(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (13) T3 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 2007/09 EP B1 (51) Int. Cl. H02K21/24 H02K1/14 H02K29/08 H02K3/52 H02K11/04 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (54) Tytuł wynalazku: Elektryczna maszyna rotacyjna z wirnikiem z magnesu trwałego (30) Pierwszeństwo: IT2003TO (43) Zgłoszenie ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 2006/29 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 07/2007 (73) Uprawniony z patentu: Emerson Appliance Motors Europe S.r.l., Moncalieri, IT (72) Twórca (y) wynalazku: PL/EP T3 ACQUAVIVA Sebastiano, Pino Torinese, IT CAPPELLETTI Pierluigi, Cislago, IT MORRA Giorgio, Asti, IT (74) Pełnomocnik: Polservice Kancelaria Rzeczników Patentowych Sp. z o.o. rzecz. pat. Słomczyńska Elżbieta Warszawa skr. poczt. 335 Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 71P20912PL00 EP B1 5 Niniejszy wynalazek dotyczy elektrycznych maszyn rotacyjnych z wirnikami z magnesu trwałego. Maszyna jest ujawniona w stanie techniki w US Celem niniejszego wynalazku jest zapewnienie elektrycznej maszyny rotacyjnej, w szczególności silnika prądu stałego, który może być stosowany w urządzeniach domowych, mającej konstrukcję, która jest wyjątkowo prosta i która może być wytwarzana przy bardzo niskich kosztach. 15 Ten cel oraz inne cele są osiągnięte według wynalazku poprzez elektryczną maszynę rotacyjną, zawierającą: wirnik z co najmniej jednym magnesem trwałym do wytwarzania jednorodnego pierścieniowego rozkładu biegunowości magnetycznej o kątowo przemiennym znaku wokół 20 osi obrotu wirnika, w obrębie namagnesowanej powierzchni usytuowanej w płaszczyźnie zasadniczo w promieniowej prostopadłej do wspomnianej osi, i stojan zawierający: konstrukcję przenoszącą przepływ ukształtowaną ze 25 sprasowanej masy izolowanych ferromagnetycznych cząstek, przy czym konstrukcja ma podstawę, z której wystają ramiona pierwsze i drugie zasadniczo równolegle do osi wirnika, i wspomniane ramiona są usytuowane zasadniczo w promieniowej odległości, odpowiednio pierwszej i drugiej, od osi i są

3 2 przemienne kątowo względem siebie; a końce wspomnianych ramion pierwszego i drugiego, przeciwległe do podstawy są zwrócone przodem do wspomnianej namagnesowanej powierzchni wirnika, od której są oddzielone za pośrednictwem szczeliny 5 powietrznej; i uzwojenie usytuowane współosiowo względem wirnika w pierścieniowym obszarze pomiędzy wspomnianymi ramionami pierwszym i drugim konstrukcji przenoszącej przepływ. Dalsze cechy charakterystyczne i korzyści wynalazku 10 wynikną z następującego szczegółowego opisu będącego podanego jedynie jako nie ograniczający przykład z odniesieniem do dołączonych rysunków, na których: Figura 1 jest widokiem z boku silnika elektrycznego skonstruowanego zgodnie z niniejszym wynalazkiem; 15 Figura 2 jest widokiem przekroju wzdłuż linii II-II z Figury 1; Figura 3 jest perspektywicznym widokiem przekroju silnika elektrycznego według Figur 1 i 2; Figura 4 jest rzutem z góry części stojana silnika 20 według poprzedzających figur; Figura 5 jest widokiem przekroju wzdłuż linii V-V z Figury 4; Figura 6 jest rzutem z góry konstrukcji przenoszącej przepływ zawartej w silniku według wynalazku; 25 Figura 7 jest widokiem przekroju poprzecznego wzdłuż linii VII-VII na Figurze 6; Figura 8 jest widokiem z boku w kierunku strzałki VIII na Figurze 6;

4 3 Figura 9 jest perspektywicznym widokiem konstrukcji przenoszącej przepływ według Figur 6 do 8; Figura 10 jest rzutem od dołu cewki uzwojenia silnika elektrycznego według poprzedzających figur; 5 Figura 11 jest widokiem, w powiększeniu, szczegółu wskazanego strzałką XI na Figurze 10; Figura 12 jest widokiem przekroju poprzecznego wzdłuż linii XII-XII na Figurze 10; Figura 13 jest widokiem, w powiększeniu, szczegółu 10 wskazanego jako XIII na Figurze 12; Figura 14 jest rzutem płytki z drukowanym obwodem do sterowania częściami składowymi silnika według poprzedzających figur; i Figura 15 jest perspektywicznym widokiem magnesu 15 trwałego do wirnika silnika elektrycznego według poprzedzających figur. W odniesieniu do rysunków, a zwłaszcza do Figur 1 do 3, jako 1 oznaczono silnik elektryczny według niniejszego wynalazku. 20 Chociaż poniższy opis odnosi się do przykładu wykonania maszyny elektrycznej według wynalazku, która ma pracować jako silnik, jest oczywiste dla osób biegłych w tej dziedzinie, że poniższy opis ma zastosowanie, mutatis mutandis, do przykładu wykonania maszyny elektrycznej według wynalazku, która może 25 pracować jako generator. W odniesieniu do Figur 1 do 3, silnik 1 na nich ukazany dotyczy w szczególności silnika prądu stałego zawierającego wirnik oznaczony w całości przez 2 i stojan oznaczony ogólnie przez 3.

5 4 W przykładzie wykonania pokazanym przykładowo, wirnik 2 zawiera korpus podporowy 4 zasadniczo w postaci odwróconego kubka, do którego końcowej ściany 4a jest przymocowany trwały magnes 5. 5 Wirnik 2 także zawiera wał 6 mający jeden koniec 6a zamocowany współosiowo wewnątrz korpusu 4 wirnika. Wał 6 jest w szczególności zamontowany w sposób wystający w środkowej części ściany końcowej 4a korpusu 4. Stojan 3 zawiera konstrukcję podporową, oznaczoną 10 ogólnie przez 7 na Figurach 2 i 3. Ta konstrukcja, która podobnie do korpusu 4 wirnika może być wykonana na przykład z ukształtowanego tworzywa sztucznego, zasadniczo ma część końcowa 8 z jednej strony, z której wystaje na środku część kolumnowa oznaczona ogólnie jako 9 (patrz także Figury 4 i 15 5). W pokazanym przykładzie wykonania, po stronie zwróconej w kierunku korpusu 4 wirnika, koniec 8 konstrukcji podporowej 7 stojana ma dwa współosiowe pierścieniowo ukształtowane elementy 8a,8b, pomiędzy którymi jest utworzony rowek 10, a 20 do wewnątrz rowka wchodzi z promieniowym luzem dolna końcowa krawędź korpusu 4 wirnika. Część kolumnowa 9 konstrukcji podporowej 7 stojana zawiera cylindryczną, rurową, wewnętrzną ściankę 11, wokół której jest usytuowaną współosiowo inna w przybliżeniu 25 cylindryczna ścianka 12. W rzeczywistości, ścianka 12 tworzy wgłębienie, oznaczone jako 13 na Figurze 4, mające kątowe przedłużenie, które, w przedstawionym przykładzie, jest bliskie 90 o. To wgłębienie rozciąga się zasadniczo na całej

6 5 długości ścianki 12, jak można zauważyć rozpatrując Figurę 4 w powiązaniu, na przykład, z Figurą 5. Jak można zauważyć na Figurach 2 i 3, wał 6 wirnika 2 rozciąga się współosiowo po wewnętrznej stronie rurowej 5 ściany 11 konstrukcji podporowej 7 stojana i jest obrotowo podparty, na przykład za pomocą dwóch tulei 14 i 15. Konstrukcja przenosząca przepływ, oznaczona ogólnie jako 16 na Figurach 2,3 i 6 do 9, jest zamontowana na części 9 konstrukcji podporowej 7 stojana Konstrukcja przenosząca przepływ 16 jest korzystnie ukształtowana jako jedna część ze sprasowanej masy izolowanych ferromagnetycznych cząstek. Ta konstrukcja 16 ma w szczególności podstawę 17, która w pokazanym przykładzie, jest zasadniczo w formie płaskiego pierścienia, z jednej 15 strony którego wystają do góry dwa zestawy występów lub ramion, zasadniczo równoległych do osi A-A wirnika i oznaczone odpowiednio jako 18 i 19. Podstawa 17 nie musi być płaska, ale może mieć kształt kubka otwartego na jej końcowej ścianie. 20 Jak można zauważyć, w szczególności na Figurze 6, ramiona 18 są usytuowane w tej samej odległości promieniowej od osi A-A bardziej na zewnątrz niż ramiona 19, które są usytuowane w tej samej, ale mniejszej odległości od osi. W pokazanym przykładzie wykonania, konstrukcja 25 przenosząca przepływ 16 ma cztery promieniowo zewnętrzne ramiona 18, które są rozmieszczone w równej odległości kątowej i rozciągają się na tej samej długości, oraz cztery promieniowo wewnętrzne ramiona 19, które są rozmieszczone w

7 6 równej odległości kątowej i rozciągają się na tej samej długości. Jak wspomniano dalej powyżej, podstawa 17 konstrukcji przenoszącej przepływ 16 korzystnie ma kształt pierścieniowy, 5 a ramiona 18 są wyrównane z jej zewnętrznym obrzeżem, zaś ramiona 19 są zasadniczo wyrównane z krawędzią jej wewnętrznego kołowego otworu 20. Jak widać wyraźniej na Figurze 6, wewnętrzne ramiona 19 konstrukcji przenoszącej przepływ 16 są usytuowane kątowo 10 przemiennie względem promieniowo zewnętrznych ramion 18. Typowo, ramiona 18 i 19 maja zasadniczo takie samo pole przekroju poprzecznego. Ramiona 18 i 19 mogą zachodzić na ich zewnętrznych końcach w pewnym zakresie kątowym, a ich zewnętrzne końce 15 mogą także być odpowiednio ścięte i/lub połączone tak, żeby zredukować tak zwany moment zaczepowy. Powierzchnie końcowe 18a i 19a ramion 18 i 19 konstrukcji 16, przeciwległe do podstawy 17, są usytuowane jako zwrócone czołowo do powierzchni 5a magnesu trwałego 5 20 wirnika (Figury 2 i 3). Szczelina powietrzna 21 jest utworzona pomiędzy końcowymi powierzchniami 18a i 19a ramion 18 i 19 konstrukcji przenoszącej przepływ 16 stojana i płaska pierścieniowa powierzchnią 5a magnesu trwałego 5 (Figury 2 i 3). 25 Pierścieniowy obszar wewnątrz cewki 22, w którym jest umieszczone uzwojenie 23 z izolowanego elektrycznego przewodu, jest utworzony pomiędzy promieniowo zewnętrznymi ramionami 18 i promieniowo wewnętrznymi ramionami 19 w konstrukcji przenoszącej przepływ 16. Ta cewka jest pokazana

8 7 w szczególności na Figurach 10 do 13 i zawiera pośrednią część rurową 22a posiadającą dwa pierścieniowe kołnierze końcowe 22b i 22c (Figury 10 i 12). Korzystnie, powierzchnie końcowe 18a,19a ramion 18, 19 5 nie leżą w tej samej poprzecznej płaszczyźnie, ale są nieco nachylone, wszystkie w tym samym kierunku, jak widać to w szczególności na Figurach 7 i 8. To powoduje, że szczelina powietrzna ma cyklicznie zmieniająca się amplitudę i jest możliwość określenia wyznaczonego kątowego położenia 10 spoczynkowego wirnika 2 oraz zapewnienia generowania momentu o określonej wielkości po starcie. Jak widać w szczególności na Figurze 10, kołnierze 22b i 22c cewki 22 mają kształtowy zarys obrzeża taki, że mogą one być umieszczone w pierścieniowym obszarze pomiędzy 15 zewnętrznymi ramionami 18 i wewnętrznymi ramionami 19 konstrukcji przenoszącej przepływ 16. W szczególności, każdy z tych kołnierzy ma cztery wystające promieniowo występy 24, które są rozmieszczone kątowo równomiernie i rozciągają się na tej samej długości i które wchodzą w przestrzenie 20 pośrednie pomiędzy parami sąsiadujących ramion 18 konstrukcji przenoszącej przepływ 16. Z odniesieniem do Figury 12, odpowiednie kołki 25 wystają ze środka promieniowo wystających występy 24 dolnego kołnierza 22c cewki 22 (patrz także Figury 10,11 i 13). 25 Te kołki 25 są równoległe do siebie i, po zmontowaniu cewki, wchodzą do odpowiednich wycięć 26 w obrzeżu podstawy 17 konstrukcji przenoszącej przepływ 16 (patrz Figury 6 do 9).

9 8 Kołki 25 maja odpowiedni kanał osiowy 27. Końcówki uzwojenia 23 zamontowanego na cewce 22 przechodzą przez kanały 27 co najmniej jednej pary tych kołków. Kołki 25 cewki są zakończone odpowiednimi zbieżnymi elementami 28, które są 5 umieszczone w odpowiadających otworach 29 płytki obwodu drukowanego 30 o zasadniczo pierścieniowym kształcie, która rozciąga się zasadniczo wokół części kolumnowej 9 konstrukcji podporowej 7 stojana (Figury 2,3 i 14). Płytka obwodu drukowanego 30, w sposób nie pokazany, 10 mieści części składowe obwodów sterujących silnikiem elektrycznym 1. Elementy 28 kołków 25 cewki 22 przechodzą i wystają z otworów 29 płytki obwodu drukowanego 30 i są zamocowane do tej płytki, na przykład poprzez zakańczanie na gorąco. 15 Końcówki uzwojenia 23 zamontowanego na cewce 22 przechodzą przez kanały 27 utworzone wewnątrz kołków 25 integralnych z cewką i są połączone, na przykład za pomocą lutowania, z obwodami drukowanymi na płytce 30. Jak widać w szczególności na Figurze 14, płytka 30 ma 20 występ 31, który rozciąga się promieniowo od jej wewnętrznej krawędzi w kierunku osi A-A wirnika. Ten występ 31 jest usytuowany wewnątrz bocznego wgłębienia 13 części kolumnowej 9 konstrukcji podporowej 7 stojana. W przykładzie wykonania pokazanym przykładowo, występ płytki 30 jest wyposażony w ucho 32, wewnątrz którego jest zamocowana płytka podporowa 33 o wydłużonym kształcie (Figura 2) i ta płytka rozciąga się równolegle do osi silnika do wnętrza wnęki pierścieniowego magnesu trwałego 5. Koniec płytki 33 zwrócony do magnesu 5 jest wyposażony w czujnik 34,

10 9 na przykład typu Halla. Podczas działania, ten czujnik umożliwia wykrywanie kątowej pozycji wirnika. Płytka 33 ma także ścieżkę do połączenia czujnika 34 z innymi częściami składowymi obwodów zawartych na płytce 5 obwodu drukowanego 30. Figura 15 ukazuje postać konstrukcyjną magnesu trwałego 5. Ten magnes jest zaprojektowany tak, że, przynajmniej na jego płaskiej stronie 5a zwróconej do stojana ma równomierne rozłożenie biegunów magnetycznych N, S rozmieszczonych kątowo 10 przemiennie wokół osi obrotu wirnika. Korzystnie, liczba biegunów magnetycznych wytwarzanych przez magnes 5 na jego powierzchni 5a jest równa ogólnej liczbie ramion zewnętrznych 18 i ramion wewnętrznych 19 konstrukcji przenoszącej przepływ Układ jest taki w tym przypadku, że kiedy promieniowo zewnętrzne ramiona 18 konstrukcji przenoszącej przepływ 16 z ich końcowymi powierzchniami 18a są skierowane do części lub segmentów magnesu trwałego 5 mającego biegunowość N, promieniowo wewnętrzne ramiona 19 konstrukcji 16 są 20 skierowane ich końcowymi powierzchniami 19a do części lub segmentów magnesu mających biegunowość S. Jak można zrozumieć z powyższego opisu, niniejszy wynalazek zapewnia elektryczną maszynę rotacyjną o wyjątkowo prostej i zwartej konstrukcji i o wyjątkowo małej liczbie 25 części. Te maszyny mogą, więc, być wytwarzane przy bardzo niskich kosztach. Wynalazek może także być stosowany do wytwarzania silników elektrycznych prądu stałego lub prądu przemiennego, jak również do wytwarzania generatorów.

11 10 Bez oczywistego modyfikowania zasady wynalazku, wykonanie i szczegóły konstrukcyjne mogą być znacząco zmieniane względem tych opisanych i zilustrowanych jedynie jako nie ograniczające przykłady, bez wychodzenia poza zakres 5 wynalazku, określony w dołączonych zastrzeżeniach. EMERSON APPLIANCE MOTORS EUROPE SRL Pełnomocnik: 10

12 71P20912PL00 EP B1 Zastrzeżenia patentowe 1. Elektryczna maszyna rotacyjna (1), zawierająca: wirnik (2) z co najmniej jednym magnesem trwałym (5) do wytwarzania jednorodnego pierścieniowego rozkładu biegunowości magnetycznej (N,S) o kątowo przemiennym znaku wokół osi obrotu (A-A) wirnika (2), w obrębie namagnesowanej powierzchni (5) usytuowanej w płaszczyźnie zasadniczo prostopadłej do wspomnianej osi (A-A), i stojan (3) zawierający: konstrukcję przenoszącą przepływ (16) mającą pierścieniową podstawę (17), z której wystają ramiona pierwsze i drugie (18,19) zasadniczo równolegle do osi (A-A) wirnika, i wspomniane ramiona są usytuowane zasadniczo w promieniowej odległości, odpowiednio pierwszej i drugiej, od osi (A-A) i są przemienne kątowo względem siebie; a końce (18a,19a) wspomnianych ramion pierwszych i drugich (18,19), przeciwległe do podstawy (17) są zwrócone przodem do wspomnianej namagnesowanej powierzchni (5a) wirnika (5), od której są oddzielone za pośrednictwem szczeliny powietrznej (21); i uzwojenie (23) usytuowany współosiowo względem wirnika (2) w pierścieniowym obszarze usytuowanym pomiędzy wspomnianymi ramionami pierwszymi i drugimi (18,19) konstrukcji przenoszącej przepływ (16);

13 12 znamienna tym, że wspomniana konstrukcja przenosząca przepływ (16) jest ukształtowana jako jedna część ze sprasowanej masy izolowanych ferromagnetycznych cząstek, a końce ramion pierwszych i drugich (18,19) mają powierzchnie końcowe (18a,19a), które są nachylone wszystkie w tym samym kierunku względem płaszczyzny poprzecznej do wspomnianej osi (A-A). 2. Elektryczna maszyna rotacyjna według zastrzeżenia 1, w której ogólna liczba ramion pierwszych i drugich (18,19) konstrukcji przenoszącej przepływ (16) jest równa liczbie biegunowości magnetycznych (N,S) wytworzonych na powierzchni (5a) wirnika (5). 3. Elektryczna maszyna rotacyjna według zastrzeżeń 1 albo 2, w której wspomniane uzwojenie (23) jest zamontowane na cewce (22) usytuowanej w obszarze pierścieniowym znajdującym się pomiędzy ramionami pierwszymi i drugimi (18,19) konstrukcji przenoszącej przepływ (16). 4. Elektryczna maszyna rotacyjna według któregokolwiek z poprzedzających zastrzeżeń, w której zewnętrzne ramiona (18) i wewnętrzne ramiona (19) konstrukcji przenoszącej przepływ (16) częściowo zachodzą na siebie w kierunku kątowym. 5. Elektryczna maszyna rotacyjna według któregokolwiek z poprzedzających zastrzeżeń, w której ramiona zewnętrzne i wewnętrzne (18,19) konstrukcji przenoszącej przepływ (16) mają ich odpowiednie powierzchnie końcowe (18a, 19a) zwrócone do magnesu trwałego (5) i nachylone w tą samą stronę w kierunku obwodowym współosiowym z magnesem (5). 6. Elektryczna maszyna rotacyjna według któregokolwiek z poprzedzających zastrzeżeń, także zawierająca płytkę obwodu

14 13 drukowanego (30) mieszczącą obwody do sterowania działaniem maszyny (1) i przymocowane do występów (25) integralnych z cewką (22), które podpierają wspomniane uzwojenie (23). 7. Elektryczna maszyna rotacyjna według zastrzeżenia 6, w której płytka obwodu drukowanego (30) jest usytuowana po przeciwnej stronie do magnesu trwałego (5) względem konstrukcji przenoszącej przepływ (16). 8. Elektryczna maszyna rotacyjna według zastrzeżenia 7, w szczególności do działania jako silnik, także zawierająca czujnik związany z powyżej wspomnianym magnesem trwałym (5) do dostarczania podczas działania sygnałów wskazujących kątową pozycję wirnika (2), przy czym wspomniany czujnik (34) jest zamontowany na płycie podporowej (3) połączonej ze wspomnianą płytką obwodu drukowanego (30) i jest usytuowany równolegle do osi (A-A) wirnika (2) aż do strefy w pobliżu wspomnianego magnesu (5). 9. Elektryczna maszyna rotacyjna według któregokolwiek z poprzedzających zastrzeżeń, w której stojan (3) zawiera konstrukcję podporową (7) obejmująca rurowy element (9) współosiowy do osi obrotu wirnika (2) i w której wirnik (2) zawiera wał (6) wystający i rozciągający się wewnątrz rurowego elementu (9) konstrukcji podporowej (7) stojana (3) i podparty obrotowo w nim za pomocą co najmniej jednej tulei (14,15) lub podobnego urządzenia podporowego. EMERSON APPLIANCE MOTORS EUROPE SRL Pełnomocnik:

15

16

17

18

19

20

21