SE511896C2 - Elektrisk rotationsmotor med utpräglade poler - Google Patents

Description

511 896 10 15 20 25 30 35 _ 2 _ Uppfinningen bygger på en kombination av två iakttagel- ser.

För det första är en högvärdig permanentmagnet och en mjukjärnskropp vars mättningsflödestäthet är i stort sett densamma som permanentmagnetens remanens mycket lika med av- seende pà sina magnetiska egenskaper närhelst det yttre mag- netfältet verkar i riktningen för permanentmagnetens inre po- larisation.

För det andra är i en permanentmagnetmotor av det ovan- nämnda slaget med ytmonterade permanentmagneter och matad från ett rätt inställt elektroniskt drivdon, såsom en servo- förstärkare, endast hälften av volymen hos varje permanent- magnet utsatt för ett avmagnetiserande fält, medan den andra hälften är utsatt för ett magnetfält i riktningen för perma- nentmagnetens inre polarisation.

Av dessa iakttagelser kan man sluta sig till att en av- sevärd andel av den sistnämnda volymen kan ersättas med en kropp av mjukmagnetiskt material vars mättningsflödestäthet ligger på en passande nivå.

I enlighet med en sida av uppfinningen tillhandahålls en elektrisk maskin av det angivna slaget i vilken var och en av ett jämnt antal poler i den andra delens polrad omfattar en permanentmagnetpolsektion och en mjukmagnetisk polsektion, permanentmagnetpolsektionerna och de mjukmagnetiska polsek- tionerna är åtskilda utmed luftgapet, och den mjukmagnetiska polsektionen över åtminstone en del av sin längd utmed luft- gapet har en mâttningsflödestâthet vid sin mot luftgapet vända sida som ej är högre än den flödestäthet i luftgapet som orsakar magnetisk màttning av tänderna i den första de- lens tandrad.

I en motor enligt denna sida av uppfinningen kan en in- besparing av grovt räknat 50% av det dyrbara permanentmagnet- materialet ersättas med billigt mjukmagnetiskt material utan att mer än en liten andel av vridmomentet förloras.

I enlighet med en annan sida av uppfinningen tillhanda- hålls en elektrisk maskin av det angivna slaget där åtmin- stone en sektion av åtminstone några poler hos den andra de- lens polrad utgör en mjukmagnetisk pol som över åtminstone en del av sin längd utmed luftgapet har en mättningsflödestäthet 10 15 20 25 30 35 511 896 _ 3 _ vid sin mot luftgapet vända sida som ej är högre än den flö- destäthet i luftgapet som orsakar magnetisk mättning av tän- derna hos den första delens tandrad.

I en motor enligt denna andra sida kan permanentmagne- terna utelämnas helt och hållet. Ett sådant utelämnande med- för en mycket betydande minskning av vridmomentet jämfört med en motor enligt den första sidan men representerar fortfa- rande en förbättring jämfört med konventionella reluktans- motorer utan permanentmagneter. I själva verket kan en del av det förlorade vridmomentet återvinnas genom ökning av stator- borrningens diameter, eftersom den radikala minskning av flö- det i oket eller returjärnsdelen av statorn som följer att av permanentmagneterna är utelämnade medger en minskning av re- turjärnets tvärsnittsarea och därigenom möjliggör en ökad ro- tordiameter.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare med hänvis- ning till de bifogade schematiska ritningarna, på vilka: Fig. 1 är en tvärsnittsvy av en i enlighet med uppfin- ningen utförd elektrisk motor (det magnetiska fältmönster som föreligger vid strömförande lindning är angivet); Fig. 2 visar ett längdsnitt längs linjen II-II i Fig. 1: Fig. 3 är en utbredd vy av en del av raden av rotorpoler sedd inifrån luftgapet (för förenkling av framställningen är rotorpolsektionernas axiella dimensioner ej i rätt proportion till dimensionerna i omkretsled); Fig. 4 är en vy svarande mot Fig. 3 men visar ett modi- fierat polarrangemang; Fig. 5A och SB är diagram som representerar en känd mo- tor respektive en jämförbar motor enligt uppfinningen; Fig. 6 och 7 är diagram som visar karaktäristiska arbets- mässiga kännetecken på uppfinningen.

Den som exempel visade motorn i Fig. 1 och 2 är en rota- tionsmotor och har en mjukmagnetisk lamellerad första motor- del ll, i det följande benämnd stator, och en mjukmagnetisk lamellerad andra motordel 12, fortsättningsvis benämnd rotor, som är lagrad inuti statorn ll för rotation i förhållande till statorn kring en axellinje C. En rotoraxel 13 som är ro- tationslagrad i lager 14 uppbär rotorn i ett fast läge i för- hållande till statorn. De tunna plåtarna 11A och 12A av elek- 511 896 lO 15 20 25 30 35 _4.. troplåt som bildar stator- och rotorlamellerna ligger i plan som är vinkelräta mot axellinjen.

En trefaslindning 15 är anordnad på statorn 11 och in- satt i ett flertal axiellt gående statorspàr 11B som är åt- skilda av en runtomgàende rad statortänder 11C. Lindningen 15 kan ha olika utföranden (se exempelvis T. Bödefeld och H.

Sequenz, "Elektrische Maschinen", Springer-Verlag, Wien 1949, pp 102-105). ken varje spole omsluter flera tänder. Statorn 11 med den Den kan exempelvis vara en slinglindning i vil- tillhörande lindningen 15 kan vara av helt konventionell konstruktion och framställas exempelvis som statorn till en konventionell kortsluten motor. I det visade exemplet alstrar lindningsspolarna ett sexpoligt kontinuerligt vandrade mag- netfält, dvs. ett magnetfält som vandrar med en hastighet som är konstant eller i huvudsak konstant över arbetscyklerna när motorn arbetar i fortfarighetstillståndet.

På rotorns 12 cylindriska yta sitter sex likformigt åt- skilda, radiellt magnetiserade permanentmagneter 16, vilkas polariteter växlar i omkretsled. Sex mjukmagnetiska rotorut- spräng 17, som är likformigt åtskilda och gjorda i ett stycke med rotorn, omväxlar i omkretsled med permanentmagneter 16 och är åtskilda i omkretsled från närliggande permanent- magneter. Permanentmagneterna 16 och de mjukmagnetiska rotor- utsprången 17 bildar en runtomgàende ring eller rad R av rotorpolsektioner 16, 17 (se även Fig. 3) där varje perma- nentmagnetisk polsektion 16 funktionellt hör samman med de närliggande mjukmagnetiska polsektionerna 17.

Raden R av rotorpolsektioner 16, 17 ligger mitt emot ringen av statortänder 11C och är skild från denna av ett smalt cylindriskt luftgap 18.

Som framgår bäst av Fig. 2 är i de delar av rotorn som bildar de utpräglade mjukmagnetiska polsektionerna 17 va- rannan plåt 12A avkortad i förhållande till de närliggande plàtarna, så att dessa polsektioner ej bildas av mellanrums- fritt staplade elektroplåtar utan av plátpartier som är skilda från varandra av luft.

Magnetiskt är effekten av denna reduktion eller avkort- ning av varannan rotorplåt 12A och den därav betingade "ut- tunnade" konstruktionen hos de mjukmagnetiska polsektionerna 10 15 20 25 30 35 511 896 _5_ 17 en halvering av genomsnittsvärdet på mättningsflödestäthe- ten över den mot luftgapet 18 vända ytan på polsektionerna 17, jämfört med mättningsflödestätheten för en motsvarande massiv eller mellanrumsfritt laminerad polsektion. En större eller mindre grad av minskning av mättningsflödestätheten kan uppnås exempelvis genom variering av graden av reduktion eller avkortning av varannan plåt.

En liknande reduktion av mättningsflödestätheten hos de mjukmagnetiska polsektionerna 17 kan uppnås på andra sätt än den visade avkortningen av vissa plåtar. Exempelvis kan alla plàtarna ha samma radiella dimension och istället vara utfor- made med urtag i de delar som bildar de mjukmagnetiska pol- sektionerna. Sådana urtag tjänar till att förminska den tvär- snittsarea hos plàtarna som utsätts för magnetflödet och bör vara fördelad i huvudsak likformigt över de mjukmagnetiska polsektionernas tvärsnitt. De kan vara i form av hål, dvs. öppningar som har en sluten kontur och således ej är öppna mot luftgapet, eller de kan vara öppningar som står i för- bindelse med luftgapet via smala passager. En förfining kan uppnås genom att närliggande plåtar ges urtag på olika sätt.

Ytterligare en möjlighet ligger i att göra de mjukmagne- tiska polsektionerna av kompositer av mjukmagnetiskt material och omagnetiskt material, det förra materialet i form av par- tiklar som är fördelade i en matris av ett senare, eller av sammanpressade flagor av omagnetiskt material. Det är till- räckligt att de mjukmagnetiska polsektionerna 17 har den re- ducerade mättningsflödestätheten i den del av detsamma som ligger intill luftgapet 18. Företrädesvis är det radiella måttet eller djupet på det ytskikt som uppvisar den reduce- rade flödestätheten åtminstone ungefär lika med motsvarande mått hos luftgapet 17, men ej större än det radiella måttet på de permanentmagnetiska polsektionerna 16.

Oberoende av hur den minskade mättningsflödestätheten hos de mjukmagnetiska polsektionerna 17 är åstadkommen bör vidare mättningsflödestätheten företrädesvis ej vara högre än den flödestäthet i luftgapet som orsakar mättning av stator- tänderna 11C. Med andra ord bör mättning av de mjukmagnetiska polsektionerna 17 inträda innan statortänderna eller någon annan del av den magnetiska kretsen blir mättad. 511 896 lO 15 20 25 30 35 _ 5 _ Mättningsflödestätheten för de mjukmagnetiska polsek- tionerna bör visserligen företrädesvis vara i huvudsak lika med remanensen hos de permanentmagnetiska polsektionerna, men en förbättring av motorns prestanda kan i vissa fall uppnås genom att de mjukmagnetiska polsektionerna 17 anordnas att ha något högre mättningsflödestäthet.

Det bör observeras att det ej är nödvändigt att de mjuk- magnetiska polsektionerna 17 har den ovan nämnda ytmättnings- egenskapen över hela sin längd i omkretsled. I synnerhet om motorn är anordnad för momentutveckling i endast en riktning är det tillräckligt att de mjukmagnetiska polsektionerna kan uppnå ytmättning över framkantdelarna. Naturligtvis bör de kunna uppnå ytmättning över hela sin axiella längd.

Varje mjukmagnetisk polsektion 17 bör vara skild från närliggande permanentmagnetiska polsektioner 16 på ett sådant sätt att ej önskvärd magnetisk läckning mellan närliggande polsektioner 16, 17 blir så liten som möjligt.

I den i Fig. 1 och 2 visade utföringsformen är den i om- kretsled mätta längden på de permanentmagnetiska polsektio- nerna 16 ungefär densamma som motsvarande längd på de mjuk- magnetiska polsektionerna 17. Företrädesvis är den i omkrets- led mätta längden på de mjukmagnetiska polsektionerna 17 i stort sett 90 elektriska grader. Det bör noteras att även om en längd i omkretsled på cirka 90 elektriska grader är att föredra, kan betydande avvikelser från detta värde på längden i omkretsled, såsom ¿3O elektriska grader, vara godtagbara.

Som lätt inses bör de permanentmagnetiska polsektionerna och de mjukmagnetiska polsektionerna omväxla över hela om- kretsen på rotorn såsom visas i Fig. 1. Motorn enligt uppfin- ningen är emellertid funktionsduglig även om sådan omväxling föreligger endast över valda delar av omkretsen, men före- trädesvis bör rotorn ha ett jämnt antal kombinationer av en permanentmagnetisk polsektion och en mjukmagnetisk polsek- tion.

Fig. 4 visar ett modifierat rotorpolarrangemang som kan användas istället för det i Fig. 3 visade symmetriska arran- gemanget när motorn behöver utveckla fullt vridmoment endast i en rotationsriktning, den normala eller föredragna rota- tionsriktningen. lO 15 20 25 30 35 511 896 - 7 _ Enligt denna modifikation är den i omkretsled mätta läng- den på den permanentmagnetiska polsektionen 16A i varje av en permanentmagnetisk polsektion 16A och en mjukmagnetisk pol- sektion l7B bestående grupp reducerad jämfört med utförings- formen i Fig. 3, medan den i omkretsled mätta längden på den mjukmagnetiska polsektionen 17A är ökad. Vidare är avståndet mellan polsektionerna inom varje sådan grupp utökat, medan avståndet mellan grupperna är reducerat. Med denna utförings- form kan ytterligare inbesparing av permanentmagnetiskt mate- rial uppnås utan uppgivande av någon stor del av det vridmo- ment som utvecklas i den normala eller föredragna rotations- riktningen.

Det finns åtskilliga tillämpningar för elektriska driv- system där det över en viss hastighet, den så kallade bas- hastigheten, är tillräckligt att hålla konstant axeleffekt och där följaktligen en gradvis minskning av axelvridmomentet kan godtas över denna hastighet. I sådana tillämpningar får spänningen på motorns anslutningar ej öka när hastigheten överskrider bashastigheten, ty i annat fall skulle den nomi- nella effekten och därmed kostnaden för det elektriska mat- ningsdonet öka. I drivsystem för sådana tillämpningar skulle kända med permanentmagneter försedda synkronmotorer med yt- monterade rotormagneter ha nackdelar som gör dem nära nog omöjliga.

Dessa nackdelar kan minskas väsentligt i motorer enligt uppfinningen, så att deras användning i tillämpningar av det ovannämnda slaget skulle bli fördelaktig, emedan det är möj- ligt att minska den spänning som induceras i statorlindningen till följd av rotorns rotation. Minskningen av den inducerade spänningen kan uppnås genom förskjutning av vinkelläget för toppen på den våg av magnetomotorisk kraft, MMF, som alstras av strömmen i statorlindningen, i förhållande till rotorn.

Kända elektroniska anordningar, såsom servoförstärkare för trefasmotorer, kan användas för reglering av denna förskjut- ning.

Om statorn har spår och tänder, såsom är fallet i den i Fig. 1 och 2 visade utföringsformen, föreligger alltid en interaktion mellan den diskontinuerliga yta som rotortänderna bildar och kanterna på de löpande rotorpolerna, vilket ger 511 896 10 15 20 25 30 35 _ 8 _ upphov till en viss ojämnhet i motorns vridmoment. I motorer enligt uppfinningen kan denna ojämnhet reduceras betydligt med konventionella metoder som används för andra slags moto- rer. Exempelvis kan statorspåren och/eller kanterna på rotor- polerna göras sneda, eller kan rotorpolerna uppdelas axiellt och de bildade poldelarna förskjutas i omkretsled en bråkdel av en spárdelning i förhållande till närliggande poldelar.

En annan möjlighet som kan användas i motorer enligt upp- finningen är att fördela rotorpolsektionerna något ojämnt.

Beskrivningen av ett sätt att åstadkomma den ojämna fördel- ningen kan förenklas genom att begreppet koincidenslägen in- förs.

Exempelvis kommer ifråga om de ytmättningsbara utpräg- lade polsektionerna framkanten på varje sådan polsektion att under varje rotorvarv inta så många koincidenslägen i för- hållande till statorn, mittpunkten pà någon av statortänderna, som det finns stator- i vilka denna framkant står mitt för tänder. Syftet med den ojämna fördelningen av de ytmättnings- bara utpräglade polsektionerna kunde vara att fördubbla det totala antalet koincidenslägen genom att uppdela dessa pol- sektioner i två polgrupper med identiska koincidenslägen i varje grupp och att tillse att koincidenslägena för de båda grupperna kommer att omväxla över ett rotorvarv. Antalet grupper kan ökas ytterligare tills var och en av sektionerna utgör en egen grupp, varvid det totala antalet koincidens- lägen per rotorvarv skulle vara lika med antalet statortänder mulitiplicerat med antalet sektioner, dvs. antalet grupper, över rotoromkretsen.

Samma metod kunde istället tillämpas på de permanent- magnetiska polsektionerna, om sådana finns, utmed rotorom- kretsen eller på både de ytmättningsbara utpräglade polsek- tionerna och de permanentmagnetiska polsektionerna.

För minimering av det så kallade reluktanskuggnings- momentet vid strömlös lindning bör den i omkretsled mätta längden på de permanentmagnetiska polerna väljas så att den blir lika med en heltalsmultipel av statortanddelningen plus en tredjedel av bredden på öppningen mellan närliggande sta- tortânder. 10 15 20 25 30 35 511 896 _ 9 _ Generellt utövar en utpräglad pol med konstant luftgap en tangentiell nettokraft när statorns MF har olika värden vid de i huvudsak axiella fram- och bakkanterna pà polen.

Konventionella reluktanspoler formar endast luftgapet mellan statorn och rotorn för att tillåta magnetflödet att gå mellan statorn och rotorn främst där luftgapet är smalast, men de upptar ej någon nämnvärd del av den MMF som driver flödet. Å andra sidan alstrar en utpräglad pol vars yta när mag- netisk mättningsflödestäthet när den utsätts för en viss MMF ett avsevärt högre vridmoment än någon annan utpräglad pol som begränsar flödestâtheten i luftgapet till samma nivá ge- nom ett större luftgap. Denna högre momentalstringsförmàga är väsentlig när reluktanspolsektioner används istället för per- manentmagnetsektioner med hög momentalstringsförmàga. Följ- aktligen är ytmättningsegenskapen hos de utpräglade mjukmag- netiska polsektionerna väsentlig i motorer enligt uppfin- ningen.

Den högre momentalstringsförmägan hos ytmättningsbara utpräglade poler kan förklaras genom ett tankeexperiment.

Antag att en ände av en parallellepipedisk kolv gjord av ett magnetiskt mättningsbart material är halvvägs inne i ett plan- parallellt luftgap mellan tvâ poler på en elektromagnet.

Antag sedan att elektromagneten exciteras och kolven sedan tilläts röra sig ett litet stycke längre in i luftgapet, var- på elektromagneten avexciteras med kolven kvar i luftgapet.

För den luftvolym som ersatts med spetsen på kolven upprättas arbetscykeldiagrammet i Fig. 6, som visar magnetflödet som funktion av MMF.

I detta diagram representerar den linje som förbinder punkt 1 med punkt 2 magnetiseringen av luftvolymen AV. Den linje som förbinder punkt 2 med punkt 3 representerar rörel- sen hos kolvspetsen in i luftvolymen AV. Vid punkten 3 av- exciteras elektromagneten med kolven kvar i sitt läge. Den krökta pillinjen mellan punkt 3 och punkt 1 är avmagne- tiseringskurvan för volymen AV när denna volym är fylld av kolvspetsen.

Enligt elektricitetslagarna måste arbetscykelarean W, dvs. den skrafferade ytan i diagrammet i Fig. 6, vara lika med det mekaniska arbete som kolven utför när den rör sig in 511 896 10 15 20 25 30 35 _ 10 _ i volymen AV. Det kan visas att för varje volymenhet av AV kan den elektriska energi som omvandlats till mekaniskt ar- bete uttryckas genom polarisationskurvan för kolven såsom visas i Fig. 7, så att W = w x AV.

Av Fig. 6 framgår att krökningen hos den pilförsedda linje som sammanbinder punkterna 3 och 1 ökar det mekaniska arbetet jämfört med det arbete som representeras av ytan un- der den raka punktstreckade linje som sammanbinder punkterna 3 och 1; denna linje representerar en kolv gjord av ett "lin- järt material" eller en ekvivalent kombination av omättat järn och ett lämpligt luftgap.

För höga värden på den magnetiserande vektorn H blir diagrammet i Fig. 7 i det närmaste rektangulärt. Det är så- lunda tydligt att den kraft som en ytmättningsbar utpräglad pol utövar kan vara nästan två gånger den kraft som utövas av en konventionell reluktanspol representerad av den raka punkt- streckade linje som sammanbinder punkterna 3 och 1 och gäller för en konventionell reluktanspol.

Ytterligare en fördel med den ytmättningsbara utpräglade flödet så att polen är att den även vid överbelastning begränsar till nästan samma nivå som vid nominell belastning, andra magnetiska delar av motorn ej behöver överdimensioneras för att klara ett överlasttillständ.

Rotorn hos en motor enligt föreliggande uppfinning kan uppfattas som en modifikation av en permanentmagnetrotor med ytmonterade permanentmagneter, där en del av varje permanent- magnet är bortskuren och ersatt med en ytmättningsbar utpräg- lad pol. Denna ytmättningsbara utpräglade pol behöver emel- lertid ej vara av samma storlek och behöver ej inta exakt samma plats pà rotorytan som det permanentmagnetstycke den ersätter.

I princip bildar en permanentmagnetisk polsektion och en av dess tvâ närliggande ytmättningsbara utpräglade polsektio- ner en sammansatt pol som ersätter en permanentmagnetpol av större storlek än den faktiska permanentmagneten. Vilken av de närliggande ytmättningsbara utpräglade polsektionerna som kan betraktas som hörande till en viss permanentmagnetisk pol- sektion beror på riktningen hos den magnetiska fältväg som alstras av i statorlindningen flytande strömmar, den magneto- 10 15 20 25 30 35 511 896 _11- motoriska kraften i statorn, statorns MMF. Formen på statorns MF är i princip en sinusvåg, vars amplitud och riktning be- stäms av till statorlindningen matade strömmar, ett välkänt fenomen.

Fig. SA visar i tämligen förenklad form flödestäthets- (B), enligt föreliggande uppfinning liksom den MF-våg (E) som profilen (A), (C) och (D) utmed luftgapet på en motor alstras av motorns flerfasiga lindning. Profilerna (A) och (B) motsvarar permanentmagnetiska polsektioner med nordpol respektive sydpol. Profilerna (C) och (D) motsvarar ytmàtt- ningsbara utprâglade poler magnetiserade av MMF-vågen (E).

Det är tydligt att profilerna (A) och (C) påminner om pro- filen för en större permanentmagnetpol. Detsamma gäller för profilerna (E) och (C). För jämförelse visar Fig. SB flödes- täthetsprofiler för en motor med dubbelt så stora permanent- magnetpoler och utan mättningsbara utprâglade poler.

Vad Fig. 5A beträffar inses det att en förskjutning av statorns MMF-våg (E) ät höger motsvarande ungefär en tredje- dels våglängd skulle omkasta polariteterna för alla mätt- ningsbara utprâglade polsektioner men ej påverka polarite- terna hos permanentmagnetpolsektionerna. Den av rotorn ut- (B) och (C) skulle då tillsammans påminna om en profil för en större permanent- övade kraften skulle omkastas. Profilerna magnet, istället för profilerna (B) och (D) tagna tillsam- mans, vilket var fallet för MMF-vägens förskjutning åt höger.

Det av en rotor enligt föreliggande uppfinning utveck- lade vridmomentet beror på både amplituden och riktningen för den MMF-våg som alstras av i statorlindningen flytande fler- fasströmmar, precis som för den permanentmagnetrotor den er- sätter. För en given amplitud hos MMF-vågen är det läget för denna våg i förhållande till rotorn som är bestämmande. Det i Fig. 3 ingående diagrammet visar detta samband grafiskt. För ett symmetriskt polarrangemang utmed rotorytan såsom visas i Fig. 3 omsluter den nyttiga arbetsarean ett vinkelomràde på cirka :GO elektriska grader, dvs. il/3 av delningen för de permanentmagnetiska polsektioner som är centrerade kring mittpunkten pà en permanentmagnetisk polsektion som partiellt avmagnetiseras av statorns MNF när toppen på denna våg sam- manfaller med dess mittpunkt. Vid detta relativläge för sta- 511 896 10 15 20 25 30 35 _ 12 _ torns MMF-våg motverkas alla permanentmagnetiska polsektioner samtidigt eller nästan samtidigt.

När motorn arbetar vid hastigheter upp till den så kal- lade bashastigheten finns ingen anledning att ge statorns MMF-våg någon annan riktning än den för vilken maximalt vrid- moment utvecklas vid en given amplitud för statorns MMF-våg, dvs. antingen i den riktning som svarar mot punkten 1 eller mot punkten 2 i diagrammet i Fig. 3, beroende pä riktningen för det erforderliga vridmomentet. I båda fallen repelleras alla permanentmagnetiska polsektioner och attraheras alla mättningsbara utpräglade polsektioner av statorns MNF-våg, och båda dessa krafter verkar i samma riktning.

Bashastigheten definieras som den högsta hastighet vid vilken motorns strömförsörjning fortfarande kan hålla motor- strömmen vid dess nominella värde. Bashastigheten är sålunda inte ett särdrag hos motorn själv utan ett särdrag som är ge- mensamt med motorn och strömkällan. När motorn går över bas- hastigheten måste statorns MF-våg vara så riktad, att mo- torns inducerade spänning minskas, vilket uppnås genom att statorns MNF-våg riktas mot en lämplig punkt mellan de punk- ter som motsvarar punkterna l och 2 i diagrammet i Fig. 3.

Minskningen av den inducerade spänningen är att hänföra helt och hållet till förekomsten av de mättningsbara utpräglade polsektionerna; utan dessa skulle ingen betydande minskning av den inducerade spänningen vid märkströmmen vara möjlig.

Vid en given motorhastighet och given amplitud hos statorns MF-våg kan den inducerade spänningen minskas med högst en viss faktor. Denna reduktionsfaktor, fältförsvag- ningsförhállandet, kan ökas genom ökning av dimensionerna på de ytmättningsbara utpräglade polsektionerna och/eller minsk- ning av dimensionerna på de permanentmagnetiska polsektio- nerna, exempelvis genom ökning av den i omkretsled mätta längden på de ytmättningsbara utpräglade polsektionerna och samtidig minskning av motsvarande dimension på de permanent- magnetiska polsektionerna. Ett polarrangemang av detta slag visas i Fig. 4, som även visar asymmetriskt anordnade ytmätt- ningsbara utpräglade polsektioner 17A mellan de permanent- magnetiska polsektionerna 16A. Denna utföringsform är mest lämpad för drivning av laster som kräver en momentriktning 10 15 20 25 30 35 511 896 _13- hela tiden eller åtminstone under största delen av tiden, exempelvis pumpar och fläktar. Det år tydligt att i en motor enligt föreliggande uppfinning kommer de kvarvarande perma- nentmagnetiska polsektionerna att mer eller mindre helt re- pelleras av statorns MMF och därför inte kan ersättas med ytmättningsbara utpràglade poler. De kan inte desto mindre minskas i storlek till priset av en motsvarande minskad mo- mentförmåga.

En naturlig fråga är då: om permanentmagneterna elimine- ras helt och hållet, skulle då Svaret är ja, en mycket robust en användbar motor erhållas? motor men med mindre än halva momentalstringsförmågan för en motor som har det ovan be- skrivna blandade arrangemanget av permanentmagnetiska och mjukjärnspolsektioner och på samma gång med radikalt minskat (oket) ge en minskning av returjärnets tvärsnittsarea, varvid sta- flöde i returjärnet i motorns yttre del. Detta skulle torborrningens diameter skulle kunna ökas i motsvarande grad och en del av den förlorade momentförmågan återvinnas.

Resultatet skulle bli en motor som fortfarande är svagare än en motor med blandade poler men också utan rotorförluster.

Försedd med ett slags burlindning skulle den kunna arbeta i en grupp med en gemensam strömkälla med variabel frekvens eller rentav matad direkt från nätet. En sådan motor skulle vara överlägsen kända reluktansmotorer tack vare den ytmätt- ningsbara utpràglade polens överlägsenhet över andra typer av utpràglade poler och skulle möjligen nå samma momentförmåga som i vanliga kortslutna motorer.

En burlindning skulle också kunna användas på en rotor med blandade poler, med stavar placerade exempelvis i mellan- rummen mellan polerna. Detta skulle göra det möjligt att an- sluta en grupp av blandpolsmotorer till en gemensam ström- källa, exempelvis en variabel frekvensomvandlare.

Alternativa utföringsformgr för roterande motorer Roterande motorer som består av en stator med tillhö- rande lindning och en rotor kan ha en luftgapsyta som är cy- lindrisk, konisk, skivformig osv., i princip vilken som helst ytform som en generatris roterande kring en fast axellinje kan alstra. 1.0 15 20 511 896 _14- Motorer med axiella eller koniska luftgapsytor kan bestå av tvà statordelar med en lindning och en rotor placerade mel- lan statordelarna och uppvisande poler på båda sidor vända mot de med statorn bildade luftgapen. Rotorn behöver ej vara (ok).

En variant av denna typ av motor kan vara försedd med en försedd med en returväg för flödet tredje stationär statordel med tillhörande lindning och pla- cerad mellan de båda andra statordelarna och uppvisande luft- gapsytor på två sidor. Rotordelarna pà en gemensam axel är anordnade i de två mellanrummen mellan varje tvàtal av sta- tordelar. Den tredje statordelen behöver ej ha en returväg för flödet (ok).

Det inses att en sådan motor även kan ha en fjärde sta- tordel liknande den tredje, och en tredje rotordel, så att motorn har sex luftgap men endast två flödesreturvägar, medan i en motor av konventionell konstruktion tvà flödesretur- vägar, en pà statordelen och en pà rotordelen, hör till varje luftgap.

Det inses att den ovan angivna principen för uppbyggnad av flerrotormotorer kan utvidgas till vilket som helst valt antal rotorer.

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 511 896 _ 15 _ Patentkrav

1. Elektrisk maskin med - en ferromagnetisk första del (ll) med ett flertal tänder (11C) anordnade i en rad, - en ferromagnetisk andra del (12) med ett flertal poler (16, 17) anordnade i en polrad stående mitt emot den första delens (11) tandrad och skild från denna av ett luft- gap (18), - lagerorgan som uppbär den första och den andra de- len (11, 12) - en med den första delen (11) tänderna (11C) förlagd lindningsanordning (15) för alstring av ett flerpoligt magnetfält som vandrar kontinuerligt utmed luftgapet (18) delen (11, 12) över luftgapet tal poler och en poldelning motsvarande poldelningen hos den för relativ rörelse längs luftgapet (18), och förenad, i spår mellan och sammanlänkar den första och den andra (18) och som har ett jämnt an- andra delens (12) polrad, kânnetecknad av att minst en sektion (17) av åtminstone nâgra poler i den andra delens polrad utgör en mjukmagnetisk utpräglad pol, vilken över åtminstone en del av sin längd utmed luftgapet (18) har en mättningsflödestäthet vid sin mot luftgapet vända yta som ej är större än den flödestäthet i luftgapet som or- sakar mâttning av tänderna (11C) i den första delens (11) tandrad.

2. Elektrisk maskin med - en ferromagnetisk första del (11) med ett flertal tänder (11C) - en ferromagnetisk andra del (12) med ett flertal permanentmagnetiska poler (16) anordnade i en polrad stående anordnade i en rad, mitt emot den första delens (11) tandrad och skild fràn denna av ett luftgap (18), - lagerorgan som uppbär den första och den andra de- len (11, 12) för relativ rörelse längs luftgapet (18), och - en med den första delen förenad, i spår mellan tänderna (l1C) förlagd lindningsanordning (15) för alstring 10 15 20 25 30 35 511 896 _16- av ett flerpoligt magnetfält som vandrar kontinuerligt utmed luftgapet (18) och sammanlänkar den första och den andra delen (11, 12) över luftgapet och som har ett jämnt antal poler och en poldelning motsvarande poldelningen hos den (12) kånnetecknad av att andra delens polrad, var och en av ett jämnt antal poler hos den andra delens (12) polrad omfattar en permanentmagnetpolsektion (16) och en mjukmagnetisk utpräglad polsektion (17), varvid permanentpol- sektionernas (16) polaritet växlar från pol till pol, permanentmagnetpolsektionerna (16) och de mjukmagnetiska utpräglade polsektionerna (17) är åtskilda längs luftgapet (18), och de mjukmagnetiska utpräglade polsektionerna (17) över (is) mättningsflödestäthet vid sin mot luftgapet vända yta som ej åtminstone en del av sin längd utmed luftgapet har en är större än den flödestäthet i luftgapet som orsakar mätt- ning av tänderna (l1C) i den första delens (11) tandrad.

3. Elektrisk maskin enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad av att längden, mätt längs luftgapet (18), på de mjukmagnetiska utpräglade polerna (17) eller de mjukmagne- tiska utpräglade polsektionerna (17) är ej större än cirka hälften av en poldelning hos den andra delens polrad (12).

4. Elektrisk maskin enligt något av patentkrav 1-3, kånnetecknad av att nämnda måttningsflödestäthet föreligger i ett område av de mjukmagnetiska utpräglade polerna (17) eller mjukmagnetiska utpräglade polsektionerna (17) vars utsträck- ning mätt tvärs mot luftgapet (18) är åtminstone ungefär lika med luftgapets bredd.

5. Elektrisk maskin enligt något av patentkrav 1-4, i vilken den andra delen (12) omfattar ett flertal mot luft- gapet (18) vinkelräta lameller (12A) av mjukmagnetiskt mate- rial, kânnetecknad av att det ytområde på de mjukmagnetiska utpräglade polerna (17) eller mjukmagnetiska utpräglade pol- (17) har ett fler- sektionerna som är vänt mot luftgapet (18) 10 15 511 896 _17- tal lokala urtag, som ger polerna eller polsektionerna en reducerad tvärsnittsarea intill luftgapet, eller ett flertal mjukmagnetiska partiklar eller flagor som är i huvudsak lik- formigt fördelade i en matris.

6. Elektrisk maskin enligt patentkrav 2 eller något av patentkrav 3-5 taget tillsammans med patentkrav 2, kännetecknad av att de permanentmagnetiska polsektionerna (16) är asymmetriskt placerade mellan de mjukmagnetiska ut- präglade polsektionerna (17) utefter luftgapets (18) längd, företrädesvis pà sådant sätt att i varje grupp bestående av ett par mjukmagnetiska utpräglade polsektioner (17) och en mellanliggande permanentmagnetisk polsektion (16), är den permanentmagnetiska polsektionen (16) förskjuten i den före- dragna momentutvecklingsriktningen från ett mittläge mellan de mjukmagnetiska utpräglade polsektionerna (17).