W artykule przedstawiono nowe rodzaje maszyn elektrycznych z toczącymi się wirnikami. Problematyka ta obejmuje rys historyczny konstrukcji silników z toczącymi się wirnikami, budowę i zasady działania silników przełączalnych z toczącymi się wirnikami: cylindrycznym, kulistym, dyskowym i planetarnym oraz struktury mieszane.
EN
New constructions of electrical machines with rolling rotors are presented in the article. A history of rolling rotor machines constructions, their structure as well as principles of operation are considered. The article refers to switched reluctance motors with cylindrical, non-cylindrical, spherical, disc, planetary and mixed rolling rotors. Mathematical model, control structures and physical phenomenon analysis methods are formulated. In addition the experimental results of machines designed and built at the Division of Electrical Machines at Warsaw University of Technology are presented.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono idee konstrukcji silników o ruchu złożonym jako rodzinę siłowników oraz napędów o ruchu wirującym ciągłym, skokowym oraz grupę maszyn z toczącymi się wirnikami. Przedstawiono koncepcję rozwiązań podstawowych węzłów konstrukcyjnych tych maszyn oraz podano przykłady realizacji wybranych prototypów.
EN
New construction of complex motion electrical motors with many degree of freedom and electrical machines with rolling rotors are presented in the article. Their structure as well as principles of operation are considered.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The complex motion electric motors are very popular in industry, automation and navigation devices. The motor with the spherical geometry is one of them. Its rotor is spherically shaped. The rotor may be situated in the centre of the armature (rotating rotor) or it is rolling on the internal surface of the armature (rolling rotor). The paper presents the constructions, motion and energy equations of the motor with spherical rotor.
PL
W dzisiejszych czasach silniki elektryczne o ruchu złożonym znajdują coraz większe zastosowanie w przemyśle, automatyce czy urządzeniach nawigacyjnych. Jednym z przedstawicieli tego typu silników jest silnik o geometrii sferycznej. Są to silniki posiadające wirnik w kształcie kuli, które poprzez różnorodność rozwiązań konstrukcyjnych oferują wiele możliwości ruchowych. Wirnik w tych silnikach może być usytuowany współśrodkowo w stosunku do obwodów wzbudzenia - wtedy wirnik wykonuje tylko ruch obrotowy. Istnieją także konstrukcje gdzie wirnik toczy się po wewnętrznej powierzchni obwodów wzbudzenia. W zależności od wymaganych parametrów ruchowych silnika kulistego może on posiadać zróżnicowaną budowę układu wzbudzenia, wirnika i sposobu jego mocowania. Niniejsza publikacja przedstawia przegląd konstrukcji silników z kulistym wirnikiem, równania ruchu i energii tych silników.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
A motor having a rotor free to roll inside the stator without bearings restraining it to a fixed axis, is proposed. Using the magnetic pull forces between rotor and stator, the motor develops a torque at low speed. The paper presents a problem of optimization of the magnetic circuit and the phase band span of rolling rotor motor. Distribution of electromagnetic field and the value of torque in rolling rotor motor has been analyzed during simulation.
PL
Przedmiotem artykułu są wybrane zagadnienia optymalizacji obwodu magnetycznego oraz rozpiętości pasm fazowych reluktancyjnego silnika przełączalnego z toczącym się wirnikiem RRSRM (Rolling Rotor Switched Reluctance Motor)). Rozpatrzono przypadki zmiany kształtu blach stojana oraz zastosowanie uzwojenia pasmowego ułożonego w żłobkach o zmiennym wypełnieniu. Wyznaczono rozkłady pól oraz tabele momentów dla różnych warunków konstrukcyjnych.
W pracy przedstawiono wyniki postępu prac nad elektromechanicznym przetwornikiem położenia o wspólnym obwodzie magnetycznym, znamiennym tym, że umożliwia wykonywanie niezależnego ruchu liniowo obrotowego wałka wykonawczego. Przekładnik oprócz mechanizmu liniowo- obrotowego składa się z dwóch wirników napędzających wspomniany mechanizm oraz wspólnego wzbudnika stanowiącego wspólny obwód magnetyczny. Zastosowanie takiego rozwiązania, umożliwia zmniejszenie objętości maszyny, czyniąc ją łatwiejszą w zastosowaniu. W pracy przywołano założenia konstrukcyjne i możliwe struktury wykonania urządzenia. Omówiono zjawisko niekorzystnego wpływu wspólnego obwodu magnetycznego na poprawną pracę przetwornika. Wskazano wykorzystanie pojęcia błędu względnego jako sposobu oceny stopnia oddziaływania wymienionego zjawiska na moment obrotowy wirników. Zaprezentowano przestrzenne przebiegi wyznaczonych błędów względnych, dla wszystkich możliwych przypadków. Zdefiniowano ponadto pojęcie średniego błędu względnego i wskazano jego zastosowanie jako ilościowego sposobu oceny stopnia oddziaływania wspólnego obwodu. Zdefiniowano pojęcie współczynnika tętnienia błędu momentu i wskazano jego zastosowanie. Omówiono wyznaczenie indukcyjności uzwojeń w darmowym programie do obliczeń polowych i jej wpływu na projektowanie układu zasilania sterownika oraz strategii sterowania.
EN
This document contains results of research on complex motion common magnetic circuit electromagnetic converter characteristic that allows making independent axial and rotary shaft motion. The converter in addition to linear-rotary mechanism consists of two drive rotors and one common magnetic circuit excitator. Such a solution allows to reduce volume of the machine and makes it easier to use. The paper cites design intent and possible structure of the device. Phenomenon of common magnetic circuit adverse effect on correct operation of device is discussed. The concept of using relative error as a way to evaluate the influence of that phenomenon in the torques is discussed. Waveforms of determined relative errors for all possible cases is presented. Furthermore the concept of average relative error is defined and its use as a quantitative method of assessing the degree of common circuit impact is indicated. Definition of relative error ripple factor is given, and its usage is shown. Winding inductance calculation based on free FEM application is shown and its influence on control strategy and power system.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W niniejszym artykule przedstawione zostały wyniki badania momentów statycznych modelu fizycznego silnika reluktancyjnego.
EN
In this article the results of static torque measurements of the physical model of common magnetic circuit reluctance motor are presented. The aim of the study was to determine the degree of the impact of common circuit on the motor performance.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przeprowadzono analizę i uzasadnienie wyboru maszyny elektrycznej, która najlepiej spełnia wymagania kinematycznego magazynu energii. Szczegółowo omówiono konstrukcję obwodu magnetycznego dyskowej maszyny bezszczotkowej z magnesami trwałymi. Zaprezentowano wyniki obliczeń polowych rozkładu indukcji magnetycznej w przestrzeni szczeliny powietrznej, w której umieszczony jest twornik. Szczegółowo rozpatrzono konstrukcję bezrdzeniowego twornika tej maszyny oraz przeanalizowano dwa warianty uzwojeń tworników ze zwojami o kształcie klasycznym i skośnym. Przedstawiono sposób projektowania uzwojenia twornika bezrdzeniowego dla maszyny tarczowej oraz sposób obliczeń napięć indukowanych w pasmach analizowanych uzwojeń. Sformułowano kryteria, umożliwiające ocenę i wybór lepszego wariantu uzwojenia.
EN
The analysis of electric machine constructions choice for flywheel energy storage systems is presented in the paper. The structure of disc machine without ferromagnetic core is considered. Magnetic circuits with two winding variants (classic and skew coil) are discussed in detail. Calculation results of magnetic field distribu-tion in an air gap area, where an armature is located, are presented A coreless armature design method for the disc machine and evaluation of back EMF waveform in winding phases are discussed in details. The example calculations of back EMF wave-forms in dependency of the magnet angle within pole pitch are shown. Finally, the evaluation chose criteria of the best winding option are formulated.
Układ maszynowy charakteryzujący się małą prędkością obrotową i dużym momentem napędowym jest realizowany najczęściej w postaci silnika wysokoobrotowego i przekładni mechanicznej obniżającej prędkość obrotową (zwiększającej moment napędowy). Alternatywnym rozwiązaniem może być silnik z toczącym się wirnikiem. W Instytucie Maszyn Elektrycznych Politechniki Warszawskiej zbudowano i przeprowadzono badania prototypu jak i kompleksowego modelu matematycznego (składającego się z trzech sieci: reluktancyjnej, impedancyjnej i równań ruchu), silnika reluktancyjnego przełączalnego z toczącym się wirnikiem. Wyniki badań, jak i proces tworzenia modelu kompleksowego są przedstawione w tym artykule.
EN
A prototype of a rolling rotor switched reluctance motor and the results investigations carried out in the Institute of Electric Machines of the Warsaw University of Technology are presented. The formation and the structure (construction) of the total model containing: reluctance, impedance and dynamics networks and the results of mathematical model tests are presented in this paper.
W artykule przedstawiono analizę dynamiki przełączalnego silnika reluktancyjnego z toczącym się wirnikiem. Sformułowano równanie mechaniczne, uwzględniając specyficzną konstrukcję badanego modelu silnika. Posiłkując się danymi pomiarowymi, wyznaczono wypadkowy moment elektromagnetyczny. Przedstawiono rzeczywisty moment dynamiczny silnika, uzyskany dzięki pomiarom zmiany kątowego położenia wirnika w czasie.
EN
In the paper, the analisys of the dynamics of an RRSRM is presented. The mechanical equation adopted to the specific RRSRM design is formulated. On the basis of the conducted measurements the resultant electromagnetic torque is calculated. The real dynamie torque evaluated from measurement of the instantneous changes of shaft position is presented. The influence of gravitational forces and resistance to motion on shaft velocity and speed is shown.
W artykule przedstawiono badania modelu laboratoryjnego separatora elektrodynamicznego. Szczególną uwagę zwrócono na zbadanie wpływu parametrów uzwojenia wzbudnika i częstotliwości zasilania na efekt separacji. Celem badań była weryfikacja modeli matematycznych separatora.
EN
Magnetic fieid parameters and characteristics of an electrodynamic test model separator arę presented in this paper. Special attention is paid to examining the influence of winding parametersand the frequency of power suppły on the effects of separation. The veńfication of the mathe-matical model of the separator is the aim of these investigations. Many technological processes of production of smali elements from non-ferrous metals demand a separation of these of elements from other non-conducting elements, which arę used for cleaning or surface finishing in vibratory drums. Nowadays the following separation methods arę implemented in factońes: the mechanical method, the heavy liquid method and the electromagnetic method. In the electrodynamic separator separating forces arę produced by altemating magnetic fieids. The separating forces change oniy the trajectory of the conducting particles and cause their exhalation from the mixture stream. Ań electrodynamic separator is a specific kind of induction machinę with a free secondary. The set of separated conductive particles is the secon-dary of such machinę.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The article concerns analysis of the magnetic circuit of the tubular linear DC motor that operates as an actuator. The conception of mesh and calculation model by finite element method that enables determination of the magnetic field distribution for different magnetomotive forces and calculation of the starting force characteristic depending on armature position is presented. On the basis of a motor prototype the characteristic features of field distribution in the air gap with the armature reaction taken into account are shown. The strong dependence of starting force on mover position and appearance of force minimum is revealed. Satisfying conformity of calculation and measurement results is obtained.
PL
Artykuł dotyczy analizy obwodu magnetycznego silnika liniowego tubowego prądu stałego pracującego w charakterze siłownika. Sformułowano koncepcję siatki i model obliczeniowy umożliwiające wyznaczenie rozkładów pól magnetycznych od różnych wymuszeń oraz obliczenie charakterystyki siły rozruchowej silnika w zależności od pozycji twornika. Na przykładzie prototypu silnika ujawniono cechy charakterystyczne rozkładu pola magnetycznego w szczelinie powietrznej z uwzględnieniem oddziaływania twornika. Ujawniono też silną zależność siły rozruchowej od położenia bieżnika silnika oraz występowanie minimum tej siły. Uzyskano zadawalającą zgodność wyników obliczeń i pomiarów.
This short document describes PRT propulsion solutions. There are information about most typical drive of PRT vehicle. One of them is Linear Synchronous Motor application. Authors present theirs proposition of Linear Synchronous Motor for PRT drive. The pole model of this type machine also present in this paper. There are also a lot of analyses between physical dimensions and nominal parameters.
Coraz szersze zastosowanie w przemyśle, automatyce, urządzeniach nawigacyjnych zaczynają odgrywać silniki elektryczne o ruchu złożonym. Jednym z jego przedstawicieli jest silnik o wirniku kulistym. Rozróżnia się silniki kuliste z wirnikiem wirującym i toczącym. Kolejną możliwością zastosowania tego silnika może być przemysł motoryzacyjny. Celem modelowania jest sprawdzenie możliwości zastosowania silnika z wirnikiem kulistym jako elementu wykonawczego w skrzyni biegów samochodu osobowego. Trójwymiarowe modele silnika zostały zamodelowane w programie Opera, który pozwala na dokonanie analizy rozkładu pola magnetycznego oraz obliczenia momentu rozruchowego wirnika. Celem modelowania jest uzyskanie optymalnego rodzaju i kształtu wzbudnika silnika kulistego, przy którym zostałby osiągnięty maksymalny moment obrotowy wirnika, przy zadanych wymiarach zewnętrznych.
EN
Nowadays, the complex motion electric motors are very popular in industry, automation and navigation devices. The motor with the spherical geometry is one of them. These motors give many possibilities of a motion thanks to a variety of constructions and bearing systems. The rotor may be situated in the centre of the armature (rotating rotor) or the rotor rolls on the internal surface of the armature (rolling rotor). The next possiblity of using the motor with spherical, rolling rotor is a gearbox in a vehicle, as a mechanism changing the gear. Modelling is made in 3D Opera software, which allowed to calculate the distribution of the magnetic field and the torque of the rotor. The dimension and shape of the armature is optimized to received the maximum torque.
The dissertation includes information concerning Personal Rapid Transit systems. The paper is divided into two mutually connected chapters. The first chapter presents the motives of the creation and the history of PRT, along with several examples of these systems. It describes the solutions that are on the most advanced stage of realization (e.g. ULTRA, MISTER, VECTUS). The second chapter comprises a short comparison of the systems mentioned above. Particular attention is drawn to the types of electric motors employed in the systems and the methods of supplying. The conclusion of the deliberation is a suggestion to apply a linear motor in the PRT system instead of a rotating one. Another solution for the PRT propulsion is the concept of hybrid combination of a linear and a rotating motor.
The article describes construction and operational principles of rolling disc – shape rotor switched reluctance motor. In first part of the article, rotor kinematics and special mechanical properties are described. Few methods of control are also presented. The second part of article consist magnetic calculations (which were done with Vector FieldsŽ Opera 3D software) as a way to find the optimal construction parameters and control algorithm. In the third part of the article author describes results of tests of drive system with prototype motor.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono graficzną metodę identyfikacji parametrów układu dwumasowego bazującą na analizie czasowych przebiegów prędkości silnika. Szczegółowo opisano algorytm procedury identyfikacji. Opisana metoda umożliwia wyznaczenie parametrów układu dwumasowego zarówno liniowego jak i z luzem mechanicznym. Zaprezentowane wyniki badań symulacyjnych potwierdzają dużą dokładność wyznaczenia identyfikowanych parametrów. Ze względu na specyfikę istniejącego stanowiska laboratoryjnego badania rzeczywiste przeprowadzono tylko dla układu liniowego.
EN
In the paper the identification procedure based on the extraction of characteristic features of the two-mass system was presented. The identification procedure was described in detail. The proposed method makes possible to distinguish linear and nonlinear systems and to determine their parameters. The presented simulation and experimental results confirm efficiency of the proposed method.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Artykuł opisuje możliwość wykorzystania silnika synchronicznego liniowego w napędzie przyszłościowego transportu miejskiego typu PRT (personal rapid transit). W artykule opisana została jedna z odmian „zautomatyzowanego transportu” jaką jest PRT. Przedstawiono istniejące rozwiązania systemów PRT w tym, z silnikiem liniowym. Zwrócono też uwagę na historię samych silników liniowych oraz ich zastosowanie. W artykule opisano również nowatorską metodę wykonania uzwojenia falistego dla silnika liniowego.
EN
This paper describe possibility of using linear synchronous motor as drive in PRT (personal rapid transit) vehicles. There are also information about Personal Rapid Transit as a type of automated transport. Authors describe some of existing solution of PRT systems. Some of them include linear motors as a drive. There are also some information about the history of linear motors and theirs application. Authors describes new method of making waves winding for linear synchronous motor application.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W dzisiejszych czasach coraz szersze zastosowanie w przemyśle, automatyce, urządzeniach nawigacyjnych mają silniki elektryczne o ruchu złożonym. Jednym z ich przedstawicieli jest silnik o wirniku kulistym. Rozróżnia się silniki kuliste z wirnikiem wirującym i toczącym. Silniki te mogą też znaleźć zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym. Celem modelowania jest sprawdzenie możliwości zastosowania silnika z wirnikiem kulistym jako elementu wykonawczego w skrzyni biegów samochodu osobowego. W tym celu wykonano model silnika w programie AutoCad, a następnie został on przeniesiony do programu NISA/EMAG. Program ten pozwala na zbudowanie trójwymiarowego modelu i dokonanie analizy rozkładu pola magnetycznego w przestrzeni. Istnieje także możliwość obliczenia momentu obrotowego wirnika. Celem modelowania jest uzyskanie optymalnego rodzaju i kształtu silnika kulistego, przy którym zostałby osiągnięty maksymalny moment obrotowy wirnika, przy jak najmniejszych gabarytach maszyny.
EN
Today, resultant motion electric motors are more and more popular in industry, automation and navigation devices. One of these kinds of motors is the motor with the spherical geometry. These motors have he spherical shaped rotors, which thanks to the variety of the construction and the method of the bearing in relation to the stator, gives many possibilities of a motion. The rotor may be situated in the center of the exciter system (rotating rotor) or the rotor is rolling on the inside surface of the exciter (rolling rotor). The next possibility of using the motor with spherical, rolling rotor is a gearbox in a vehicle, as a mechanism that changing the gear. The model is constructed using 3D FEM package NISA/EMAG, which allowed to calculate the torque of the rotor. The dimension and shape of the machine is optimized to received maximum torque.
Selection of windings for linear synchronous motor was described in this paper. The paper focused on two kind of winding: wave, loop. Technological information about these windings are also included in this paper. Parameters determining the dimension of end-winding were appointed. Technological feasibility analysis of the wave windings was carried out. A new manufacturing method of such of winding was suggested. Analysis of induced voltage for two kinds of windings mentioned above was performed by PC OPERA field calculation program.
This article shows differences in results obtained by two way of FEM: 2D and 3D. Authors used one-side induction linear motor as a object for modeling. First part of the article describes the problems with 2D and 3D finite element modeling some special cases of the machine. Middle part shows the results of the electromagnetic modeling induction linear motor. The last part takes into consideration possible reason of the differences.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.