| US6426580B1 (en) | Vehicular AC generator | |
| US4306165A (en) | Cooling system for rotary electric machines | |
| SE512783C2 (en) | Stator assembly for an electric machine | |
| WO2017202320A1 (en) | Motor rotor, motor, and electric vehicle | |
| JP2015505238A (en) | Electric generator machine with improved rotor ventilation | |
| JP2020522976A (en) | motor | |
| CN105896862A (en) | Permanent magnet motor | |
| CN110247488B (en) | Cooling of end windings of a generator | |
| EP3011662B1 (en) | Rotor for a rotating electrical machine | |
| US11881746B2 (en) | Rotor and motor having rotor | |
| SE524857C2 (en) | Rotating electric machine, stator for such and use of stator | |
| WO2017202318A1 (en) | Punching plate for motor rotor, motor rotor, motor, and electric vehicle | |
| CN105827081B (en) | Optimized for high power motor rotor | |
| US20080030094A1 (en) | Dynamoelectric machine rotor and method for reducing torque ripple | |
| US20040055142A1 (en) | Method and apparatus for reducing dynamo-electric machine vibration | |
| US20090096317A1 (en) | Rotating machine | |
| EP4280425A1 (en) | Cooling of a stator segment | |
| CN112152351A (en) | Rotor for motor, motor for vehicle and vehicle | |
| CN112368919A (en) | Induction motor | |
| WO2017202317A1 (en) | Double-antipode motor and electric vehicle | |
| EP4092885A1 (en) | Cooling at the axial ends of an electric generator | |
| EP4299951A1 (en) | Magnetic geared rotary machine, power generation system, and magnetic pole piece rotor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |