PL B1 POLITECHNIKA WARSZAWSKA, WARSZAWA, PL

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (13) B1 (51) Int.Cl. H02K 21/22 ( ) (54) Bezszczotkowa maszyna elektryczna (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA WARSZAWSKA, WARSZAWA, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 15/06 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 04/10 (72) Twórca(y) wynalazku: GRZEGORZ KAMIŃSKI, WARSZAWA, PL ANDRZEJ POCHANKE, WARSZAWA, PL ADAM BIERNAT, WARSZAWA, PL WŁODZIMIERZ PRZYBOROWSKI, WARSZAWA, PL JAN SZCZYPIOR, WARSZAWA, PL PAWEŁ STASZEWSKI, WARSZAWA, PL ANDRZEJ SMAK, WARSZAWA, PL BOGDAN BUCKI, WARSZAWA, PL WOJCIECH URBAŃSKI, ŁOMIANKI, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Lewińska Krystyna PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest bezszczotkowa maszyna elektryczna, stosowana zwłaszcza do elektromagnetycznego magazynu energii. Znana jest bezszczotkowa maszyna elektryczna do elektromagnetycznego magazynu energii złożona z wirnika i stojana. Stalowy wirnik ma postać pierścienia, w którym w płaszczyźnie prostopadłej do osi maszyny umieszczone są magnesy trwałe. Wirnik jednocześnie stanowi wirujący, bezwładnościowy magazyn energii. Wirnik ma po obu stronach tworniki z obwodem ferromagnetycznym toroidalnym, na którym to tworniku umieszczone są zezwoje cylindryczne tworzące pasma fazowe. Wadą znanej maszyny jest występowanie strat mocy w rdzeniach ferromagnetycznych, które są spowodowane ich przemagnesowaniem. Straty te przy dużych prędkościach obrotowych kinematycznych magazynów energii osiągają znaczne wartości. Powoduje to zmniejszenie sprawności magazynu i ograniczenie zakresu zastosowań. Istota maszyny według wynalazku polega na tym, że ma twornik bezrdzeniowy, stacjonarny, zaopatrzony w radiator, który stanowią żebra radiatora na obu końcach zezwoji uzwojenia bębnowego twornika. Twornik umieszczony jest między stalowymi współosiowymi tulejami wirnika, a na powierzchni wewnętrznej tulei zewnętrznej zamocowane są magnesy trwałe. Twornik złożony jest z karkasu izolacyjnego, zaopatrzonego w nacięcia dla umieszczenia w nich zezwoji uzwojenia twornika. Uzwojenie jest zalane izolacyjnym materiałem termoutwardzalnym w karkasie. Twornik ma postać pierścienia i umieszczony jest między dwiema częściami masy bezwładnościowej rozdzielonymi pierścieniem dystansowym. Masa bezwładnościowa stanowi wirnik maszyny i do jej powierzchni od strony twornika zamocowane są dwa pierścienie ferromagnetyczne, do których zamocowane są dwa pierścienie magnetyczne układu wielobiegunowego o polu magnetycznym aksjalnym. Twornik złożony jest z karkasu izolacyjnego, zaopatrzonego w nacięcia dla umieszczenia w nich zezwoji uzwojenia twornika. Uzwojenie jest zalane izolacyjnym materiałem termoutwardzalnym w karkasie. Wirnik złożony jest z dwóch symetrycznych części względem płaszczyzny prostopadłej do osi wału, a tworniki umieszczone są między stalowymi tulejami wirnika. Na powierzchni wewnętrznej tych tulei zamocowane są magnesy trwałe. Tworniki złożone są z karkasu izolacyjnego, zaopatrzonego w nacięcia dla umieszczenia w nich zezwoji uzwojenia twornika. Uzwojenie jest zalane w karkasie izolacyjnym. Zaletą maszyny według wynalazku jest wyeliminowanie wad znanej maszyny, co powoduje zwiększenie sprawności magazynu i rozszerzenie zakresu zastosowań. Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia bezszczotkową maszynę elektryczną o tworniku pionowym w przekroju osiowym, fig. 2 przedstawia karkas z uzwojeniem w rzucie aksonometrycznym, fig. 3 przedstawia schematycznie pasma fazowe uzwojenia maszyny według fig. 1 i fig. 4, fig. 4 - bezszczotkową maszynę elektryczną o tworniku poziomym w przekroju osiowym, fig. 5 przedstawia karkas maszyny z fig. 4 z uzwojeniem w rzucie aksonometrycznym, fig. 6 przedstawia bezszczotkową maszynę elektryczną o tworniku symetrycznymym w przekroju osiowym, fig. 7 przedstawia schematycznie pasma fazowe uzwojenia maszyny z fig. 6. Maszyna o tworniku pionowym przedstawiona na fig. 1 ma osadzony na wale 11 wirnik złożony ze stalowej tulei wewnętrznej 10 i stalowej tulei zewnętrznej 7. Na powierzchni wewnętrznej tulei zewnętrznej 7 umocowane są magnesy trwałe 8 tworząc układ wielobiegunowy. W przestrzeni między tuleją wewnętrzną 10 i tuleją zewnętrzną 7 umieszczony jest twornik 9 bez rdzenia ferromagnetycznego. Jak to jest przedstawione na fig. 2 twornik składa się z cylindrycznego karkasu 14 izolacyjnego konstrukcji ażurowej, który zaopatrzony jest w nacięcia dla umieszczenia w nich zezwoji 15 uzwojenia twornika 9. Każdy zezwój posiada na końcach żebra radiatora 12a, 12b. Jak to jest przedstawione na fig. 3 zezwoje 15 połączone są w grupy tworzące pasma fazowe zaopatrzone na końcu w końcówki 13. Na przeciwnym końcu wału 11, który ułożyskowany jest za pomocą łożysk magnetycznych 2, 3, 5, osadzony jest pierścień bezwładnościowy 4 stanowiący wirujący magazyn energii. Zezwoje 15 uzwojenia twornika 9 są po umieszczeniu w karkasie 14 zalane tworzywem izolacyjnym termoutwardzalnym w postaci monolitycznego cylindra. Jak to jest przedstawione na fig. 2 w brzegowej części twornika 9 żebra 12a, 12b poszczególnych zezwojów 15 tworzą radiator, którego dolna część jest połączona z monolitycznym cylindrem twornika 9.

3 PL B1 3 Obudowa 6 zaopatrzona jest w otwory wlotowe i wylotowe nie zaznaczone na rysunku, które służą odpowiednio do wprowadzania i wyprowadzania czynnika chłodzącego radiator 12a, 12b. Końcówki uzwojenia 13 połączone są ze sterownikiem elektronicznym nie uwzględnionym na rysunku. Sterownik ten połączony jest z siecią autonomiczną. W zależności od stanu energetycznego sieci sterownik wymusza stan pracy maszyny jako silnika bądź prądnicy. Maszyna o tworniku poziomym przedstawiona na fig. 4 ma osadzone na wale 11 masę bezwładnościową 4a, 4b złożoną z dwu części rozdzielonymi pierścieniem dystansowym 1. Twornik 9 ma postać pierścienia i umieszczony jest między dwiema częściami masy bezwładnościowej 4a, 4b, która stanowi wirnik maszyny. Do jej powierzchni od strony twornika 9 zamocowane są dwa pierścienie ferromagnetyczne 7, 10, do których zamocowane są dwa pierścienie magnetyczne 8 układu wielobiegunowego o polu magnetycznym aksjalnym. Twornik 9 złożony jest z karkasu izolacyjnego 14, zaopatrzonego w nacięcia dla umieszczenia w nich zezwoji 15 uzwojenia twornika 9, a uzwojenie 15 jest zalane izolacyjnym materiałem termoutwardzalnym w karkasie 14. Pomiędzy magnesami trwałymi 8 umieszczony jest wspomniany twornik 9, który połączony jest z radiatorem. Jak to jest przedstawione na fig. 5 twornik 9 składa się z pierścieniowego karkasu izolacyjnego 14 o konstrukcji ażurowej, który zaopatrzony jest w nacięcia dla umieszczenia w nich zezwoji 15 uzwojenia twornika 9. Każdy zezwój posiada na końcach żebra radiatora 12a, 12b. Jak to przedstawia fig. 3, zezwoje 15 połączone są w grupy tworzące pasma fazowe zaopatrzone na końcu w końcówki 13. Na końcach wał 11 ułożyskowany jest za pomocą łożysk magnetycznych 2, 3, 5. Zezwoje 15 uzwojenia twornika 9' są po umieszczeniu w karkasie 14 zalane tworzywem izolacyjnym termoutwardzalnym w postaci monolitycznego cylindra. Jak to jest przedstawione na fig. 4 w brzegowej części twornika 9 żebra 12a, 12b poszczególnych zezwojów 15 tworzą radiator, którego boczna część jest połączona z obudową 6. Obudowa 6 zaopatrzona jest w otwory wlotowe i wylotowe nie zaznaczone na rysunku, które służą odpowiednio do wprowadzania i wyprowadzania czynnika chłodzącego radiator 12a, 12b. Końcówki uzwojenia 13 połączone są ze sterownikiem elektronicznym nie uwzględnionym na rysunku. Sterownik ten połączony jest z siecią autonomiczną. W zależności od stanu energetycznego sieci sterownik wymusza stan pracy maszyny jako silnika bądź prądnicy. Maszyna przedstawiona na fig. 6 ma osadzony na wale 11 wirnik złożony z dwóch symetrycznych części 9a, 9b względem płaszczyzny prostopadłej do osi wału 11. Każda część składa się ze stalowej tulei wewnętrznej 10a, 10b i stalowej tulei zewnętrznej 7a, 7b. Na powierzchni wewnętrznej pierścienia zewnętrznego 7 umocowane są magnesy trwałe 8 tworząc układ wielobiegunowy. W przestrzeni między pierścieniami wewnętrznymi 10a, 10b i pierścieniami zewnętrznymi 7a, 7b umieszczony jest jeden twornik 9a, 9b, który jest bez rdzenia ferromagnetycznego. Tworniki 9a, 9b składają się, jak na fig. 2, z cylindrycznego karkasu 14 izolacyjnego o konstrukcji ażurowej, który zaopatrzony jest w nacięcia dla umieszczenia w nich zezwoji 15 uzwojenia twornika. Każdy zezwój posiada żebra 12a, 12b radiatora. Zezwoje 15, jak to przedstawia fig. 3, połączone są w grupy tworzące pasma fazowe zaopatrzone na końcu w końcówki 13. Zezwoje 15 uzwojeń twornika 9a i twornika 9b połączone są równolegle, jak to jest pokazane na fig. 7. Na przeciwnym końcu wału 11, który ułożyskowany jest za pomocą łożysk magnetycznych 2, 3, 5, osadzony jest pierścień bezwładnościowy 4 stanowiący wirujący magazyn energii. Zezwoje 15 uzwojenia tworników 9a, 9b są po umieszczeniu w karkasie 14 zalane tworzywem izolacyjnym termoutwardzalnym w postaci monolitycznego cylindra. Jak to jest przedstawione na fig. 2 w brzegowej części twornika żebra 12a, 12b poszczególnych zezwojów 15 tworzą radiator, który jest wspólny dla obu tworników 9a, 9b. Obudowa 6 zaopatrzona jest w otwory wlotowe i wylotowe nie zaznaczone na rysunku, które służą odpowiednio do wprowadzania i wyprowadzania czynnika chłodzącego radiator 12a, 12b. Końcówki uzwojenia 13 połączone są ze sterownikiem elektronicznym nie uwzględnionym na rysunku. Sterownik ten połączony jest z siecią autonomiczną. W zależności od stanu energetycznego sieci sterownik wymusza stan pracy maszyny jako silnika bądź prądnicy. Zastrzeżenia patentowe 1. Bezszczotkowa maszyna elektryczna do elektromagnetycznego magazynu energii złożona z osadzonego na wale wirnika, połączonego z magnesem trwałym i z twornika zaopatrzonego

4 4 PL B1 w zezwoje tworzące pasma fazowe i złożona z osadzonego na wale bezwładnościowego magazynu energii znamienna tym, że ma twornik (9), (9 ), (9a), (9b) bezrdzeniowy, stacjonarny (12a), (12b), zaopatrzony w radiator, który stanowią żebra radiatora (12a), (12b) na obu końcach zezwoji (15) uzwojenia bębnowego twornika (9), (9 ), (9a), (9b). 2. Bezszczotkowa maszyna według zastrz. 1, znamienna tym, że twornik (9) umieszczony jest między stalowymi współosiowymi tulejami (7), (10) wirnika, a na powierzchni wewnętrznej tulei zewnętrznej (7) zamocowane są magnesy trwałe (8), zaś twornik (9) złożony jest z karkasu izolacyjnego, zaopatrzonego w nacięcia dla umieszczenia w nich zezwoji (15) uzwojenia twornika (9), a uzwojenie jest zalane izolacyjnym materiałem termoutwardzalnym w karkasie (14). 3. Bezszczotkowa maszyna według zastrz 1, znamienna tym, że twornik (9 ) ma postać pierścienia i umieszczony jest między dwiema częściami masy bezwładnościowej (4a), (4b) rozdzielonymi pierścieniem dystansowym (1) a masa bezwładnościowa (4a), (4b) stanowi wirnik maszyny i do jej powierzchni od strony twornika (9') zamocowane są dwa pierścienie ferromagnetyczne (7, 10), do których zamocowane są dwa pierścienie magnetyczne (8) układu wielobiegunowego o polu magnetycznym aksjalnym, zaś twornik (9') złożony jest z karkasu izolacyjnego (14), zaopatrzonego w nacięcia dla umieszczenia w nich zezwoji (15) uzwojenia twornika (9 ), a uzwojenie jest zalane izolacyjnym materiałem termoutwardzalnym w karkasie (14). 4. Bezszczotkowa maszyna według zastrz. 1, znamienna tym, że wirnik złożony jest z dwóch symetrycznych części względem płaszczyzny prostopadłej do osi wału (11), a tworniki (9a), (9b) umieszczone są między stalowymi (pierścieniem) tulejami (7a), (7b) a (10a), (10b) wirnika, zaś na powierzchni wewnętrznej tych tulei (7a, 7b, 10a, 10b) zamocowane są magnesy trwałe (8), zaś tworniki (9a), (9b) złożone są z karkasu (14) izolacyjnego, zaopatrzonego w nacięcia dla umieszczenia w nich zezwoji (15) uzwojenia twornika (9), a uzwojenie jest zalane w karkasie (14).

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1

7 PL B1 7

8 8 PL B1

9 PL B1 9

10 10 PL B1

11 PL B1 11

12 12 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 4,00 zł.