Oczywiście uzwojenia silnika

RZECZPOSPOLITA
POLSKA
(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO
(96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:
31.03.2010 10003567.4
(19) PL
(11) PL/EP
(13)
(51)
2239830
T3
Int.Cl.
H02K 7/02 (2006.01)
H02K 17/16 (2006.01)
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej
Polskiej
(54)
(97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono:
25.09.2013 Europejski Biuletyn Patentowy 2013/39
EP 2239830 B1
Tytuł wynalazku:
Indukcyjny silnik elektryczny prądu przemiennego
(30)
(43)
Pierwszeństwo:
06.04.2009 BE 200900214
Zgłoszenie ogłoszono:
13.10.2010 w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2010/41
(45)
O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono:
28.02.2014 Wiadomości Urzędu Patentowego 2014/02
(73)
Uprawniony z patentu:
KS Research, société anonyme, Soumagne, BE
PL/EP 2239830 T3
(72)
Twórca(y) wynalazku:
STEFAN KUPISIEWICZ, Soumagne, BE
JACQUES JEAN SCHOEBRECHTS, Soumagne, BE
(74)
Pełnomocnik:
rzecz. pat. Alicja Piotrowicz
KANCELARIA PATENTOWA
KULIKOWSKA & KULIKOWSKI SP.J.
SKR. POCZT. 130
00-975 Warszawa 12
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).
23940/PE/13
EP 2 239 830
Opis
[0001] Wynalazek dotyczy indukcyjnego silnika elektrycznego
prądu
przemiennego,
indukcyjnym
który
silniku
jest
stosowany
pierścieniowym
gramma,
głównie
szczególnie
w
w
silniku zasilanym z przemiennika częstotliwości.
[0002] Z europejskiego patentu 1.533.884 znany jest już taki
silnik,
który
jest
wbudowany
w
akumulator
energii
kinetycznej. Posiada on pierścień Gramma, stanowiący stały
stojan silnika asynchronicznego. Zadaniem tego silnika jest
napędzanie bębna zewnętrznego względem silnika do określonej
prędkości.
[0003] W tym zastosowaniu silnik jest korzystnie zasilany z
przemiennika częstotliwości.
[0004]
Jednakże
stosowanie
przetwornic
z
szybkim
przełączaniem powoduje generowanie wskutek wyładowań, prądów
pojemnościowych i przez sprzężenia indukcyjne prądów, które
mogą być szkodliwe dla łożysk tocznych tych maszyn.
[0005] Należy zapewnić pewne podstawowe środki ostrożności.
[0006] Polegają one, z jednej strony, na wykonaniu toru o
możliwie
jak
najmniejszej
impedancji
dla
powrotu
prądów
wysokiej częstotliwości HF w trybie synfazowym w kierunku
przemiennika, co zostanie wykonane za pomocą dostosowanych
kabli
(uziemionych
symetrycznie,
do
prądu
faradycznego,…)
między wyjściem z przemiennika i silnikiem, który zasila, i z
drugiej strony, za pomocą wyrównywania potencjałów systemu
uziemienia doskonale dostosowanego do wysokich częstotliwości
(HF), ze splotem połączeń, dostosowaniu połączeń, itd.
[0007] Zresztą, te środki ostrożności mogą zostać uzupełnione
innymi znanymi urządzeniami, takimi jak filtry na wyjściu z
przemiennika
filtry
(filtry
dV/dt);
izolowanych;
trybu
stosowanie
miotły
elektrostatyczny
w
lub
synfazowego,
łożysk
tocznych
szczotki
szczelinie
filtry
sinusowe,
lub
uziemiające;
powietrznej
silnika,
łożysk
ekran
i
tak
dalej.
[0008] Te różne urządzenia uzupełniające mają swoje zalety i
wady.
[0009] Inny silnik według dotychczasowego stanu techniki jest
znany z dokumentu US-A-5, 977, 679.
[0010] Obecny wynalazek ma na celu skuteczne zapobieganie
prądom Niskiej Częstotliwości (BF) i Wysokiej Częstotliwości
(HF)
wynikającym
ze
sprzężeń
o
wysokiej
i
niskiej
częstotliwości indukcyjnej i gwałtowne zredukowanie trudności
stosowania przemienników elektronicznych.
[0011]
Ten
indukcyjny
cel
jest
silnik
uzyskany
według
elektryczny
wynalazku
prądu
przez
przemiennego
wielofazowego, według zastrzeżeń 1 i 7.
[0012] Zaletą silnika według wynalazku jest to, że dodatkowe
uzwojenie
mogących
toroidalne
uszkodzić
przeciwdziała
łożyska
toczne
generowaniu
silnika
i
prądów
umożliwia
wydłużenie żywotności tych łożysk tocznych oraz przedłużenie
czasu okresowych konserwacji.
[0013] Wynalazek można zastosować w konwencjonalnym silniku
asynchronicznym,
asynchronicznych,
ale
ma
również
których
stojan
zastosowanie
jest
w
silnikach
utworzony
przez
pierścień Gramma zasilany przez przemiennik częstotliwości.
[0014] zgodnie z określonym punktem widzenia, wynalazek ma
zastosowanie w silniku akumulatora energii, którego stojan
jest
pierścieniem
Gramma,
zasilanym
przemiennikiem
częstotliwości.
[0015] Uzwojenie toroidalne zamknięte może być wykonane jako
uzwojenie dodatkowe, które dodaje się do uzwojenia głównego
czynnego,
zasilanego
alternatywnie,
jako
przemiennikiem
jedyne
częstotliwości
uzwojenie,
stanowiące
lub
zarówno
uzwojenie główne zasilane przemiennikiem częstotliwości, jak
i dodatkowe uzwojenie toroidalne, co jest oczywiście mniej
kosztowne,
ponieważ
uzwojenie
stały się wspólne, posiadają
stojana
i
co
najmniej
główne
i
pomocnicze,
które
małą reaktancję rozproszenia
równą
0,5-krotnej
reaktancji
rozproszenia silnika konwencjonalnego.
[0016]
Dla
przykładów
według
większej
wykonania
wynalazku
ograniczającym,
z
w
jasności,
opisano
poniżej
indukcyjnego
silnika
charakterze
ilustracyjnym
odwołaniem
do
kilka
elektrycznego
załączonych
i
nie
rysunków,
w
których:
Figura 1 jest schematycznym przekrojem nieprzerywanego
systemu
zasilania
według
EP 1.533.884,
silnika
asynchronicznego według dotychczasowego stanu techniki;
figura 2 przedstawia przekrój wzdłuż linii II-II z figury
1;
figura 3 przedstawia przekrój podobny do tego z figury 2,
ale dla silnika według wynalazku;
figury 4 i 5 przedstawiają przekroje podobne do tego z
figury 3, ale dla innych wykonań według wynalazku;
figura
6
konwencjonalnego
przedstawia
silnika
schematyczny
asynchronicznego
przekrój
według
wynalazku;
figura 7 przedstawia przekrój wzdłuż linii VII-VII na
figurze 6.
[0017] Figura 1 dotyczy nie przerywanego systemu zasilania
elektrycznego (ASI) 1, opisanego w patencie EP 1.533.884.
[0018] ASI 1 składa się głównie z maszyny synchronicznej 2 i
z akumulatora energii kinetycznej 3 według wynalazku, które
są zamontowane w korpusie.
[0019]
Akumulator
energii
kinetycznej
3,
posiada
wał
5,
sztywno połączony z wałem 6 maszyny synchronicznej 2 i jest
podparty na łożyskach 7 i na łożyskach tocznych 8.
[0020] Akumulator 3 posiada również stalowy bęben 9, podparty
na
lożyskach
10 i łożyskach
tocznych 11, który może być
obracany względem wału 5 akumulatora energii kinetycznej 3, i
który stanowi wirnik silnika, którego stojan 13 utworzony
jest przez pierścień Gramma, dobrze znany przez specjalistę,
który jest zamocowany na łożysku centralnym 7 korpusu 4,
otaczającym
wał
5
i
będący
otoczony
z
zewnątrz
przez
zakończenie bębna 9 wirnika.
[0021] Ten pierścień Gramma 14 zasilany jest przemiennikiem
częstotliwości,
który
nie
został
przedstawiony.
Bardziej
szczegółowo przedstawiono go na figurze 2, złożony jest z
zespołu ułożonych blach magnetycznych 15, tworzących kolisty,
warstwowy rdzeń 16, który jest wyposażony w podłużne żłobki
17, w których zezwoje 18 są nawinięte dookoła rdzenia 16.
[0022]
Szczególna
właściwość
pierścienia
Gramma
14
umożliwia stosowanie dwóch typów konfiguracji uzwojenia.
[0023]
Pierwszy
typ
jest
przedstawiony
na
figurze
2
w
wersji klasycznego uzwojenia głównego o dwóch biegunach i
dwudziestu
czterech
żłobkach
17.
Przedstawione
są
tylko
połączenia jednej fazy, ze względu na przejrzystość.
[0024]
Jeśli
rozpatruje
się
fazę
1,
to
połączenia
te
są
stosunkowo
konwencjonalne
i
posiadają
dla
tej
samej
fazy
przewody „wchodzące” i przewody „wychodzące”, przedstawione
na figurze 2 strzałkami E i S prostopadłymi do powierzchni
rysunku.
[0025] Jedna faza składa się wówczas, w tym przykładzie z
dwóch
zwojów
półzwoje
18
18
o
czterech
odpowiadają
odcinkach
przewodom
19,
„tam”
przy
i
czym
„z
dwa
powrotem”
uzwojenia „Siemens”.
[0026] W tej klasycznej wersji, uzwojenie trójfazowe może
być połączone w gwiazdę lub w trójkąt.
[0027]
Siły
magnetomotoryczne
poszczególnych
faz
są
klasyczne i teorie silników konwencjonalnych mogą zostać
zastosowane bez znacznych zmian.
[0028] Rozpatrzmy strumień nieaktywny, taki jak φf krążący w
pierścieniu Gramma 14, który może wynikać:
• bądź
z
nieciągłości,
elektrycznej,
lub
z
nieodłącznej
przesunięcia
dla
każdej
stojana
13
maszyny
względem
wirnika 9, przy czym prądy łożyskowe 8 wynikają z tego
typu asymetrii, i są dobrze znane, częstotliwość prądów
jest równa częstotliwości prądów zasilających uzwojenia
trójfazowe
stojana
i
może
generować
napięcia
szkodliwe
tylko w maszynach o dużych wymiarach;
• bądź ze sprzężenia indukcyjnego wynikającego z prądów o
wysokiej
prądów
częstotliwości
pojemnościowych
HF
w
zwykłym
związanych
ze
trybie
zmianiami
wskutek
dV/dt
przemienników.
[0029] Ze względu na duże indukcyjności uzwojeń, prądy HF są
skanalizowane
i
ujęte
na
wejściach
uzwojeń,
co
zmienia
symetrię prądów, a suma amperozwojów nie wynosi już zero i
powoduje
stosunkowo
duży
przepływ
strumienia
wysokiej
częstotliwości HF.
[0030] Ten strumień, krążąc w pierścieniu 14, nie będzie
wywoływał
żadnej
siły
elektromotorycznej
w
fazach,
każda
faza jest w rzeczywistości złożona z dwóch półzwojów 18 o
przeciwnych
kierunkach,
i
fakt
połączenia
uzwojenia
trójfazowego w gwiazdę lub w trójkąt nie spowoduje zmiany
tego stanu rzeczy.
[0031] Wał 5, łożyska 8, korpus 4 i jego łożyska 7 tworzą
pewnego rodzaju zamkniętą pętlę abcd przewodzącą prąd, przez
którą przepływa strumień φf, jak przedstawiono na figurze 1.
Ta
pętla
abcd
będzie
miejscem
siły
elektromotorycznej
stosunkowo dużej ze względu na wysokie częstotliwości tych
strumieni.
[0032] Powstała siła elektromotoryczna rozłoży się głównie na
łożyska
toczne
8,
co
może
spowodować
powstanie
prądu,
przedstawionego na figurze 1 strzałkami I.
[0033] Rzeczywiście, jeśli ta siła elektromotoryczna jest
większa od napięcia przebicia warstwy oleju (napięcia tym
słabszego im bardziej smar jest zanieczyszczony lub zużyty,
im
wyższa
jest
temperatura,
jak
również
przy
małych
prędkościach), może pojawić się zjawisko korozji wżerowej
lub rowki, które mogą zmniejszyć poważnie żywotność łożysk
tocznych 8.
[0034] Według wynalazku dodaje się uzwojenie dodatkowe 20,
przedstawione
zamknięte
i
na
figurze
tworzące
3,
uzwojenie
uzwojenie
toroidalne
20
całkowicie
zamknięte
zwojami 21 połączonymi w pewien sposób szeregowo.
ze
[0035]
Obecność
uzwojenia
20
według
wynalazku
będzie
generować siłę magnetomotoryczną, przeciwdziałającą silnie
strumieniowi
φf,
niewystarczająca
którego
dla
wartość
wywołania
resztkowa
siły
będzie
elektromotorycznej,
szkodliwej dla łożysk tocznych 8.
[0036]
Wszystkie
strumienie,
takie
jak
φf,
spowodują
powstanie siły elektromotorycznej w każdym zwoju 21.
[0037] Te zwoje 21, ułożone szeregowo, będą generować prąd
w
zamkniętym
zmianom
uzwojeniu
strumienia
i
20.
Te
prądy
strumień
będą
przeciwdziałać
resztkowy
będzie
tym
mniejszy, im mniejsza będzie impedancja uzwojenia 20.
[0038]
Występuje
sytuacja,
w
której
uzwojenie
wtórne
transformatora toroidalnego, jest zwarte (indukcyjność tego
typu uzwojenia jest zawsze bardzo słaba).
[0039]
Figura
utworzone
z
3
przedstawia
płaskownika,
zamknięte
który
musi
uzwojenie
być
20,
oczywiście
izolowany i mieć ewentualnie tylko jeden punkt połączenia z
masą.
[0040] Jest oczywistym, że to zamknięte uzwojenie może zostać
ułożone
różnie,
z
jednym
lub
kilkoma
drutami
w
każdym
wyżłobieniu, z drutami lub płaskownikami co 1, 2, 3, lub 4
wyżłobienia, rozmieszczonymi blisko obwodu magnetycznego, …
[0041]
Drugi
typ
konfiguracji
uzwojenia
według
wynalazku
akumulatora energii kinetycznej 3 wyposażonego w silnik 12 ze
stojanem 13 w postaci pierścienia Gramma 14, jest uzwojeniem
20, w którym całość uzwojenia jest uzwojeniem 20 toroidalnym
pojedynczym i zamkniętym, tak jak przedstawiono na figurze 4,
analogicznie do sposobu uzwojeń pierścienia gramma dla maszyn
prądu stałego z XIX wieku, tylko że w tym przypadku, dla
prądów przemiennych.
[0042] W tym przypadku można wykonać uzwojenie 20 trójfazowe
dwubiegunowe, łącząc fazy z punktem A, B, C, rozmieszczone
co 120º jak przedstawiono na figurze 4.
[0043] Siły magnetomotoryczne są różne od tych z uzwojenia
„Siemens”, jak opisano z odniesieniem do figury 2.
[0044] Można w ten sam sposób wykonać uzwojenie 20 N-fazowe,
rozstawiając wejścia co 2.n/N.
[0045] Uzwojenie 20 o czterech biegunach zostanie wykonane
przez połączenie wejść według figury 5.
[0046] Fazy E1, E2, E3 są rozmieszczone przestrzennie co 60º
i
120º
elektrycznych,
równolegle
i
są
wejścia
zasilane
za
E1,
pomocą
E2,
E3
zacisków
są
połączone
trójfazowych
wyjścia z przemiennika.
[0047] Według tej samej zasady można wykonać uzwojenie 20
trójfazowe z sześcioma biegunami, ośmioma biegunami.
[0048] Wspólną cechą tych różnych uzwojeń 20 jest to, że bez
względu na liczbę biegunów lub faz, różnią się tylko liczbą i
typem
połączeń,
uzwojenie
20
według
wynalazku
zamknięte,
posiada tą podstawową własność, że liczba amperozwojów na
obwodzie będzie w każdej chwili równa 0, i że w konsekwencji
strumienie wynikające z asymetrii, takich jak te opisane dla
pierwszego typu uzwojenia, zostaną zredukowane do wartości
pomijalnej.
[0049] Zgodnie z innym aspektem wynalazku, zasada uzwojenia
20 według wynalazku może zostać rozszerzona na zastosowanie w
konwencjonalnym silniku asynchronicznym 22 z uzwojeniami typu
„SIEMENS”,
takim
jak
przedstawiony
na
figurach
6
i
7
przedstawiających asynchroniczny silnik dwubiegunowy, którego
konwencjonalne uzwojenie nie zostało przedstawione.
[0050] Gdyby opisany uprzednio, strumień taki jak φf, został
wygenerowany, uzwojenie 20 według wynalazku przedstawione na
figurze
7
dla
utworzenia
uzwojenia
20
toroidalnego
zamkniętego, miałoby za zadanie blokowanie tego strumienia i
uniemożliwienie przepływu prądów I poprzez wał 5 i łożyska
toczne 8.
[0051] Jak poprzednio, to uzwojenie zamknięte 20 może zostać
ułożone w różny sposób, z jednym lub kilkoma drutami w każdym
żłobku, z drutami lub płaskownikami co 1, 2, 3,… żłobki,
rozmieszczone blisko obwodu magnetycznego.
[0052]
Uzwojenie
skuteczne,
jeśli
umieszczony
w
pozostawienie
20
według
komplet
korpusie
wynalazku
blach
24
ze
wystarczającej
będzie
magnetycznych
stopu
15
aluminium
przestrzeni
bardziej
między
zostanie
lub
przez
zewnętrzem
blach i cylindrem zewnętrznym.
[0053] Jest oczywistym, że wynalazek nie ogranicza się w
żaden sposób do uprzednio przedstawionych przykładów, lecz
mogą zostać wprowadzone liczne zmiany w indukcyjnym silniku
elektrycznym
opisanym
uprzednio,
bez
wychodzenia
z
ram
wynalazku, takich jak określone w poniższych zastrzeżeniach.
Zastrzeżenia patentowe
1.
Indukcyjny
przemiennego,
w
silnik
szczególności
elektryczny
silnik
prądu
(12-22)
zasilany
przemiennikiem częstotliwości, posiadający korpus (4) z
wirnikiem (9) na łożyskach tocznych (8), i który posiada
stojan (13) ze współosiowym rdzeniem pierścieniowym (16),
z
materiału
magnetycznego,
aktywnym
zasilanym
znamienny
tym,
z
nałożonym
przemiennikiem
że
stojan
(13)
uzwojeniem
częstotliwości,
posiada
zamknięte
pomocnicze uzwojenie toroidalne (20) i obejmujące rdzeń
pierścieniowy (16).
2.
Silnik elektryczny według zastrzeżenia 1, znamienny tym,
że ten silnik (12-22) jest silnikiem asynchronicznym.
3.
Silnik elektryczny według zastrzeżenia 1 lub 2, znamienny
tym,
że
silnik
(12-22)
jest
klasycznym
silnikiem
asynchronicznym (22).
4.
Silnik elektryczny według zastrzeżenia 3, znamienny tym,
że rdzeń z materiału magnetycznego jest umieszczony w
korpusie odlanym z aluminium (4).
5.
Silnik
elektryczny
według
jednego,
któregokolwiek
z
zastrzeżeń 1 do 3, znamienny tym, że silnik (12-22) jest
silnikiem
utworzony
asynchronicznym,
przez
którego
pierścień
stojan
Gramma
(14)
(13)
jest
zasilany
przemiennikiem częstotliwości.
6.
Silnik elektryczny według któregokolwiek z poprzednich
zastrzeżeń,
znamienny
tym,
że
silnik
(12-22)
jest
silnikiem elektrycznym akumulatora energii kinetycznej.
7.
Indukcyjny
silnik
szczególności
elektryczny
silnik
prądu
(12-22)
przemiennego,
zasilany
w
przemiennikiem
częstotliwości, posiadający korpus (4) z wirnikiem (9) na
łożyskach tocznych (8) i który posiada stojan (13) z
pierścieniowym
rdzeniem
(16)
współosiowym
z
materiału
magnetycznego z nałożonym aktywnym uzwojeniem zasilanym
przez przemiennikiem częstotliwości, znamienny tym, że
stojan (13) posiada zamknięte uzwojenie toroidalne (20) i
obejmujące
rdzeń
jednocześnie
pierścieniowy
główne
przemiennikiem
(16)
uzwojenie
częstotliwości
i
które
(18)
stanowi
zasilane
i
uzwojenie
przeciwdziałające
generowaniu
prądów
pojemnościowych
przez
indukcyjne
mogące
uszkodzić
toczne
sprzężenie
(8)
stojana,
i
co
posiadające
najmniej
małą reaktancję
równą
i
łożyska
rozproszenia
0,5-krotnej
reaktancji
rozproszenia silnika konwencjonalnego.
8.
Silnik elektryczny według zastrzeżenia 7, znamienny tym,
że
uzwojenie
toroidalne
(20)
pojedyncze
jest
wykonane
jako uzwojenie N-fazowe, z wejściami rozmieszczonymi co
360º/N.
9.
Silnik elektryczny według zastrzeżenia 8, znamienny tym,
że uzwojenie (20) jest wykonane jako uzwojenie trójfazowe
z
wejściami
połączonymi
równolegle,
które
są
przez zaciski trójfazowe wyjścia z przemiennika.
zasilane
Prior Art Dotychczasowy stan techniki
Prior Art Dotychczasowy stan techniki
DOKUMENTY PRZYTOCZONE W OPISIE
Lista przytoczonych przez Zgłaszającego dokumentów została
zamieszczona wyłącznie do informacji czytelnika i nie stanowi
części składowej europejskiego dokumentu patentowego. Została
ona zestawiona z za ewentualne błędy lub braki.
Literatura patentowa przytoczona w opisie największą
starannością; EUP nie ponosi jednakże żadnej
odpowiedzialności
EP 1533884 A [0002] [0016][0017]
US 5977679 A [0009]