SI9600355A

SI9600355A - Preklopni reluktančni elektromotor

Info

Publication number: SI9600355A
Application number: SI9600355A
Authority: SI
Inventors: Franc Tašner
Original assignee: TAŠNER Franc, ing.el.
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 1998-06-30
Also published as: WO1998024167A1

Abstract

V preklopnem reluktančnem elektromotorju so statorski poli (4A, 1, 3A, 6 ...) izvedeni tako, da sta dva sosednja magnetno povezana v statorski polni par (A4, 1; 3A, 6; ...). Razmerje središčnega kota (3), ki ustreza razdalji med sosednjima polnima paroma, in središčnega kota (1), ki ustreza razdalji med poloma v polnem paru, z naraščanjem števila statorskih polnih parov spreminja od vrednosti 0,09 pri preklopnem reluktančnem motorju s štirimi statorskimi polnimi pari in z šest rotorskimi poli do vrednosti 0,99. Povezava po dveh sosednjih statorskih polov v statorske polne pare omogoča različnost razdalje med statorskima poloma znotraj polnega para od razdalje medstatorskima poloma, ki pripadata sosednjima polnima paroma. S tem je omogočena hkratna vzbuditev večjega števila statorskih polov in zato večji navor in večja moč elektromotorja.ŕ

Description

Franc Tašner, ing.el. Ulica svobode 8 2204 Miklavž

Preklopni reluktančni elektromotor

Predmet izuma je preklopni reluktančni elektromotor oziroma bolj natančno elektromotor opisane vrste, pri katerem sta dva sosednja statorska pola magnetno povezana v polni par in se razdalje med poloma v polnem paru po dolžini razlikujejo od razdalj med sosednjima polnima paroma.

Izum je po mednarodni klasifikaciji patentov uvrščen v razrede H 02K 37/02.

Glede na pomanjkljivosti dosedaj znanih preklopnih reluktančnih elektromotorjev, je tehnični problem izuma v tem, kako skonstruirati elektromotor omenjene vrste, da bo med delovanjem elektromotorja po izumu že pri izvedbi tovrstnega motorja z najnižjim številom polov pri vsakokratno podanem razmerju števila rotorskih polov in statorskih polov lahko hkrati vključenih dva ali več parov nasproti si ležečih navitij v diametralno nasprotnih statorskih polnih parih.

Pri preklopnih reluktančnih elektromotorjih sta stator in rotor iz lameliranega feromagnetnega materiala. Statorskih polov je sodo število nad dva, rotorskih polov pa je poljubno sodo število. Razdalja med sosednjima statorskima poloma je ista po vsem obodu (P.J.Lawrenson, A brief review of switched reluctance drives, European Power Electronics and Drive Journal, 2, str. 133-144 /oktober 1992/; E.Hopper, Projektierung von Svvitched-Reluctance-Antrieben, Antriebstechnik, 35, str. 29-31). Privlačni sili med elektromagneti dveh diametralno nasprotnih polov statorja ali rotorja ter feromagnetnim materialom sosednjih dveh polov rotorja oziroma statorja povzročata navor, ki suče rotor. Statorski poli so izvedeni posamično in morajo biti zato povezani s feromagnetnim obročem. Poleg tega na rotorju ne morejo biti nameščeni trajni magneti. Nekaj energije se zato troši za vzbujanje rotorjevih polov, med rotorskimi in statorskimi poli pa se ne pojavljajo odbojne sile. Med pomanjkljivosti znanih preklopnih reluktančnih elektromotorjev sodi tudi majhen vrtilni navor zaradi hkratne vključenosti le dveh diametralnih statorskih navitij.

Navedeni tehnični problem je rešen s preklopnim reluktančnim elektromotorjem po izumu, ki je značilen po tem, da so statorski poli izvedeni tako, da sta po dva sosednja povezana v statorski polni par in da se razmeije središčnega kota, ki ustreza razdalji med sosednjima polnima paroma, in središčnega kota, ki ustreza razdalji med poloma v polnem paru, z naraščanjem števila statorskih polnih parov spreminja od vrednosti 0,09 pri preklopnem reluktančnem motorju s štirimi statorskimi polnimi pari in z šest rotorskimi poli do vrednosti 0,99.

Magnetna povezava po dveh sosednjih statorskih polov v statorske polne pare v preklopnem reluktančnem elektromotorju po izumu na prednosten način omogoča različnost razdalje med statorskima poloma znotraj polnega para od razdalje med dvema statorskima poloma, ki pripadata sosednjima polnima paroma. S tem je omogočena hkratna vzbuditev več statorskih polov in zato večji navor in večja moč elektromotorja po izumu.

Izum bo v nadaljnjem podrobno obrazložen na osnovi opisa izvedbenega primera ter pripadajočega načrta, ki na edini sliki prikazuje preklopni reluktančni elektromotor po izumu v prerezu prečno na njegovo os.

Preklopni reluktančni elektromotor po izumu je enosmerni elektromotor, ki ima navitja nameščena na vseh statorskih polih 4A, 1, 3A, 6, 2A, 5, ... Rotorski poli Γ, 2’,... pa so lahko izvedeni iz naravnih magnetov (na sliki) - njihovi poli so označeni z oznakami N (sever) in S (jug) - ali pa iz feromagnetnega materiala in je v tem primeru vsak drugi pol opremljen z vzbujevalno tuljavo (ni predstavljeno na sliki). Motor obsega štiri, šest, osem, ... statorskih polnih parov, oziroma šest, deset, štirinajst, ... rotorskih polov. Gornji števili polov pa se lahko pomnoži s poljubnim mnogokratnikom. Na sliki je predstavljen preklopni reluktančni elektromotor po izumu s šest statorskimi polnimi pari 4A, 1; 3A, 6; 2A, 5;...; 5A, 2 in z deset rotorskimi poli 1’, 2’,..., 10’.

Preklopni reluktančni elektromotor po izumu je značilen po tem, da so statorski poli (4A, 1, 3A, 6, 2A, 5, ...) izvedeni tako, da po dva sosednja tvorita oziroma sta magnetno povezana v statorski polni par 4A, 1; 3A, 6; 2A, 5;.... Statorski polni pari so pritrjeni na statorski obod. Statorski obod je pri elektromotorju po izumu lahko izveden tudi iz neferomegnetnega materiala, naprimer aluminija.

Preklopni reluktančni elektromotor po izumu pa je nadalje značilen po tem, da se razmerje središčnega kota 03, ki ustreza razdalji med sosednjima statorskima polnima paroma, in središčnega kota 01, ki ustreza razdalji med poloma v statorskem polnem paru, z naraščanjem števila statorskih polnih parov spreminja od vrednosti 0,09 pri preklopnem reluktančnem motorju s štirimi statorskimi polnimi pari in z šest rotorskimi poli do vrednosti 0,99 pri zelo velikem številu obojnih polov.

Za predstavljeni izvedbeni primer se je s poskusom ugotovilo, da je ugodno, če so kotna širina 01, kotna širina 02 statorskega pola in kotna širina 03 v naslednjih razmerjih: 01 = 1,06 0R, 02 = 0,94 0R, kjer je kot 0R enak kotu 360°, deljenemu z dvojnim številom rotorskih polov. Odtod izhaja razmerje 03:01 = 0,37.

Navitja statorskih polov so priključena na naslednji način. Nasprotna navitja na diametralno nasproti si ležečih statorskih polnih parih 1, 1A; 2, 2A; ... in 6, 6A so vezana zaporedno ali vzporedno in priključena na napetostne vire Ul, U2, ... oziroma U6, tako da postanejo ti poli v trenutku priključitve naprimer južni poli (S); seveda bi si lahko izbrali tudi, da bi bili severni poli (N). Kot viri napetosti Ul, U2, ...U6 lahko nastopajo v določenem zaporedju krmiljeni usmerniki.

V nadaljnjem je opisano delovanje preklopnega reluktančnega elektromotorja po izumu.

Najprej naj se vključita napetostna vira Ul in U2. Statorski poli 1, 1A, 2, 2A postanejo južni poli (S), statorski poli 4, 4A, 5, 5A pa postanejo severni poli (N). Privlači se osem parov polov: statorski poli 1/S, 1A/S, 2/S, 2A/S, 4/N, 4A/N, 5/N in 5A/N ter rotorski poli l’/N, 5’/N, 9’/N, 3’/N, 6’/S, 1O’/S, 4’/S oziroma 8’/S. Na rotor deluje navor v negativnem smislu, to je v smeri gibanja urinega kazalca.

Zatem se vključi napetostni vir U3. Statorska pola 3 in 3A postaneta južna pola (S), statorska pola 6 in 6A pa severna pola (N). Z majhno časovno zakasnitvijo se izključi napetostni vir Ul, medtem ko napetostni vir U2 ostane vključen. Odbijajo se štirje pari polov: statorski poli 3/S, 3A/S, 6/N in 6A/N ter rotorski poli 8’/S, 2’/S, 3’/N oziroma 7’/N. Po zasuku za kot φ3 pa se pojavi privlačna sila na štiri rotorske pole 7’/N, Γ/N, 2’/S in 6’/S. Privlači se torej ponovno osem statorskih polov in osem rotorskih polov, saj je napetostni vir U2 še vedno vključen in zato še nadalje obstoja privlačna sila med statorskimi poli 2/S, 2A/S, 5/N in 5A/N in rotorskimi poli 97N, 3’/N, 4’/S oziroma 8’/S. Rotor se zavrti v negativni smislu za 2/3 </>R, to je za 12°.

Vključi se napetostni vir U4 in med štirimi statorskimi poli in štirimi rotorskimi poli se pojavi odbojna sila, po zasuku rotorja za φ3 pa se pojavi privlačna sila med štirimi statorskimi poli in naslednjimi štirimi rotorskimi poli. Z majhno časovno zakasnitvijo za vključitvijo napetostnega vira U4 se izključi napetostni vir U2. Napetostni vir U3 ostane vključen in zato se štirje statorski poli in štirje rotorski poli še naprej privlačijo. Rotor se je pri tem zopet zavrtel za 2/3 </>R, to je za 12°.

Vključi se napetostni vir U5 in med štirimi statorskimi poli in štirimi rotorskimi poli se pojavi odbojna sila, po zasuku rotorja za 03 pa se pojavi privlačna sila med štirimi statorskimi poli in naslednjimi štirimi rotorskimi poli. Z majhno časovno zakasnitvijo za vključitvijo napetostnega vira U5 se izključi napetostni vir U3. Napetostni vir U4 ostane vključen in zato se štirje statorski poli in štirje rotorski poli še naprej privlačijo. Rotor se je pri tem zopet zavrtel za 2/3 0R, to je za 12°.

Vključi se napetostni vir U6, izključi se napetostni vir U4, napetostni vir U5 ostane vključen. Rotor se je pri tem zopet zavrtel za 2/3 0R.

Ponovno se vključi napetostni vir Ul, izključi se napetostni vir U5, napetostni vir U6 ostane vključen. Rotor se je pri tem zopet zavrtel za 2/3 0R.

Ponovno se vključi tudi napetostni vir U2, izključi se napetostni vir U6, napetostni vir Ul pa še ostane vključen. Ponovi se slika, kakršna je bila takoj po priključitvi elektromotorja po izumu na napetostna vira Ul in U2, vendar je sedaj ob statorskem polu 1 rotorski pol 9’.

En cikel obsega šest korakov, ki obstoje v priključevanju napetostnih virov Ul, U2, ... do U6 na statorska navitja zaporedoma v pozitivnem smislu, pri čemer se rotor zasuče v negativnem smislu za 6x2/3x0R = 40R = 72°.

Claims

Patentni zahtevek

Preklopni reluktančni elektromotor, označen s tem, da so statorski poli (4A, 1, 3A, 6, 2A, 5, ...) izvedeni tako, da sta po dva sosednja magnetno povezana v statorski polni par (4A, 1; 3A, 6; 2A, 5;...) in da je vrednost razmerja središčnega kota (03), ki ustreza razdalji med sosednjima polnima paroma, in središčnega kota (01), ki ustreza razdalji med poloma v polnem paru, med 0,09 in 0,99 in se z naraščanjem števila statorskih polnih parov spreminja od vrednosti 0,09 pri preklopnem reluktančnem motorju s štirimi statorskimi polnimi pari in z šest rotorskimi poli do vrednosti 0,99.