SI9100008A

SI9100008A - Hibridic synchronous electric motor with trassfersal magnetic field

Info

Publication number: SI9100008A
Application number: SI19919100008A
Authority: SI
Inventors: Andrej Detela
Original assignee: Andrej Detela
Priority date: 1991-11-22
Filing date: 1991-11-22
Publication date: 1993-06-30
Also published as: DE69221267D1; US5712521A; EP0544200A1; ATE156311T1; JPH05276696A; DE69221267T2; EP0544200B1

Description

(57) Predmet izuma je hibridni sinhronski električni stroj s transverzalnim magnetnim pretokom, katerega konstrukcija omogoča manjše ohmske 'izgube ter boljši izkoristek glede na težo stroja. Hibridni sinhronski električni stroj s transferzalnim magnetnim pretokom po izumu ima za vsako fazo med dvema, po obodu na obeh straneh izobljenima prstanoma iz feromagnetnega materiala vstavljen, prečno glede na smer statorskega navitja, namagneten prstan, pri čemer je tako ustvarjen paket pritrjen na rotorski armaturi tako, da sta ozobljena prstana med seboj aksialno premaknjena. Glede na opisano konstrukcijo hibridnega sinhronskega električnega stroja s transverzalnim magnetnim pretokom, le-ta rešuje zastavljen tehnični problem velike gostote transferzalnega magnetnega polja v zračni reži, kakor tudi učinkovito rešuje problem nemestitve permanentnih rotorskih magnetov z izvedbo namagnetenega prstana namesto posameznih vstavljenih magnetov.

7 S2i36a t

Sl 9100008 A

6b

-1 DETELA Andrej

HIBRIDNI SINHRONSKI ELEKTRIČNI STROJ S TRANSVERZALNIM MAGNETNIM PRETOKOM

Predmet izuma je hibridni sinhronski električni stroj s transverzalnim magnetnim pretokom, katerega konstrukcija omogoča manjše ohmske izgube ter boljši izkoristek glede na težo stroja. Izum spada v razreda H 02 K1/22 oziroma H 02 K1 /28 mednarodne patentne klasifikacije.

Tehnični problem, ki ga predložen izum zadovoljivo rešuje je konstrukcijska rešitev in izvedba takega hibridnega stroja s transverzalnim magnetnim pretokom, pri katerem bo možno doseči veliko gostoto magnetnega polja v zračni regi in bo konstrukcijska izvedba namestitve

-2permanentnih magnetov omogočala tudi velike obodne hitrosti rotorja.

Hibridni električni stroji, ki imajo statorsko navitje navito tako, da le-to poteka koaksialno okoli glavne osi stroja, so poznani. Taka namestitev statorskega navitja ustvarja transferzalni magnetni pretok. Eno izmed takih rešitev opisujejo tudi avtorji H. Weh, H. May in M. Shalaby v članku Highly Effective Magnetic Circuits for Permanent Magnet Excited Synchronous Machines, Int. Conference on El. Machines, Cambridge MA., 13-15 Aug. 1990, p.p. 1040-1045.

Konstrukcijska rešitev električnega stroja, ki je opisana v tem članku, že delno rešuje zastavljen tehnični problem predvsem v pogledu ohmskih izgub, ima izvedeno navitje, ki omogoča ustvarjanje transverzalnega magnetnega pretoka. Osnovna konstrukcijska rešitev, ki je opisana v članku, ima zaradi majhne gostote magnetnega polja permanentnih magnetov (le-ti so centrično nameščeni po obodu rotorja eden zraven drugega, tako da poteka smer magnetizacije v magnetih v radialni smeri) slabši navor, zato so v izboljšani verziji, ki je tudi opisana v čanku, magneti nameščeni v konstrukcijski rešitvi, ki omogoča tako imenovan efekt koncentracije magnetnega pretoka. Taka koncentracija magnetnega pretoka je pri izvedbah strojev, ki nimajo statorskega navitja izvedenega tako, da bi le-to povzročalo transverzalni magnetni pretok, opisana tudi v nemškem patentnem dokumentu DE 34 01 163.

V konstrukcijski rešitvi, opisani v omenjenem članku so permanentni magneti postavljeni v pokončni položaj (to je za 90° zasukani glede na položaj permanentnih magnetov v prvem primeru, tako da poteka smer

-3magnetizacije v magnetih v tangencialni smeri). Permanentni magneti so v tej izvedbeni rešitvi vtaknjeni oziroma učvrščeni na, oziroma v rotorju izvedenih režah.

Taka namestitev permanentnih magnetov omogoča večjo gostoto magnetnega polja tako, da ima stroj s tako izvedenim rotorjem dober navor glede na svojo težo. Slaba stran tako izvedenih strojev pa je sama konstrukcijska namestitev velikega števila permanentnih magnetov, ki so lahko lepljeni ali kako drugače pritrjeni na sredinsko ogrodje rotorja. Ker so permanenti magneti postavljeni tako, da jih lahko nalepimo, oziroma vstavimo le z njihovo manjšo ploskvijo, taka rešitev ni primerna za višje rotorjeve obodne hitrosti. Ker je treba vgrajevati oziroma vstavljati že namagnetene magnete lahko to predstavlja tehnični problem, predvsem zaradi velikega števila le-teh ter relativno velike gostote energije magnetov.

Hibridni sinhronski električni stroj s transferzalnim magnetnim pretokom po izumu ima za eno fazo med dvema, po obodu na obeh straneh ozobljenima prstanoma iz mehkomagnetnega materiala vstavljen, prečno glede na smer statorskega navitja, namagneten prstan, pri čemer je tako ustvarjen paket pritrjen na rotorski armaturi tako, da sta ozobljena prstana med seboj aksialno premaknjena.

Izum bom podrobneje obrazložil na osnovi izvedbenega primera in slik, od katerih kaže:

slika 1 hibridni električni stroj s transferzalnim magnetnim pretokom po izumu v dvofazni izvedbi v prerezu

-4slika 2 aksonometrični pogled na del rotorskega paketa v delnem prerezu slika 3 hibridni sinhronski električni stroj s transverzalnim magnetnim pretokom po izumu v varianti II v prerezu

Hibridni električni stroj s transverzalnim magnetnim pretokom po izumu je v dvofazni izvedbi prikazan na sliki 1. Na rotorjevo armaturo 1 sta z obeh strani pritrjena za vsako fazo po en paket, sestavljen iz dveh ozobljenih prstanov 2,3 iz feromagnetnega materiala, ki imata izvedene rotorske pole 2a,3a ter namagnetenega prstana 4. Sestavo ozobljenih prstanov 2,3 in namagnetenega prstana 4 lahko dosežemo npr. z vstavljenimi vijačnimi povezavami 5, kar je tudi razvidno iz slike 1. Ozobljena prstana 2,3 sta v paketu postavljena tako, da leže njuni poli 2a,3a v medsebojni premaknitvi, kar je tudi razvidno iz slike 2. Isto velja za pole 2b,3b.Namagneten prstan 4 je namagneten tako, da ustvarja magnetni pretok, ki je lahko usmerjen od ozobljenega prstana 3 proti ozobljenemu prstanu 2 ali obratno.

V magnetnem stiku z ozobljenima prstanoma 2,3 in namagnetenim prstanom 4 leže statorski poli 6a,6b jarmov 6, ki obdajajo statorsko navitje 7. Število statorskih polov 6a je enako številu rotorskih polov 2a,3a ozobljenih prstanov 2,3.

V izbranem opazovanem trenutku, ko prekriva statorski pol 6a rotorski pol 3a in zaradi zamika ozobljenega prstana 3 proti ozobljenemu prstanu 2, statorski pol 6b rotorski pol 2b, začne teči tok v navitju 7 v taki smeri, da se

-5gostota magnetnega polja v reži med statorskim polom 6a in rotorskim polom 3a ozobljenega prstana 3, ter med statorskim polom 6b ter rotorskim polom 2b ozobljenega prstana 2 zmanjša, v režah med statorskim polom 6a ter rotorskim polom 2a ozobljenega prstana 2 ter med statorskim polom 6b ter rotorskim polom 3b ozobljenega prstana 3 pa poveča. Zaradi takega trenutnega magnetnega stanja pritegnejo poli statorja pole rotorja v tak položaj, ki je glede na položaj v izbranem trenutku premaknjen za 1/2 polove delitve, tako da se v končnem položaju opazovanega položaja prekrivajo statorski pol 6b z rotorskim polom 3b ozobljenega prstana 3 ter statorski pol 6a z rotorskim polom 2a ozobljenega prstana 2 . V tem trenutku se smer toka v navitju 7 obrne. Zato se rotor premakne naprej tako, da pride spet v začetni opazovani položaj prekrivanja rotorjevih in statorjevih polov. Menjava smeri toka v navitju 7 statorja omogoča vrtenje rotorja, samo menjavo pa je možno izvesti z elektronsko komutacijo na znane načine.

V varianti II na sliki 3 je prikazan hibridni sinhronski električni stroj s transverzalnim magnetnim pretokom, kjer je razvidna izvedba ozobljenih prstanov 2’, 3’ na statorjevi armaturi 9. Vsak od prstanov 2’, 3’ ima v sredini izvedeno polovico 7a, 7b koaksialnega navitja 7. Taka namestitev omogoča izvedbo sinhronskega električnega stroja po izumu z zunanjim rotorjem, pri čemer so rotorski polovi nastavki 8 ozobljeni po vsej aksialni dolžini ter v enakomerni polovi delitvi kot nastavki 2a’, 2b’, 3a’, 3b’ ozobljenih prstanov 2’, 3’.

Glede na opisano konstrukcijo hibridnega sinhronskega električnega

-6stroja s transverzalnim magnetnim pretokom, le-ta rešuje zastavljen tehnični problem velike gostote transverzalnega magnetnega pretoka, kakor tudi učinkovito rešuje problem namestitve permanentnih rotorskih magnetov z izvedbo namagnetenega prstana 4.

Claims

1. Hibridni sinhronski električni stroj s transverzalnim magnetnim pretokom, označen s tem, da ima rotor ali stator v vsaki fazi izveden vsaj en magnet v obliki obroča, ki leži koaksialno z glavno osjo električnega stroja, pri čemer leži ob vsaki strani magneta magnetno sklopljen feromagnetni obroč z dvema simetričnima vencema enakomerno razmaknjenih polov, medtem ko ima stator ali rotor v enakem številu polov izvedene feromagnetne nastavke.

2. Hibridni sinhronski električni stroj s transverzalnim magnetnim pretokom, po zahtevku 1, označen s tem, da je glede na število faz na rotorjevo armaturo (1) pritrjeno ustrezno število rotorskih paketov, sestavljenih iz ozobljenih prstanov (2,

3) iz mehkomagnetnega materiala, med katerima leži magnetni prstan (4), namagneten v smeri od prstana (2) k prstanu (3) ali v obratni smeri, medtem ko leže statorski poli (6a,6b) jarmov (6) v magnetnem stiku z rotorskimi poli (2a,2b,3a,3b) ozobljenih prstanov (2,3).

-83. Hibridni sinhronski električni stroj s transferzalnim magnetnim pretokom, po zahtevku 1 in 2 označen s tem, da imata ozobljena prstana (2,3) po zunanjem delu oboda izvedene rotorske pole (2a, 3a), po notranjem delu oboda pa rotorske pole (2b,3b), pri čemer sta v rotorskem paketu povezana ozobljena prstana (2,3) med seboj tangencialno premaknjena za polovico polove delitve.

4. Hibridni sinhronski električni stroj s transverzalnim magnetnim pretokom, po zahtevku 1, označen s tem, da je glede na število faz na statorjevo armaturo (9) pritrjeno ustrezno število statorskih paketov, sestavljenih iz ozobljenih prstanov (2’,3’) iz mehkomagnetnega materiala, med katerima leži magnetni disk (4’), namagneten v smeri od prstana (2’) k prstanu (3’) ali v obratni smeri, medtem ko leže rotorski polovi nastavki (8) v magnetnem stiku s statorskimi poli (2a’,2b’,3a’,3b’) ozobljenih prstanov (2’,3’) pri čemer je navitje (7) deljeno v dva simetrična dela (7a, 7b), nameščena v sredini vsakega statorskega prstana (2’, 3’).

Za:

Slika /

Za:

Letela And/ei

9 2¹ 3^}

Sliko 3

-11 IZVLEČEK

Predmet izuma je hibridni sinhronski električni stroj s transverzalnim magnetnim pretokom, katerega konstrukcija omogoča manjše ohmske izgube ter boljši izkoristek glede na težo stroja.

Hibridni sinhronski električni stroj s transferzalnim magnetnim pretokom po izumu ima za vsako fazo med dvema, po obodu na obeh straneh ozobljenima prstanoma iz feromagnetnega materiala vstavljen, prečno glede na smer statorskega navitja, namagneten prstan, pri čemer je tako ustvarjen paket pritrjen na rotorski armaturi tako, da sta ozobljena prstana med seboj aksialno premaknjena.

Glede na opisano konstrukcijo hibridnega sinhronskega električnega