[go: up one dir, main page]

NO974345L - Double-marked permanent magnet machine - Google Patents

Double-marked permanent magnet machine

Info

Publication number
NO974345L
NO974345L NO974345A NO974345A NO974345L NO 974345 L NO974345 L NO 974345L NO 974345 A NO974345 A NO 974345A NO 974345 A NO974345 A NO 974345A NO 974345 L NO974345 L NO 974345L
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
permanent magnet
double
distinct
stators
magnet machine
Prior art date
Application number
NO974345A
Other languages
Norwegian (no)
Other versions
NO974345D0 (en
Inventor
Thomas A Lipo
Yue Li
Original Assignee
Zond Energy Systems Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zond Energy Systems Inc filed Critical Zond Energy Systems Inc
Publication of NO974345D0 publication Critical patent/NO974345D0/en
Publication of NO974345L publication Critical patent/NO974345L/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00Machines with more than one rotor or stator
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/24Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets axially facing the armatures, e.g. hub-type cycle dynamos
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14Stator cores with salient poles
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår lavhastighets elektriske generatorer og spesielt en elektrisk generator for direktedrevet vindturbiner. The present invention relates to low-speed electric generators and in particular an electric generator for direct-drive wind turbines.

I de senere år har vindturbiner fått økt oppmerksomhet som alternative energikilder, siden de er trygge for omgivelsene og relativt rimelige. Med denne økende interessen er det gjort vesentlige anstrengelser for å utvikle vindturbiner som er pålitelige og effektive. In recent years, wind turbines have received increased attention as alternative energy sources, since they are safe for the environment and relatively inexpensive. With this growing interest, significant efforts have been made to develop wind turbines that are reliable and efficient.

Generelt innbefatter en vindturbin en rotor som har flere blader. Rotoren er horisontalt montert inn i et hus, som er anordnet på toppen av en fagverksøyle eller et monorørtårn. Turbinbladene omformer vindenergi til rotasjonskraft som driver en eller flere generatorer som er rotasjonsmessig koplet til rotoren via en girboks. Girboksen er nødvendig for å øke den iboende lave rotasjonshastigheten til turbinrotoren for generatoren for effektivt å konvertere mekanisk energi til elektrisk energi, som blir matet inn i et bruksnett. In general, a wind turbine includes a rotor that has multiple blades. The rotor is mounted horizontally into a housing, which is arranged on top of a truss column or a monotube tower. The turbine blades transform wind energy into rotational power that drives one or more generators that are rotationally connected to the rotor via a gearbox. The gearbox is required to increase the inherently low rotational speed of the turbine rotor for the generator to efficiently convert mechanical energy into electrical energy, which is fed into a utility grid.

Mange konvensjonelle vindturbiner roterer med en konstant hastighet for å produsere elektrisitet med seksti perioder pr sekund (60 Hz), som er US-standarden for vekselstrøm. Siden vindhastigheten endrer seg kontinuerlig, må disse vindturbinene ha et system for å opprettholde en konstant rotorhastighet. I et slikt system blir rotorhastigheten holdt konstant ved å øke stigningen til bladene ettersom vindhastigheten stiger og minske stillingen til bladene ettersom vindhastigheten faller. Many conventional wind turbines rotate at a constant speed to produce electricity at sixty cycles per second (60 Hz), which is the US standard for alternating current. Since the wind speed changes continuously, these wind turbines must have a system to maintain a constant rotor speed. In such a system, the rotor speed is kept constant by increasing the pitch of the blades as the wind speed rises and decreasing the pitch of the blades as the wind speed falls.

Noen turbiner arbeider med en variabel hastighet idet det anvendes en effektomformer for å justere ut effekten. Når hastigheten til turbinrotoren fluktuerer, vil frekvensen til vekselstrømmen som flyter fra generatoren også variere. Effektomformere, som er anordnet mellom generatoren og bruksnettet, transformerer vekselstrømmen med variabel frekvens til likestrøm, og derpå omformes den tilbake til vekselstrøm som har en konstant frekvens på seksti perioder pr sekund. Some turbines work at a variable speed as a power converter is used to adjust the output. As the speed of the turbine rotor fluctuates, the frequency of the alternating current flowing from the generator will also vary. Power converters, which are arranged between the generator and the utility grid, transform alternating current with a variable frequency into direct current, and then it is transformed back into alternating current which has a constant frequency of sixty periods per second.

En vindturbin må være solid og pålitelig. Siden girboksen til turbinen er kostbar, tung og krever mye vedlikehold, er det ønskelig å eliminere girboksen og kople generatoren direkte til turbinrotoren fordeler som knytter seg til en direktedrevet vindturbin er forbedret pålitelighet, lavere kostnader, minsket vekt, stillere drift, større effektivitet og et fravær av en dreiemomentgrense. A wind turbine must be solid and reliable. Since the gearbox of the turbine is expensive, heavy and requires a lot of maintenance, it is desirable to eliminate the gearbox and connect the generator directly to the turbine rotor. Advantages associated with a direct drive wind turbine are improved reliability, lower costs, reduced weight, quieter operation, greater efficiency and a absence of a torque limit.

Å kople turbinrotoren direkte til generatoren er imidlertid problematisk siden konvensjonelle generatorer ikke er i stand til å arbeide effektivt ved lave rotorhastigheter i området 30 til 50 omdreininger pr minutt. En maskin som kan anvendes som en generator ved lave rotorhastigheter er beskrevet i Weh, H.; May, H.; Shalaby, M.: «Highly Effective Magnetic Circuits for Permanent Magnet Excited Synchronous Machines», Proe. ICEM 1990, Vol. 3, pp. 1040-1045. However, connecting the turbine rotor directly to the generator is problematic since conventional generators are not able to work efficiently at low rotor speeds in the range of 30 to 50 revolutions per minute. A machine which can be used as a generator at low rotor speeds is described in Weh, H.; May, H.; Shalaby, M.: "Highly Effective Magnetic Circuits for Permanent Magnet Excited Synchronous Machines", Proe. ICEM 1990, Vol. 3, pp. 1040-1045.

Denne transversfluks (TF) maskinen, vist på figur 1, omfatter en ringformet rotor (som et er bare er vist et snitt av), en stasjonær ytre armaturvikling 4, en This transverse flux (TF) machine, shown in Figure 1, comprises an annular rotor (of which only a section is shown), a stationary outer armature winding 4, a

stasjonær indre armaturvikling 6, flere ytre statorkjernefluksledere 8, og flere indre statorkjernefluksledere 10. Den ringformede rotoren 2 innbefatter en første rekke av permanentmagneter 12 og en andre rekke av permanentmagneter 14, en ring 16, laget av ikke-magnetisk materiale slik som fiberforsterket harpiks, er anordnet mellom de to permanentmagnetrekkene. Den ringformede rotoren 2 er konstruert slik at permanentmagneter 12 veksler med jernelementer 18 og permanentmagneter 14 veksler med jernelementer 20. stationary inner armature winding 6, several outer stator core flux conductors 8, and several inner stator core flux conductors 10. The annular rotor 2 includes a first row of permanent magnets 12 and a second row of permanent magnets 14, a ring 16, made of non-magnetic material such as fiber reinforced resin, is arranged between the two permanent magnet rows. The ring-shaped rotor 2 is constructed so that permanent magnets 12 alternate with iron elements 18 and permanent magnets 14 alternate with iron elements 20.

Selv om TF-maskinen kan arbeide ved lave rotorhastigheter, innehar den flere fremtredende feil eller mangler. Spesielt kan TF-maskinen være utsatt for vesentlig spalteflukslekkasje, som påvirker ytelsen negativt. For å forstå dette problems natur, vil det hjelpe å se på forholdet mellom Although the TF machine can work at low rotor speeds, it has several prominent faults or deficiencies. In particular, the TF machine may be exposed to significant gap flux leakage, which adversely affects performance. To understand the nature of this problem, it will help to look at the relationship between

P = Tto, hvorP = Tto, where

P = effektytelsen til maskinenP = the power output of the machine

r = dreiemomentr = torque

co = vinkelhastigheten til rotoren.co = angular velocity of the rotor.

Av forholdet ovenfor fremgår tydelig at for å oppnå en høy effektytelse (P) ved lav vinkelhastighet (co), bør dreiemomentet (r) som produseres av maskinen være maksimalisert. Det er vanlig kjent på området at for å oppnå et høyt dreiemoment er det nødvendig å maksimalisere flukskapasiteten til maskinen og å øke den elektriske strømmen i armaturviklingene 4 og 6. For å få til ytterligere strøm i viklingene 4 og 6 uønsket energitap på grunn av varmegenerering, må tverrsnittsarealet til armaturviklingene 4 og 6 økes. From the above relationship, it is clear that in order to achieve a high power output (P) at a low angular velocity (co), the torque (r) produced by the machine should be maximized. It is commonly known in the art that in order to achieve a high torque it is necessary to maximize the flux capacity of the machine and to increase the electric current in the armature windings 4 and 6. To obtain additional current in the windings 4 and 6 unwanted energy loss due to heat generation , the cross-sectional area of the armature windings 4 and 6 must be increased.

Videre er det generelt kjent på området at dreiemomentet som produseres av en maskin, er proporsjonal med diameteren til maskinen i kvadrat (eller tredje potens eller en annen potens høyere enn en) ganger lengden til maskinen. Med andre ord, Furthermore, it is generally known in the art that the torque produced by a machine is proportional to the diameter of the machine squared (or the third power or some other power higher than one) times the length of the machine. In other words,

r=Kd<2>L, hvorr=Kd<2>L, where

r = dreiemomentr = torque

k = konstantk = constant

L = den aktive materiallengden til maskinenL = the active material length of the machine

d = den aktive materialdiameter til maskinend = the active material diameter of the machine

Forholdet ovenfor indikerer at for å oppnå høyt dreiemoment i en kompakt utforming eller pakke, er den optimale løsningen å øke diameteren til maskinen snarere enn dens lengde. I det kjente systemet som er vist på figur 1, vil dersom diameteren til TF-maskinen skal økes og lengden holdes konstant, kan bare spaltedybden til statorkjerneflukslederne 8 og 10, som inneholder de respektive armaturviklingene 4 og 6, økes for å maksimalisere tverrsnittsarealet til armaturviklingene 4 og 6 (siden dybden D er en funksjon av diameteren til maskinen), mens spaltebredden W til statorkjerneflukslederne 8 og 10 (som er en funksjon av lengden til maskinen) og forblir den samme. The above relationship indicates that to achieve high torque in a compact design or package, the optimal solution is to increase the diameter of the machine rather than its length. In the known system shown in figure 1, if the diameter of the TF machine is to be increased and the length kept constant, only the gap depth of the stator core flux conductors 8 and 10, which contain the respective armature windings 4 and 6, can be increased to maximize the cross-sectional area of the armature windings 4 and 6 (since the depth D is a function of the diameter of the machine), while the slot width W of the stator core flux conductors 8 and 10 (which is a function of the length of the machine) and remains the same.

Figur 2 viser at når spaltedybde D øker, øker også tverrsnittsarealer Aa til spalteluftgapet og lengden til fluksbanen Ls til stålet av for eksempel den ytre statorkjerneflukslederen 8 mens tverrsnittsarealet As til den ytre statorkjemeflukslederen 8 og lengden til fluksbanen La gjennom spalteluftgapet forblir konstant. Siden reluktansen R (resistansen som møter magnetisk fluks i en magnetisk krets) er lik L/(oA, hvor Figure 2 shows that when gap depth D increases, cross-sectional areas Aa of the gap air gap and the length of the flux path Ls to the steel of, for example, the outer stator core flux conductor 8 also increase, while the cross-sectional area As of the outer stator core flux conductor 8 and the length of the flux path La through the gap air gap remain constant. Since the reluctance R (the resistance that meets magnetic flux in a magnetic circuit) is equal to L/(oA, where

(a = permeabiliteten til mediet(a = the permeability of the medium

L = fluksbanelengdenL = the flux path length

A = tverrsnittsarealet til medietA = cross-sectional area of the medium

er det tydelig av figur 2 at når spaltedybde D øker vil reluktansen gjennom stålet til den ytre statorkjerneflukslederen 8 øke mens reluktansen gjennom spalteluftgapet minsker. Således vil økning av spaltedybden D føre til økt flukslekkasje hvorved fluksforbindelser isteden for å følge banen Ls gjennom den ytre statorkjerneflukslederen 8, passerer gjennom spalteluftgapet langs banen La. Enhver fluks som lekker gjennom spalteluftgapet langs banen La isteden for å følge banen Ls kommer ikke til alle spolene i viklingen som befinner seg i it is clear from figure 2 that when the slot depth D increases, the reluctance through the steel of the outer stator core flux conductor 8 will increase, while the reluctance through the slot air gap will decrease. Thus, increasing the gap depth D will lead to increased flux leakage whereby flux connections, instead of following the path Ls through the outer stator core flux conductor 8, pass through the gap air gap along the path La. Any flux leaking through the gap along the path La instead of following the path Ls does not reach all the coils in the winding located in

spalteluftgapet (for eksempel vikling 4 på figur 1) og bidrar derved ikke til å produsere momentytelsen til maskinen, hvilket bringer effektytelsen til maskinen til å avta. the gap air gap (for example, winding 4 in Figure 1) and thereby does not contribute to producing the torque output of the machine, which causes the power output of the machine to decrease.

En annen ulempe med TF-maskinen er at på grunn av den asymmetriske plasseringen av de to statorene (d.v.s. ytre statorkjernefluksleder 8 og indre statorkjernefluksleder 10) vil reluktansene som sees av den ytre armaturviklingen 4 og den indre armaturviklingen 6 (figur 6) være forskjellig, hvilket forårsaker en elektromagnetisk ubalanse mellom de to fasene. Årsaken til den elektromagnetiske ubalansen til TF-maskinen kan identifiseres på figur 3. Et ytre volum 22, som er definert av ytre statorkjernefluksleder 8 som veksler med luftgap 23 er større enn indre volum 24, som er definert av indre statorkjernefluksleder 10 som veksler med luftgapet 25. Siden begge volumene 22 og 24 inneholder det samme antallet identiske statorkjernefluksledere laget av stål, men det ytre volumet 22 er fysisk større enn det indre volumet 24, er forholdet stål til luft i det ytre volumet 22 mindre enn i det indre volumet 24. Følgelig har det ytre volumet 22 en større reluktans for magnetisk fluks enn det indre volumet 24, hvilket forårsaker en magnetisk ubalanse mellom de to fasene til den ytre armaturviklingen og den indre armaturviklingen 6 (ikke vist på figur 3). Den magnetiske ubalansen mellom de to fasene til TF-maskinen fører til sirkulerende strømmer som bidrar til varmetap, lagerstrømmer som kan forårsake feil i rotorlagrene og ujevn belastning på rotoren, hvilket fører til vanskeligheter når det gjelder mekanisk og elektrisk utforming av maskinen. Another disadvantage of the TF machine is that due to the asymmetric placement of the two stators (i.e. outer stator core flux conductor 8 and inner stator core flux conductor 10) the reluctances seen by the outer armature winding 4 and the inner armature winding 6 (Figure 6) will be different, which causes an electromagnetic imbalance between the two phases. The reason for the electromagnetic imbalance of the TF machine can be identified in Figure 3. An outer volume 22, which is defined by the outer stator core flux conductor 8 alternating with the air gap 23 is larger than the inner volume 24, which is defined by the inner stator core flux conductor 10 alternating with the air gap 25. Since both volumes 22 and 24 contain the same number of identical stator core flux conductors made of steel, but the outer volume 22 is physically larger than the inner volume 24, the ratio of steel to air in the outer volume 22 is less than in the inner volume 24. Accordingly, the outer volume 22 has a greater reluctance to magnetic flux than the inner volume 24, which causes a magnetic imbalance between the two phases of the outer armature winding and the inner armature winding 6 (not shown in Figure 3). The magnetic imbalance between the two phases of the TF machine leads to circulating currents that contribute to heat loss, bearing currents that can cause failure of the rotor bearings, and uneven loading on the rotor, leading to difficulties in the mechanical and electrical design of the machine.

Enn videre viser det seg at muligheten for å fremstille en stor TF-maskin (hvilket kan være ønskelig siden økning av antallet poler til maskinen, og derved størrelsen, vil øke dens ytelse ved lave rotorhastigheter) å være en ebsværslig oppgave siden det å opprettholde små luftgap 26, 28 som illustrert på figur 4, mellom den ringformede rotoren 2 og ytre og indre statorkjernefluksledere 8 og 10 blir mer vanskelig når disse komponenter øker i størrelse. (Det er vanlig kjent på området at luftgap mellom de bevegelige og stasjonære komponentene til elektriske maskiner må minimaliseres for maksimal effekt og effektivitet. I tillegg er TF-maskinen uegnet for høyhastighetsdrift siden den konsentriske orienteringen av stasjonære ytre storkjemefluksledere 8 og den ringformede rotoren 2 er slik at når rotorhastigheten økes, vil radial utvidelse av den ringformede rotoren 2 gradvis redusere luftgapet 26 inntil den ringformede rotoren 2 støter mot ytre statorkjernefluksledere 8, hvilket fører til en katastrofefeil i TF-maskinen. Furthermore, the possibility of producing a large TF machine (which may be desirable since increasing the number of poles of the machine, and thus its size, will increase its performance at low rotor speeds) turns out to be a difficult task since maintaining small air gap 26, 28 as illustrated in Figure 4, between the annular rotor 2 and outer and inner stator core flux conductors 8 and 10 becomes more difficult as these components increase in size. (It is common knowledge in the art that air gaps between the moving and stationary components of electrical machines must be minimized for maximum power and efficiency. In addition, the TF machine is unsuitable for high-speed operation since the concentric orientation of the stationary outer core flux conductors 8 and the annular rotor 2 is so that when the rotor speed is increased, radial expansion of the annular rotor 2 will gradually reduce the air gap 26 until the annular rotor 2 collides with the outer stator core flux conductors 8, leading to a catastrophic failure of the TF machine.

Videre er TF-maskinen relativt kostbar siden det er vanskelig å fremstille de kompliserte stasjonære montasjene som oppfatter ytre og indre statorkjernefluksledere 8 og 10 og armaturviklinger 4 og 6. TF-maskinen bruker mye kopper i sine viklinger, hvilket igjen øker fremstillingskostnadene. Kopperet i viklingene ble brukt ineffektivt siden bare segmentene av armaturviklingene 4 og 6 som har tykkelse T (figur 4) blir brukt til dreiemomentgenerering (siden bare disse segmentene til viklingene er koplet med magnetisk fluks). Funksjonen til de gjenværende segmentene som har tykkelse G (hvor G>T) er ganske enkelt å komplettere den elektriske kretsen. Furthermore, the TF machine is relatively expensive since it is difficult to produce the complicated stationary assemblies that perceive outer and inner stator core flux conductors 8 and 10 and armature windings 4 and 6. The TF machine uses a lot of copper in its windings, which in turn increases the manufacturing costs. The copper in the windings was used inefficiently since only the segments of armature windings 4 and 6 having thickness T (Figure 4) are used for torque generation (since only these segments of the windings are coupled with magnetic flux). The function of the remaining segments having thickness G (where G>T) is simply to complete the electrical circuit.

TF-maskinen har også mangler ved at på grunn av manglende tilgang til dens indre parti er det vanskelig å fjerne varmen som genereres i indre statorkjernefluksledere 10 under driften av maskinen, hvilket minsker effektiviteten og reduserer uteffekten. The TF machine also has defects in that, due to lack of access to its inner part, it is difficult to remove the heat generated in the inner stator core flux conductors 10 during the operation of the machine, which reduces the efficiency and reduces the output power.

Det er følgelig ønskelig å tilveiebringe en dobbelt utpreget permanentmagnetmaskin som overkommer de foran nevnte ulemper, for eksempel minimaliserer spalteflukslekkasje, har elektromagnetisk balanserte viklingsfaser, er enkel og rimelig å fremstille, er i stand til både lavhastighets og høyhastighets drift, forenkler fjerning av varme og er kompakt og effektiv. It is therefore desirable to provide a doubly distinct permanent magnet machine which overcomes the aforementioned disadvantages, for example minimizes gap flux leakage, has electromagnetically balanced winding phases, is simple and inexpensive to manufacture, is capable of both low-speed and high-speed operation, facilitates the removal of heat and is compact and efficient.

Det er også ønskelig for en permanentmagnetmaskin å oppnå en høy effekttetthet ved lav vinkelhastighet, å ha et høyt antall poler, å anvende en konvensjonell viklingsdesign ved lavinduktansviklinger og å ha en enkel opplagringsstruktur. It is also desirable for a permanent magnet machine to achieve a high power density at low angular speed, to have a high number of poles, to use a conventional winding design for low inductance windings and to have a simple storage structure.

Ytterligere fordeler med oppfinnelsen vil bli tydeliggjort etter gjennomgang av beskrivelsen og de medfølgende tegninger. Further advantages of the invention will become clear after reviewing the description and accompanying drawings.

En utførelse omfatter den doble utpregede aksialfluks permanentmagnetmaskinen i henhold til den foreliggende oppfinnelse, en rotor som er montert mellom et par koaksialt og sideveis orienterte statorer. Rotoren er konstruert av en flerhet av permanentmagneter som veksler med elektromagnetisk utpregede poler laget av stål. Hver stator har en flerhet av langsgående orienterte utpregede poler. Statorpolene opplag rer to pluraliteter av kopperspoler, hvorved hver spole er viklet rundt hver statorpol. Hver pluralitet av spoler er sammenbundet i serie og danner således en tofasevinkling. One embodiment comprises the dual distinct axial flux permanent magnet machine according to the present invention, a rotor mounted between a pair of coaxially and laterally oriented stators. The rotor is constructed of a plurality of permanent magnets that alternate with electromagnetically distinct poles made of steel. Each stator has a plurality of longitudinally oriented salient poles. The stator poles support two pluralities of copper coils, whereby each coil is wound around each stator pole. Each plurality of coils is connected in series and thus forms a two-phase winding.

Den foreliggende oppfinnelse er illustrert som et eksempel, og på ingen måte begrensende, på figurene i de medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 er en perspektivtegning av en tidligere kjent transvers fluks (TF) The present invention is illustrated as an example, and in no way limiting, in the figures in the accompanying drawings, where: Fig. 1 is a perspective drawing of a previously known transverse flux (TF)

maskin.machine.

Fig. 2 er en perspektivtegning av en statorkjernefluksleder til den kjente Fig. 2 is a perspective drawing of a stator core flux conductor of the known type

TF-maskinen på figur 1.The TF machine in Figure 1.

Fig. 3 er et sideriss av den tidligere kjente TF-maskinen på figur 1.Fig. 3 is a side view of the previously known TF machine in Fig. 1.

Fig. 4 er et detaljriss av den tidligere kjente TF-maskinen på figur 3.Fig. 4 is a detailed drawing of the previously known TF machine in Fig. 3.

Fig. 5 viser i adskilt perspektiv hovedkomponenten til en dobbelt utpreget aksialfluks permanentmagnetmaskin (DSAFPM) konstruert i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 6 er en skjematisk sideriss av rotoren til DSAFPM-maskinen vist på Fig. 5 shows in a separate perspective the main component of a double distinct axial flux permanent magnet machine (DSAFPM) constructed according to the present invention. Fig. 6 is a schematic side view of the rotor of the DSAFPM machine shown

figur 5.figure 5.

Fig. 7 er et perspektivriss som viser en fremstillingsteknikk for statorene Fig. 7 is a perspective view showing a manufacturing technique for the stators

vist på figur 5.shown in Figure 5.

Fig. 8 er et perspektiv og delvis tverrsnitt av DSAFPM-maskinen utført i Fig. 8 is a perspective and partial cross-section of the DSAFPM machine implemented in

samsvar med den foreliggende oppfinnelse.accordance with the present invention.

Fig. 9 er et perspektivriss av en spole til DSAFPM-maskinen på figur 8. Fig. 10 er et perspektivriss av spolen på figur 8 med endeviklinger av Fig. 9 is a perspective view of a coil for the DSAFPM machine in figure 8. Fig. 10 is a perspective view of the coil in figure 8 with end windings of

forskjellige lengder.different lengths.

Fig. 11 er et skjematisk riss som viser en konvertertopologi som er egnet for å kople DSAFPM-maskinen på figur 8 til et dytte- eller bruksnett, hvor DSAFPM-maskinen er koplet til en vindturbinrotor. Fig. 11 is a schematic drawing showing a converter topology suitable for connecting the DSAFPM machine of Fig. 8 to a push or utility grid, where the DSAFPM machine is connected to a wind turbine rotor.

Fig. 12 viser detaljskjematisk konvertertopologier til figur 11.Fig. 12 shows the detailed diagram of converter topologies for Fig. 11.

Fig. 13 er en elektrisk kretsekvivalent til DSAFPM-maskinen på figur 8.Fig. 13 is an electrical circuit equivalent of the DSAFPM machine of Fig. 8.

Fig. 14 er en opptegning som illustrerer dreiemomentproduksjon til DSAFPM-maskinen på figur 8 ved normal hastighet. Fig. 15 er en opptegning som illustrerer dreiemomentproduksjonen til Fig. 14 is a diagram illustrating torque production for the DSAFPM machine of Fig. 8 at normal speed. Fig. 15 is a diagram illustrating the torque production of

DSAFPM-maskinen på figur 8 ved høy hastighet.The DSAFPM machine in Figure 8 at high speed.

Fig. 16 er et tverrsnitt av DSAFPM-maskinen på figur 8.Fig. 16 is a cross-section of the DSAFPM machine of Fig. 8.

Fig. 17-24 viser variasjoner i fluksfordelingen til DSAFPM-maskinen på figur 8. Fig. 25 og 26 er opptegninger av fluksforbindelse som korresponderer med variasjoner i fluksfordelingen til DSAFPM-maskinen på figurene 17 til 24. Fig. 27 viser skjematisk en dobbelt utpreget aksialfluks permanentmagnetmaskin hvor hver stator innbefatter spoler av fase A og fase B viklinger. Fig. 28 er et tverrsnitt av en dobbelt utpreget aksialfluks permanentmagnet maskin som har en dual rotorkonfigurasjon. Fig. 29 og 30 viser skjematisk forskjellige rotororienteringer til maskinen på figur 28. Figs 17-24 show variations in the flux distribution of the DSAFPM machine in figure 8. Figs 25 and 26 are drawings of flux connection which correspond to variations in the flux distribution of the DSAFPM machine in figures 17 to 24. Fig. 27 schematically shows a doubly distinct axial flux permanent magnet machine where each stator includes coils of phase A and phase B windings. Fig. 28 is a cross section of a doubly pronounced axial flux permanent magnet machine that has a dual rotor configuration. Figs 29 and 30 schematically show different rotor orientations for the machine in figure 28.

Fig. 31 er et tverrsnitt av en dobbelt utpreget radialfluks permanentmagnetmaskin i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 31 is a cross-section of a doubly pronounced radial flux permanent magnet machine according to the present invention.

For illustrasjonsformål er disse figurene ikke nødvendigvis tegnet i samme målestokk. På alle figurene er like komponenter benevnt med like henvisningstall. For illustration purposes, these figures are not necessarily drawn to the same scale. In all the figures, identical components are named with identical reference numbers.

I den følgende beskrivelse er det vist spesifikke detaljer for å gi en mer In the following description, specific details are shown to provide a more

grundig forståelse av oppfinnelsen. Oppfinnelsen kan imidlertid utføres uten disse spesielle detaljene. I andre tilfeller er velkjente elementer ikke vist eller beskrevet for å unngå unødvendig utydeliggjøring av den foreliggende oppfinnelse. Følgelig må beskrivelsen og tegningene ansees på en illustrativ snarere enn restriktiv thorough understanding of the invention. However, the invention can be practiced without these particular details. In other cases, well-known elements are not shown or described to avoid unnecessary obscuration of the present invention. Accordingly, the description and drawings are to be considered illustrative rather than restrictive

måte.manner.

Figur 5 viser hovedkomponentene til en dobbelt utpreget aksialfluks permanentmagnetmaskin i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Maskinen omfatter den første stator 100. En rotor 102, og en andre stator 104, som alle har en ringformet fasong. Statorene 100 og 104 har en ytre diameter D, som er den samme som den ytre diameteren til rotoren 102. Figure 5 shows the main components of a doubly distinct axial flux permanent magnet machine according to the present invention. The machine comprises the first stator 100. A rotor 102, and a second stator 104, all of which have an annular shape. The stators 100 and 104 have an outer diameter D, which is the same as the outer diameter of the rotor 102.

Rotoren 102 innbefatter en flerhet av langsgående orienterte permanentmagneter 106, slik som sjeldne jordmetall-permanentmagneter eller ferritt-permanentmagneter. Permanentmagnetene 106 er plassert med lik avstand rundt rotoren 102 og veksler med en flerhet av elektromagnetisk utpregede rotorpoler 108 laget av et magnetisk permeabelt materiale, for eksempel laminert stål, og er identiske i antall med permanentmagneten 106. Hver permanentmagnet 106 definerer en radial dimensjon T og en vinkeldimensjon 9m. Permanentmagneten 106 er polarisert i en transvers retning, slik at rotorpolene 108 er identisk polarisert på begge sider av rotoren, som vist på figur 6 som illustrerer retningene til flukslinjene 107. The rotor 102 includes a plurality of longitudinally oriented permanent magnets 106, such as rare earth permanent magnets or ferrite permanent magnets. The permanent magnets 106 are spaced equally around the rotor 102 and alternate with a plurality of electromagnetically distinct rotor poles 108 made of a magnetically permeable material, for example laminated steel, and are identical in number to the permanent magnet 106. Each permanent magnet 106 defines a radial dimension T and an angular dimension 9m. The permanent magnet 106 is polarized in a transverse direction, so that the rotor poles 108 are identically polarized on both sides of the rotor, as shown in figure 6 which illustrates the directions of the flux lines 107.

Statoren 100 (figur 5) har en flerhet av langsgående orienterte utpregede statorpoler 110 og et bakjern 111. Stator 104 har en flerhet av langsgående orienterte utpregede statorpoler 112 og et bakjern 113. Statorpolene 110 og 112 er plassert med lik avstand rundt deres respektive statorer 100 og 104. Hver stator har et antall statorpoler som er lik antallet rotorpoler 108. Hver statorpol definerer en radial dimensjon T og en vinkeldimensjon Øs. The stator 100 (Figure 5) has a plurality of longitudinally oriented protruding stator poles 110 and a back iron 111. The stator 104 has a plurality of longitudinally oriented protruding stator poles 112 and a back iron 113. The stator poles 110 and 112 are placed at equal distances around their respective stators 100 and 104. Each stator has a number of stator poles equal to the number of rotor poles 108. Each stator pole defines a radial dimension T and an angular dimension Øs.

Statorene 100 og 104 omfatter hver en flerhet av diskrete laminerte stållag eller sikt og kan fremstilles på rimelig måte ved at det rulles opp og punches ut et bånd av stållaminat, slik som illustrert på figur 7. The stators 100 and 104 each comprise a plurality of discrete laminated steel layers or screens and can be produced in a reasonable manner by rolling up and punching out a strip of steel laminate, as illustrated in figure 7.

Figur 8 er et perspektivtverrsnitt av den doble utpregede aksialfluks permanentmagnetmaskinen i henhold til oppfinnelsen. Rotoren 102 til maskinen er stivt festet til en hovedaksel 114, som kan være direkte koplet til en vindturbinrotor (ikke vist). Hovedakselen 114 er opplagret inne i et sylindrisk hus 116, som har endeflater 118 og 120. Akselen 114 roterer i lageret 122 og 124 som er sentralt montert i de respektive endeflatene 118 og 120. Figure 8 is a perspective cross-section of the double pronounced axial flux permanent magnet machine according to the invention. The rotor 102 of the machine is rigidly attached to a main shaft 114, which may be directly coupled to a wind turbine rotor (not shown). The main shaft 114 is stored inside a cylindrical housing 116, which has end surfaces 118 and 120. The shaft 114 rotates in bearings 122 and 124 which are centrally mounted in the respective end surfaces 118 and 120.

Bakjernet 11 til statoren 100 er stivt festet til den indre overflaten av endeflaten 118, mens bakjernet 113 til statoren 104 er stivt festet til den indre overflaten av endeflaten 120. En slik plassering av statorene 100 og 104 gjør det mulig på effektiv måte å fjerne varmen som genereres i statorene av virvelstrømmer og spolestrømmer ved ledning til huset 116 og så ved konveksjon til den omgivende atmosfære. The back iron 11 of the stator 100 is rigidly attached to the inner surface of the end face 118, while the back iron 113 of the stator 104 is rigidly attached to the inner surface of the end face 120. Such a placement of the stators 100 and 104 makes it possible to efficiently remove the heat which is generated in the stators by eddy currents and coil currents by conduction to the housing 116 and then by convection to the surrounding atmosphere.

Statorene 100 og 104 er orientert slik at når statorpolen 112 er fullstendig innrettet med permanentmagnetene 106 er statorpolen 110 fullstendig innrettet med rotorpolene 108 og omvendt. Statorpolen 110 opplagrer kopperspoler 126 og statorpolene 112 opplagrer kopperspoler 128, hvorved en spole befinner seg rundt omkretsen til hver statorpol. Spolen 126 og 128 er av konvensjonell fasong og utforming, og kan derfor på rimelig og enkel måte fremstilles og installeres i spaltene definert av statorpolene 110 og 112. The stators 100 and 104 are oriented so that when the stator pole 112 is completely aligned with the permanent magnets 106, the stator pole 110 is completely aligned with the rotor poles 108 and vice versa. Stator pole 110 stores copper coils 126 and stator poles 112 stores copper coils 128, whereby a coil is located around the circumference of each stator pole. The coils 126 and 128 are of conventional shape and design, and can therefore be inexpensively and easily manufactured and installed in the slots defined by the stator poles 110 and 112.

Som vist på figur 9, omfatter spolen 128 et endeviklingsparti E og et lederparti C. Lengden av endeviklingspartiet E (som ikke tar del i dreiemomentgenereringen) er liten sammenlignet med lengden av lederpartiet C. En slik konfigurasjon av spoler 126 og 128 reduserer induktansen i spolene (induktansen er den egenskapen til en elektrisk krets at en varierende strøm i kretsen produserer et varierende magnetisk felt som induserer spenningen i den samme kretsen eller i en krets i nærheten), hvilket er fordelaktig for konvertermatede maskiner hvor strømmen blir styrt av en pulsbreddemodulert spenning som påtrykkes maskinterminalene. Denne fordel oppstår fordi en lavinduktansvikling tillater hurtig dynamisk strømstyring siden strømmen følger den påtrykte eller genererte spenningen tett uten signifikante faseforskjell. Siden endeviklingspartiet E er lite blir videre kopperet i viklingene brukt på effektiv måte og kostnadene til maskinen blir ytterligere redusert. Spolene 126 og 128 kan også ha utformingen vist på figur 10, hvor endeviklingene E, og E2har forskjellige lengder. As shown in Figure 9, the coil 128 comprises an end winding portion E and a conductor portion C. The length of the end winding portion E (which does not take part in the torque generation) is small compared to the length of the conductor portion C. Such a configuration of coils 126 and 128 reduces the inductance in the coils (the inductance is the property of an electrical circuit that a varying current in the circuit produces a varying magnetic field which induces the voltage in the same circuit or in a nearby circuit), which is advantageous for converter-fed machines where the current is controlled by a pulse width modulated voltage which is applied to the machine terminals. This advantage arises because a low inductance winding allows fast dynamic current control since the current closely follows the applied or generated voltage without significant phase difference. Since the end winding part E is small, the copper in the windings is also used efficiently and the costs of the machine are further reduced. The coils 126 and 128 can also have the design shown in figure 10, where the end windings E, and E2 have different lengths.

Som illustrert på figur 11, er spolene 126 koplet i serie og omfatter en fase-A vikling 133. Spolene 128 er også koplet i serie, og omfatter en fase-B vikling 135. Fase-A og Fase-B viklingene 133 og 135 er koplet til en elektronisk effektkonverter 128 som omfatter en trefase DC til AC inverter 134, slik som den som er beskrevet i US-patent nr 5 225 712, tilhørende William L. Erdman, og en bipolar tofase inverter 136, som styrer mengden strøm i begge retninger gjennom hver fasevikling. Strøm blir produsert når en vindturbinrotor 235 roterer akselen 114, som er stivt forbundet med vindturbinrotoren 235. Inverteren 134 er elektrisk koplet til et bruksnett 137 og inverteren 136 er elektrisk koplet til fase-A og fase-B viklinger 133 og 135. Inverterne 134 og 136 er sammenkoplet ved hjelp av en likestrøms (DC-kopling 138). Konverteren 129 tilveiebringer fasestrømregulering ved en pulsbreddemodulert spenningsbølgeform. Enn videre tillater konverteren 129 maskinen til å arbeide enten som en motor eller en generator og tillater også en variabel spenning, variabel frekvensdrift av maskinen samtidig som det opprettholdes en konstant spenning og konstant frekvensforbindelse med bruksnettet. As illustrated in Figure 11, the coils 126 are connected in series and comprise a phase-A winding 133. The coils 128 are also connected in series, and comprise a phase-B winding 135. The phase-A and phase-B windings 133 and 135 are coupled to an electronic power converter 128 comprising a three-phase DC to AC inverter 134, such as that described in US Patent No. 5,225,712, to William L. Erdman, and a bipolar two-phase inverter 136, which controls the amount of current in both directions through each phase winding. Power is produced when a wind turbine rotor 235 rotates the shaft 114, which is rigidly connected to the wind turbine rotor 235. The inverter 134 is electrically connected to a utility grid 137 and the inverter 136 is electrically connected to phase-A and phase-B windings 133 and 135. The inverters 134 and 136 is connected by means of a direct current (DC connection 138). The converter 129 provides phase current regulation by a pulse width modulated voltage waveform. Furthermore, the converter 129 allows the machine to operate either as a motor or a generator and also allows a variable voltage, variable frequency operation of the machine while maintaining a constant voltage and constant frequency connection to the utility grid.

Figur 12 er et skjematisk diagram over inverteren 136, som innbefatter flere brytere 137, slike som isolerte portbipolare transistorer (IGBT), flere drivløpsdioder 139 og en spenningskilde 140, for eksempel et batteri. Figure 12 is a schematic diagram of the inverter 136, which includes several switches 137, such as insulated gate bipolar transistors (IGBT), several driving diodes 139 and a voltage source 140, for example a battery.

En lineær modell av den doble utpregede aksialfluks A linear model of the doubly pronounced axial flux

permanentmagnetmaskinen, utviklet basert på en endelig elementmodellrings-analyse (FEM - Finite Element Modeling) kan brukes for å justere ytelsen til maskinen og å undersøke mulige styremåter for denne. Det gjøres følgende forutsetninger for denne lineære modellen: (1) variasjon av induktansen som funksjon av rotorvinkelen er lineær; og (2) induktansen er uavhengig av strømnivået. Den elektriske kretsekvivalenten til den lineære modellen til den doble utpregede aksialfluks permanentmagnetmaskinen vist på figur 13 utledes som følger: the permanent magnet machine, developed based on a finite element modeling analysis (FEM - Finite Element Modeling) can be used to adjust the performance of the machine and to investigate possible control methods for it. The following assumptions are made for this linear model: (1) variation of the inductance as a function of the rotor angle is linear; and (2) the inductance is independent of the current level. The electrical circuit equivalent of the linear model of the double salient axial flux permanent magnet machine shown in Figure 13 is derived as follows:

hvor where

ua= terminalspenningen til fase A; ua= the terminal voltage of phase A;

ub = terminalspenningen til fase B; ub = the terminal voltage of phase B;

ia = fasestrøm til fase A; ia = phase current to phase A;

ib = fasestrøm til fase B; ib = phase current to phase B;

ra = motstand i fase A; ra = resistance in phase A;

r5= motstand i fase B; r5= resistance in phase B;

Xa= armaturreaksjonsfluksforbindelse til fase A; Xa= armature reaction flux connection to phase A;

Xb= armaturreaksjonsfluksforbindelse til fase B; Xb= armature reaction flux connection to phase B;

Videre,Further,

hvor where

Yma= permanentmagnetflukskoplet av fase A Yma= permanent magnet flux coupled of phase A

\|/mb = permanentmagnetflukskoplet av fase B \|/mb = permanent magnet flux coupled of phase B

enn videre,than further,

hvor where

Mab= gjensidig induktans mellom fase A og fase B (fluks koplet av fase B Mab= mutual inductance between phase A and phase B (flux connected by phase B

dividert med eksitasjonsstrømmen til fase A); divided by the excitation current of phase A);

Mba = gjensidig induktans mellom fase A og fase B (fluks koplet av fase A Mba = mutual inductance between phase A and phase B (flux connected by phase A

dividert med eksitasjonsstrømmen til fase B); divided by the excitation current of phase B);

Fra det ovenståendeFrom the above

hvor where

qr= mekaniske grader av rotorrotasjonqr= mechanical degrees of rotor rotation

cor= vinkelhastigheten til rotoren.cor= the angular velocity of the rotor.

Dette settet av ligninger er vist skjematisk på figur 13, hvor de følgende definisjoner gjelder: ema= indusert spenning i fase A produsert av permanentmagnetfluks- variasjon; This set of equations is shown schematically in figure 13, where the following definitions apply: ema= induced voltage in phase A produced by permanent magnet flux variety;

emb = indusert spenning i fase B produsert av permanentmagnetfluks-variasjon; emb = induced voltage in phase B produced by permanent magnet flux variation;

era = reluktansspenning i fase A produsert av variasjonen av era = reluctance voltage in phase A produced by the variation of

selvinduktansen i fase A; the self-inductance in phase A;

erb= reluktansspenning i fase B produsert av variasjonen av erb= reluctance voltage in phase B produced by the variation of

selvinduktans i fase B; self-inductance in phase B;

erma = reluktansspenning i fase A produsert av variasjonen i gjensidig erma = reluctance voltage in phase A produced by the variation in mutual

induktans mellom fase A og fase B; inductance between phase A and phase B;

emb = reluktansspenning i fase B produsert av variasjonen i gjensidig emb = reluctance voltage in phase B produced by the variation in mutual

induktans mellom fase A og fase B; inductance between phase A and phase B;

Laa = selvinduktansen i fase A; Laa = the self-inductance in phase A;

Lbb= selvinduktansen i fase B; Lbb= the self-inductance in phase B;

Mab= gjensidig induktans mellom fase A og fase B; Mab= mutual inductance between phase A and phase B;

Dreiemomentet er gitt ved:The torque is given by:

hvor where

Tma= ia x d^j/dør = mekanisk dreiemoment produsert av fase ATma= ia x d^j/door = mechanical torque produced by phase A

Tmb= ib x d^t/de, = mekanisk dreiemoment produsert av fase BTmb= ib x d^t/de, = mechanical torque produced by phase B

Under normale driftsforhold vil selvreluktans dreiemomentet til fase A og fase B kansellere hverandre, som vist på figur 14. Det gjensidige reluktansdreiemomentet har null gjennomsnittsverdi. Toppreluktans dreiemomentet er lite siden variasjonen i gjensidig induktans er relativ liten som et resultat av den doble luftgapstrukturen til den doble utpregede aksialfluks permanentmagnet-maskinen. Som et resultat er dreiemomentproduksjonen svært jevn. Under normal operating conditions, the self-reluctance torque of phase A and phase B will cancel each other, as shown in Figure 14. The mutual reluctance torque has a zero average value. The peak reluctance torque is small since the variation in mutual inductance is relatively small as a result of the double air gap structure of the double pronounced axial flux permanent magnet machine. As a result, torque production is very smooth.

Når driftshastigheten til maskinen er høyere enn merkeverdien, kan selvreluktans dreiemomentet anvendes til å kompensere for effekttapet som skyldes den irregulære strømbølgeformen ved bruk av styremåtene som er illustrert på figur 15. Derfor er den doble utpregede aksialfluks permanentmagnetmaskinen i stand til å tåle høyere hastigheter enn kjente permanentmagnetmaskiner. Ved høyere hastigheter bidrar fremdeles den gjensidige reluktansen til å oppnå null gjennomsnittlig dreiemoment. When the operating speed of the machine is higher than the rated value, the self-reluctance torque can be used to compensate for the power loss due to the irregular current waveform using the control methods illustrated in Figure 15. Therefore, the double pronounced axial flux permanent magnet machine is able to withstand higher speeds than known permanent magnet machines. At higher speeds, the mutual reluctance still contributes to achieving zero average torque.

En ikke-lineær modell av den doble utpregede aksialfluks permanentmagnetmaskinen kan frembringes dersom X,aog Xb er definert som følger: A non-linear model of the doubly pronounced axial flux permanent magnet machine can be produced if X,a and Xb are defined as follows:

Siden statorene 100 og 104 er identisk tilformet, vil reluktansene som sees av fase-A viklingen og fase-B viklingen være like, og dette etablerer en elektromagnetisk balanse mellom de to fasene. Elektromagnetisk balanse mellom de to fasene er fordelaktig idet sirkulerende strømmer, lagerstrømmer, og ulike belastninger på rotoren teoretisk blir eliminert, og derved økes effektiviteten og påliteligheten til maskinen. Since the stators 100 and 104 are identically shaped, the reluctances seen by the phase-A winding and the phase-B winding will be equal, and this establishes an electromagnetic balance between the two phases. Electromagnetic balance between the two phases is advantageous as circulating currents, bearing currents and various loads on the rotor are theoretically eliminated, thereby increasing the efficiency and reliability of the machine.

Som vist på figur 16, er det et luftgap 130 mellom rotoren 102 og polene 110 (antydet med strekprikket linje) på stator 100. På tilsvarende måte er det et luftgap 132 som har den samme bredden som luftgapet 130, mellom rotoren 102 og statorpolene 112. Det er vel kjent at ved å minimalisere luftgapet mellom rotoren og statoren til en elektrisk maskin vil dette føre til øket effekt og effektivitet. Den aksiale konfigurasjon av statoren 100, rotoren 102 og statoren 104 tillater små luftgap 130 og 132 uten hensyn til størrelsen av rotoren 102 og statorene 100 og 104, og dermed reduseres produksjonskostnadene til en fysisk stor maskin. En slik maskin kunne oppta et stort antall poler og gjøre det mulig å ha et høyt utbytte ved lave rotorhastigheter. På grunn av den foran nevnte aksiale konfigurasjonen reduserer ikke den radiale ekspansjonen av rotoren 102 luftgapene 130 og 132 ved høye rotorhastigheter, hvilket kombinert med det faktum at den jevne fasongen eller formen til rotoren 102 reduserer vindmotstand (tap som skyldes luftfriksjon), gir dette en tilleggsfordel at det oppnås mulighet for høyhastighets drift. As shown in Figure 16, there is an air gap 130 between the rotor 102 and the poles 110 (indicated by the dotted line) of the stator 100. Similarly, there is an air gap 132, which has the same width as the air gap 130, between the rotor 102 and the stator poles 112 It is well known that by minimizing the air gap between the rotor and the stator of an electric machine, this will lead to increased power and efficiency. The axial configuration of stator 100, rotor 102, and stator 104 allows for small air gaps 130 and 132 regardless of the size of rotor 102 and stators 100 and 104, thus reducing the manufacturing costs of a physically large machine. Such a machine could occupy a large number of poles and make it possible to have a high yield at low rotor speeds. Due to the aforementioned axial configuration, the radial expansion of the rotor 102 does not reduce the air gaps 130 and 132 at high rotor speeds, which, combined with the fact that the uniform shape or form of the rotor 102 reduces wind resistance (loss due to air friction), provides a additional advantage is that high-speed operation is possible.

Videre er spalteflukslekkasjen til den doble utpregede aksialfluks permanentmagnetmaskinen minimalisert siden en brettet Wctil spolen 126 og 128 er økt snarere enn en spaltedybde Ds for å oppnå høy dreiemoment generering. Som forklart detaljert i det foregående avsnitt av beskrivelsen, fører minimalisering av spaltedybden Ds til minsket spalteflukslekkasje. Furthermore, the gap flux leakage of the dual pronounced axial flux permanent magnet machine is minimized since a folded Wctil coil 126 and 128 is increased rather than a gap depth Ds to achieve high torque generation. As explained in detail in the previous section of the description, minimizing the gap depth Ds leads to reduced gap flux leakage.

Virkemåten til den ovenfor beskrevne utførelse av oppfinnelsen er illustrert med en henvisning til figurene 17 til 24. Når rotorpolen 108 er fullt innrettet med statorpolene 110, er permanentmagnetene 106 fullt innrettet med statorpolene 112 (figur 17). Denne orientering av rotoren 102 (som korresponderer til 0 grader rotorrotasjon) bringer alle magnetiske fluksforbindelsene 127 produsert av permanentmagnetene 106 til kopling til fase-A viklingen (ikke vist på figur 17) til statoren 100. Ingen fluks forbinder fase-B viklingen (ikke vist på figur 17) til stator 104 i dette tilfellet. The operation of the above-described embodiment of the invention is illustrated with reference to figures 17 to 24. When the rotor pole 108 is fully aligned with the stator poles 110, the permanent magnets 106 are fully aligned with the stator poles 112 (figure 17). This orientation of the rotor 102 (which corresponds to 0 degrees of rotor rotation) brings all the magnetic flux connections 127 produced by the permanent magnets 106 into connection with the phase-A winding (not shown in Figure 17) of the stator 100. No flux connects the phase-B winding (not shown in Figure 17) to stator 104 in this case.

Når rotoren 102 har rotert 22,5° (figur 18), er polene 110 og 112 delvis innrettet med polene 108 til rotoren 102, slik at fluksforbindelser 127 frembrakt av permanentmagnetene 106 blir likt fordelt mellom statoren 100 og statoren 104. I dette tilfellet er fluksforbindelsen til fase-A viklingen (ikke vist på figur 18) lik forbindelsen til fasé-B viklingen (ikke vist på figur 18). When the rotor 102 has rotated 22.5° (figure 18), the poles 110 and 112 are partially aligned with the poles 108 of the rotor 102, so that flux linkages 127 produced by the permanent magnets 106 are equally distributed between the stator 100 and the stator 104. In this case, the flux connection to the phase-A winding (not shown in figure 18) equal to the connection to the phase-B winding (not shown in figure 18).

Ved 45° (figur 19) befinner rotoren 102 seg slik at statorpolene 110 er fullt innrettet med permanentmagneten 106 og statorpolene 112 er fullt innrettet med rotorpolen 108. Ved denne orienteringen av rotoren 102 forbindes alle fluksforbindelsene 127 frembrakt av permanentmagnetene 106 med fase-B viklingen (ikke vist på figur 19) til statoren 104. At 45° (figure 19), the rotor 102 is located so that the stator poles 110 are fully aligned with the permanent magnet 106 and the stator poles 112 are fully aligned with the rotor pole 108. With this orientation of the rotor 102, all the flux connections 127 produced by the permanent magnets 106 are connected to the phase-B winding (not shown in figure 19) to the stator 104.

Fluksfordelinger ved 67,5°, 90°, 112,5°, 135° og 157,5° av rotoren 102 er vist på de respektive figurer 20, 21, 22, 23 og 24. Opptegninger av fluksforbindelsene 127 til fase-A og fase-B viklingene som korresponderer med fra 0 til 180 mekaniske grader rotasjon er vist på de respektive figurer 25 og 26. Faseforskyvningen mellom fase-A og fase-B strømmene til den doble utpregede aksialfluks permanentmagnetmaskin er 90° elektrisk. Flux distributions at 67.5°, 90°, 112.5°, 135° and 157.5° of the rotor 102 are shown in the respective figures 20, 21, 22, 23 and 24. Drawings of the flux connections 127 to phase-A and the phase-B windings corresponding to from 0 to 180 mechanical degrees of rotation are shown in the respective figures 25 and 26. The phase shift between the phase-A and phase-B currents of the double pronounced axial flux permanent magnet machine is 90° electrical.

Således er det tilveiebrakt en permanentmagnetmaskin som overkommer de forutgående ulemper, for eksempel minimaliserer spalteflukslekkasje, har elektromagnetisk balanserte faser, er enkel og rimelig å fremstille, er i stand til å drives ved både lav hastighet og høy hastighet, forenkler varmefjerning, og er kompakt og effektiv. Thus, a permanent magnet machine is provided which overcomes the foregoing disadvantages, for example minimizes gap flux leakage, has electromagnetically balanced phases, is simple and inexpensive to manufacture, is capable of being operated at both low speed and high speed, facilitates heat removal, and is compact and efficient.

Den doble utpregede aksialfluks permanentmagnetmaskin er også fordelaktig på grunn av dens egenskap til å oppnå en høy effekttetthet ved lav vinkelhastighet, til å oppta et høyt polantall, til å anvende en konvensjonell viklingsutforming med lavinduksjonsviklingen, og å anvende en enkel opplagringsstruktur. The double pronounced axial flux permanent magnet machine is also advantageous because of its characteristic of achieving a high power density at low angular speed, of adopting a high pole number, of using a conventional winding design with the low induction winding, and of using a simple storage structure.

Mange andre modifikasjoner av apparatet, hvor noen er beskrevet her,.er mulige. For eksempel kan den doble utpregede aksialfluks Many other modifications of the apparatus, some of which are described here, are possible. For example, it can double pronounced axial flux

permanentmagnetmaskin ha et hvilket som helst antall statorpoler større enn 2. Videre er det ikke nødvendig at forholdet mellom statorpoler (for eksempel stator 100) og rotorpoler er lik 1 til 1. I avhengighet av størrelsen til maskinen kan dette forholdet endres i samsvar med den følgende formel: permanent magnet machine have any number of stator poles greater than 2. Furthermore, it is not necessary that the ratio between stator poles (for example, stator 100) and rotor poles be equal to 1 to 1. Depending on the size of the machine, this ratio can be changed in accordance with the following formula:

R = S + 2, hvorR = S + 2, where

S = antall statorpolerS = number of stator poles

R = antall rotorpoler.R = number of rotor poles.

I tillegg er det mulig med andre egnede stator/rotorpolarrangementer. For eksempel kan det være hensiktsmessig å ha en kombinasjon av to statorpoler og et hvilket som helst likt antall rotorpoler større enn 4, for eksempel 2/6, 2/8, .... 2/100 etc. Andre kombinasjoner, for eksempel 4/8, 4/10, 4/12, etc, 6/10, 6/12, 6/14, etc. o.s.v. kan også benyttes. In addition, other suitable stator/rotor pole arrangements are possible. For example, it may be appropriate to have a combination of two stator poles and any equal number of rotor poles greater than 4, for example 2/6, 2/8, .... 2/100 etc. Other combinations, for example 4 /8, 4/10, 4/12, etc, 6/10, 6/12, 6/14, etc., etc. can also be used.

Videre kan spolene til fase-A og fase-B viklingene være plassert slik at hver stator inneholder fase-A såvel som fase-B spoler. Figur 27 illustrerer skjematisk en dobbel utpreget aksialfluks-permanentmagnetmaskin som haren 16 pols rotor 150. En første tostykke-stator 152 og en andre tostykke-stator 156. Rotoren 150 innbefatter permanentmagneter 155 og elektromagnetisk utpregede poler 157. Stator 152 omfatter en fase-A del 160, som har poler 151, og en fase-B del 162, som har poler 153. Stator 156 omfatter en fase-B del 164, som har poler 154 og en fase-A del 168 som har poler 158. Polene til fase-A delene 160 og 168 opplagrer spoler 170 som er koplet i serie og omfatter fase-A viklingen. Poler til fase-B delene 162 og 164 bærer spoler 172 som er koplet i serie og omfatter fase-B viklingen. På figur 27 er orienteringen av rotoren 150 i forhold til statorene 152 og 156 slik at alle de magnetisk fluksforbindelsene 127 som produseres av permanentmagnetene 155 kopler spolene 170 til fase-A viklingen. En annen implementering av topologien i denne utførelsen er hvor antallet rotorpoler R, er et heltall multippel av ti, mens antallet statorpoler, S, beregnes i samsvar med formelen S = R (4/5). Furthermore, the coils of the phase-A and phase-B windings can be positioned so that each stator contains phase-A as well as phase-B coils. Figure 27 schematically illustrates a dual salient axial flux permanent magnet machine having a 16-pole rotor 150. A first two-piece stator 152 and a second two-piece stator 156. The rotor 150 includes permanent magnets 155 and electromagnetically salient poles 157. Stator 152 includes a phase-A portion 160, which has poles 151, and a phase-B part 162, which has poles 153. Stator 156 comprises a phase-B part 164, which has poles 154 and a phase-A part 168 which has poles 158. The poles of phase- A parts 160 and 168 store coils 170 which are connected in series and comprise the phase A winding. Poles of the phase-B parts 162 and 164 carry coils 172 which are connected in series and comprise the phase-B winding. In Figure 27, the orientation of the rotor 150 in relation to the stators 152 and 156 is such that all the magnetic flux connections 127 produced by the permanent magnets 155 connect the coils 170 to the phase-A winding. Another implementation of the topology in this embodiment is where the number of rotor poles, R, is an integer multiple of ten, while the number of stator poles, S, is calculated in accordance with the formula S = R (4/5).

Figur 28 viser en utførelse av den doble utpregede aksialfluks permanentmagnetmaskin som har en dual rotorkonfigurasjon. Maskinen omfatter en første stator 200, en første rotor 202, en andre stator 204, en andre rotor 206, og en tredje stator 208, som hver har en ringformet fasong. Statorene 200, 204 og 208 innbefatter respektive bakjern 210, 212 og 214. Statoren 200 har en flerhet av langsgående orientert utpregede statorpoler 216 og statoren 208 har en flerhet av langsgående orienterte utpregede satorpoler 218. Polene 216 og 218 er likt fordelt rundt deres respektive statorer 200 og 208. Statoren 204 har to sidestilte flerheter av langsgående orienterte utpregede poler 220(a) og 220(b), hvor polene 220(a) og 220(b) er likt plassert rundt statoren 204. Figure 28 shows an embodiment of the double pronounced axial flux permanent magnet machine which has a dual rotor configuration. The machine comprises a first stator 200, a first rotor 202, a second stator 204, a second rotor 206, and a third stator 208, each of which has an annular shape. Stators 200, 204, and 208 include respective back irons 210, 212, and 214. Stator 200 has a plurality of longitudinally oriented salient stator poles 216 and stator 208 has a plurality of longitudinally oriented salient stator poles 218. Poles 216 and 218 are equally spaced around their respective stators. 200 and 208. The stator 204 has two juxtaposed pluralities of longitudinally oriented salient poles 220(a) and 220(b), where the poles 220(a) and 220(b) are equally spaced around the stator 204.

Flere kopperspoler 222, 224(a) og (b), og 226 er koplet slik at spolene 222 og 226 omfatter fase-A viklingen og spolene 224(a) og (b) omfatter fase-B viklingen. Individuelle spoler 222 og 226 er anordnet rundt statorpolene 216 og 218. Individuelle spoler 224(a) og (b) er anordnet rundt statorpolene 220(a) og (b). Several copper coils 222, 224(a) and (b), and 226 are connected so that coils 222 and 226 comprise the phase-A winding and coils 224(a) and (b) comprise the phase-B winding. Individual coils 222 and 226 are arranged around stator poles 216 and 218. Individual coils 224(a) and (b) are arranged around stator poles 220(a) and (b).

Figur 29 illustrerer at rotorene 202 og 206 er konstruert av flere langsgående orienterte permanentmagneter, henholdsvis 203 o 2025, som veksler mellom flere elektromagnetisk utpregede rotorpoler, henholdsvis 207 og 209, laget av for eksempel laminert stål. Gap G1tG2lG3 og G4 separerer stator 200 og rotor 202, rotor 202 og stator 204, stator 204 og rotor 206 og rotor 206 og stator 208. Figure 29 illustrates that the rotors 202 and 206 are constructed of several longitudinally oriented permanent magnets, respectively 203 o 2025, which alternate between several electromagnetically distinct rotor poles, respectively 207 and 209, made of, for example, laminated steel. Gaps G1tG2lG3 and G4 separate stator 200 and rotor 202, rotor 202 and stator 204, stator 204 and rotor 206 and rotor 206 and stator 208.

Som vist på figur 28, er rotorene 202 og 206 stivt festet til en rotoropplagret 228, for eksempel ved hjelp av skruetype festemidler 230 og 231. Rotoropplagringen 228 er fastgjort i forhold til en hovedakset 232, for eksempel ved hjelp av en sveisesøm (ikke vist). Akselen 232 er dreibart opplagret i et hus 234 som har endeflate 236 og 238 og et sylindrisk legeme 240, og kan være direkte koplet, for eksempel til vindturbinrotor 235. Statorene 200 og 208 er stivt festet til endeflatene 236 og 238, for eksempel ved hjelp av skruetype festemidler 242 og 244. Statoren 204 er stivt festet til sylinderlegemet 240, for eksempel ved hjelp av skruetype festemidler 246. As shown in Figure 28, the rotors 202 and 206 are rigidly attached to a rotor bearing 228, for example by means of screw-type fasteners 230 and 231. The rotor bearing 228 is attached relative to a main axis 232, for example by means of a weld seam (not shown ). The shaft 232 is rotatably supported in a housing 234 which has end surfaces 236 and 238 and a cylindrical body 240, and can be directly connected, for example to the wind turbine rotor 235. The stators 200 and 208 are rigidly attached to the end surfaces 236 and 238, for example by of screw-type fasteners 242 and 244. The stator 204 is rigidly attached to the cylinder body 240, for example by means of screw-type fasteners 246.

I det tilfellet når antallet statorpoler er lik antallet rotorpoler (figur 29) er statorene 200, 204 og 208 orientert slik at når polene 207 og 209 er fullt innrettet med polene 220 til statoren 204, er permanentmagnetene 203 fullt innrettet med polene 216 og permanentmagnetene 205 er fullt innrettet med polene 218. Denne orientering av rotorer 202 og 206 forårsaker fluksforbindelser 127 produsert av permanentmagnetene 203 og 205 til å kople spolene 224(a) og (b) In the case when the number of stator poles is equal to the number of rotor poles (figure 29), the stators 200, 204 and 208 are oriented so that when the poles 207 and 209 are fully aligned with the poles 220 of the stator 204, the permanent magnets 203 are fully aligned with the poles 216 and the permanent magnets 205 is fully aligned with poles 218. This orientation of rotors 202 and 206 causes flux linkages 127 produced by permanent magnets 203 and 205 to couple coils 224(a) and (b)

(ikke vist på figur 28) til fase-B viklingen. På tilsvarende måte, når permanentmagnetene 203 og 205 er fullt innrettet med polene 220 (figur 30), er polene 207 og 209 fullt innrettet med de respektive poler 216 og 218. Denne orientering av rotoren 202 og 206 forårsaker fluksforbindelser 127 produsert av permanentmagnetene 203 og 205 til å forbinde spolene 222 og 226 (ikke vist på figur 30) til fase-A viklingen. (not shown in figure 28) to the phase-B winding. Similarly, when the permanent magnets 203 and 205 are fully aligned with the poles 220 (Figure 30), the poles 207 and 209 are fully aligned with the respective poles 216 and 218. This orientation of the rotor 202 and 206 causes flux linkages 127 produced by the permanent magnets 203 and 205 to connect the coils 222 and 226 (not shown in figure 30) to the phase-A winding.

Den doble utpregede aksialfluks permanentmagnetmaskinene er ikke begrenset til enkel eller dual rotorkonfigurasjoner. Det er også mulig med variasjoner som har tre og flere rotorer og forskjellige forhold mellom rotor og statorpoler. The dual distinct axial flux permanent magnet machines are not limited to single or dual rotor configurations. It is also possible with variations that have three or more rotors and different ratios between rotor and stator poles.

Enn videre kan det også implementeres en radialfluks versjon av den doble utpregede permanentmagnetmaskinen, som vist på figur 31. En slik maskin omfatter en ytre stator 300 og en indre stator 302 som er konsentrisk orientert i forhold til den ytre statoren 300. Statoren 300 innbefatter en flerhet av radielt orienterte og like adskilte utpregede poler 304 som vender innover. En flerhet av kopperspoler 306, viklet rundt polene 304 og som er forbundet i serie, danner en A-fasevikling. Statoren 302 innbefatter en flerhet av radielt orienterte likt adskilte utpregede poler 308, som vender utover. En flerhet av kopperspoler 310, viklet rundt spolene 308 og koplet i serie, utgjør en fase-B vikling. Statorene 302 har respektive bakjern 312 og 314. Furthermore, a radial flux version of the double pronounced permanent magnet machine can also be implemented, as shown in figure 31. Such a machine comprises an outer stator 300 and an inner stator 302 which is concentrically oriented with respect to the outer stator 300. The stator 300 includes a plurality of radially oriented and equally spaced salient poles 304 facing inwardly. A plurality of copper coils 306, wound around the poles 304 and connected in series, form an A-phase winding. The stator 302 includes a plurality of radially oriented equally spaced salient poles 308, which face outwards. A plurality of copper coils 310, wound around the coils 308 and connected in series, constitute a phase-B winding. The stators 302 have respective back irons 312 and 314.

En konsentrisk rotor 316 er anordnet mellom den ytre stator 300 og den indre stator 302. Rotoren 316 omfatter flere permanentmagneter 318 som veksler med et likt antall elektromagnetisk utpregede rotorpoler 320, laget av for eksempel laminert stål. Permanentmagneter er plassert med lik avstand rundt rotoren 316 og i et antall som er lik antallet poler 304 og 308. Rotoren 316 kan være direkte koplet til en vindturbinrotor (ikke vist). Prinsippet for driften av denne utførelsen av oppfinnelsen er det samme som ved den doble utpregede aksialfluks permanentmagnetmaskinen beskrevet ovenfor. A concentric rotor 316 is arranged between the outer stator 300 and the inner stator 302. The rotor 316 comprises several permanent magnets 318 which alternate with an equal number of electromagnetically distinct rotor poles 320, made of, for example, laminated steel. Permanent magnets are placed at equal distances around the rotor 316 and in a number equal to the number of poles 304 and 308. The rotor 316 may be directly connected to a wind turbine rotor (not shown). The principle of operation of this embodiment of the invention is the same as that of the double pronounced axial flux permanent magnet machine described above.

Som med aksialfluksutførelsene av oppfinnelsen, kan forholdet mellom antallet rotorpoler og antallet statorpoler variere. Videre behøver ikke spolene i denne maskinen å være forbundet slik at spolene til en stator omfatter A-faseviklingen og spolene til den andre statoren omfatter B-fase viklingen. As with the axial flux embodiments of the invention, the ratio of the number of rotor poles to the number of stator poles can vary. Furthermore, the coils in this machine do not need to be connected so that the coils of one stator comprise the A-phase winding and the coils of the other stator comprise the B-phase winding.

De ovenfor angitte utførelser av den doble utpregede permanentmagnetmaskinen er bare gitt som eksempler. Rammen for oppfinnelsen må derfor ikke fastslås på bakgrunn av de gitte eksemplene, men er gitt i de medfølgende patentkrav og deres ekvivalenter. The above-mentioned embodiments of the double pronounced permanent magnet machine are only given as examples. The scope of the invention must therefore not be established on the basis of the given examples, but is given in the accompanying patent claims and their equivalents.

Claims (30)

1. Dobbelt-utpreget permanentmagnetmaskin, karakterisert ved at den omfatter: minst to statorer som er koaksialt fastgjort i forhold til hverandre; minst en rotor anordnet mellom de minst to statorene; og en tofasevikling som bæres av de minst to statorene.1. Double-distinct permanent magnet machine, characterized in that it includes: at least two stators which are coaxially fixed with respect to each other; at least one rotor arranged between the at least two stators; and a two-phase winding carried by the at least two stators. 2. Dobbelt-utpreget permanentmagnetmaskin i henhold til krav 1, karakterisert ved at hver av de minst to statorer innbefatter en flerhet av utpregede statorpoler og har en symmetriakse.2. Double-distinct permanent magnet machine according to claim 1, characterized in that each of the at least two stators includes a plurality of distinct stator poles and has an axis of symmetry. 3. Dobbelt-utpreget permanentmagnetmaskin i henhold til krav 2, karakterisert ved at de utpregede statorpoler er tilformet langsgående i forhold til symmetriaksen.3. Double-pronounced permanent magnet machine according to claim 2, characterized in that the prominent stator poles are shaped longitudinally in relation to the axis of symmetry. 4. Dobbelt-utpreget permanentmagnetmaskin i henhold til krav 2, karakterisert ved at de utpregede statorpoler er tilformet radialt i forhold til symmetriaksen.4. Double-pronounced permanent magnet machine according to claim 2, characterized in that the prominent stator poles are shaped radially in relation to the axis of symmetry. 5. Dobbelt-utpreget permanentmagnetmaskin i henhold til krav 1, karakterisert ved at den minst ene rotor innbefatter en flerhet av permanentmagneter.5. Double-distinct permanent magnet machine according to claim 1, characterized in that the at least one rotor includes a plurality of permanent magnets. 6. Dobbelt-utpreget permanentmagnetmaskin i henhold til krav 5, karakterisert ved at permanentmagnetene veksler med elektromagnetisk utpregede rotorpoler laget av et magnetisk permeabelt materiale.6. Double-distinct permanent magnet machine according to claim 5, characterized in that the permanent magnets alternate with electromagnetically distinct rotor poles made of a magnetically permeable material. 7. Dobbelt-utpreget permanentmagnetmaskin i henhold til krav 6, karakterisert ved at hver av de elektromagnetisk utpregede rotorpoler har en første og en andre side, og permanentmagnetene er polarisert slik at den første side har den samme magnetiske polarisering som nevnte andre side.7. Double-distinct permanent magnet machine according to claim 6, characterized in that each of the electromagnetically distinct rotor poles has a first and a second side, and the permanent magnets are polarized so that the first side has the same magnetic polarization as said second side. 8. Dobbelt-utpreget permanentmagnetmaskin i henhold til krav 1, karakterisert ved at tofaseviklingen omfatter en første og en andre flerhet av spoler.8. Double-distinct permanent magnet machine according to claim 1, characterized in that the two-phase winding comprises a first and a second plurality of coils. 9. Dobbelt-utpreget aksialfluks permanentmagnetmaskin, karakterisert ved at den omfatter: minst to statorer som er koaksialt og sideveis anordnet i forhold til hverandre; minst en rotor anordnet mellom de minst to statorer; og en vikling som har en første fase og en andre fase, idet viklingen bæres av de minst to statorene.9. Double-distinct axial flux permanent magnet machine, characterized in that it comprises: at least two stators which are coaxially and laterally arranged relative to each other; at least one rotor arranged between the at least two stators; and a winding having a first phase and a second phase, the winding being carried by the at least two stators. 10. Dobbelt-utpreget aksialfluks permanentmagnetmaskin i henhold til krav 9, karakterisert ved at hver av de minst to statorene har en flerhet av utpregede statorpoler og en symmetriakse.10. Double-distinct axial flux permanent magnet machine according to claim 9, characterized in that each of the at least two stators has a plurality of distinct stator poles and an axis of symmetry. 11. Dobbelt-utpreget aksialfluks permanentmagnetmaskin i henhold til krav 10, karakterisert ved at de utpregede statorpoler er likt fordelt rundt hver av de minst to statorer og tilformet langsgående i forhold til symmetriaksen.11. Double-pronounced axial flux permanent magnet machine according to claim 10, characterized in that the prominent stator poles are equally distributed around each of the at least two stators and shaped longitudinally in relation to the axis of symmetry. 12. Dobbelt-utpreget aksialfluks permanentmagnetmaskin i henhold til krav 9, karakterisert ved at den minst ene rotor innbefatter en flerhet av permanentmagneter som er likt plassert rundt nevnte i det minste ene rotor og innskutt mellom en flerhet av elektromagnetisk utpregede rotorpoler laget av et magnetisk permeabelt materiale, idet hver av de elektromagnetisk utpregede rotorpoler har en første og en andre side, og omformeren er polarisert slik at den første side har den samme magnetiske polarisering som den andre side.12. Double-pronounced axial flux permanent magnet machine according to claim 9, characterized in that the at least one rotor includes a plurality of permanent magnets which are equally placed around said at least one rotor and inserted between a plurality of electromagnetically distinct rotor poles made of a magnetically permeable material, as each of the electromagnetically distinct rotor poles has a first and a second side, and the converter is polarized so that the first side has the same magnetic polarization as the second side. 13. Dobbelt-utpreget aksialfluks permanentmagnetmaskin i henhold til krav 9, karakterisert ved at den første fase omfatter en første flerhet av spoler som er koplet i serie og den andre fase omfatter en andre flerhet av spoler som er koplet i serie.13. Double-distinct axial flux permanent magnet machine according to claim 9, characterized in that the first phase comprises a first plurality of coils which are connected in series and the second phase comprises a second plurality of coils which are connected in series. 14. Dobbelt-utpreget aksialfluks permanentmagnetmaskin i henhold til krav 13, karakterisert ved at den første flerhet av spoler bæres av en av de minst to statorer, og den andre flerhet av spoler bæres av den andre av de minst to statorer.14. Double-distinct axial flux permanent magnet machine according to claim 13, characterized in that the first plurality of coils is carried by one of the at least two stators, and the second plurality of coils is carried by the other of the at least two stators. 15. Dobbelt-utpreget aksialfluks permanentmagnetmaskin, karakterisert ved at den omfatter: minst to statorer som er koaksialt og sideveis anordnet i forhold til hverandre, idet hver av de minst to statorer har en symmetriakse og S utpregede statorpoler, hvor S er et likt heltall lik eller større enn to, og de utpregede statorpoler er likt fordelt rundt hver av de minst to statorer, og de utpregede statorpoler er tilformet langsgående i forhold til symmetriaksen; minst en rotor er innskutt mellom de minst to statorer, idet den minst ene rotor innbefatter P permanentmagneter, hvor P er et likt heltall lik eller større enn to, og permanentmagnetene er likt fordelt rundt den minst ene rotor og veksler med R elektromagnetisk utpregede rotorpoler laget av et magnetisk permeabelt materiale, hvor R er et heltall lik P; og en vikling som har en første fase og andre fase, idet viklingen bæres av de minst to statorer, og den første fase omfatter en første flerhet av spoler som er seriekoplet, og den andre fase omfatter en andre flerhet av spoler som er seriekoplet.15. Double-distinct axial flux permanent magnet machine, characterized in that it comprises: at least two stators which are coaxially and laterally arranged in relation to each other, each of the at least two stators having an axis of symmetry and S pronounced stator poles, where S is an even integer equal to or greater than two, and the pronounced stator poles are equally distributed around each of the at least two stators, and the distinct stator poles are shaped longitudinally in relation to the axis of symmetry; at least one rotor is inserted between the at least two stators, the at least one rotor including P permanent magnets, where P is an even integer equal to or greater than two, and the permanent magnets are equally distributed around the at least one rotor and alternate with R electromagnetically distinct rotor poles made of a magnetically permeable material, where R is an integer equal to P; and a winding having a first phase and a second phase, the winding being carried by the at least two stators, and the first phase comprising a first plurality of coils connected in series, and the second phase comprising a second plurality of coils connected in series. 16. Dobbelt-utpreget aksialfluks permanentmagnetmaskin i henhold til krav 15, karakterisert ved atR = S.16. Double-distinct axial flux permanent magnet machine according to claim 15, characterized by atR = S. 17. Dobbelt-utpreget aksialfluks permanentmagnetmaskin i henhold til krav 15, karakterisert ved atR = S + 2.17. Double-distinct axial flux permanent magnet machine according to claim 15, characterized by atR = S + 2. 18. Dobbelt-utpreget aksialfluks permanentmagnetmaskin i henhold til krav 15, karakterisert ved R = S + X, hvor X er et likt heltall lik eller større enn fire.18. Double-distinct axial flux permanent magnet machine according to claim 15, characterized by R = S + X, where X is an even integer equal to or greater than four. 19. Dobbelt-utpreget aksialfluks permanentmagnetmaskin i henhold til krav 15, karakterisert ved at den første flerhet av spoler er viklet rundt de utpregede statorpolene til en av de minst to statorer, og den andre flerhet av spoler er viklet rundt de utpregede statorpolene til den andre av de minst to statorer.19. Double-pronounced axial flux permanent magnet machine according to claim 15, characterized in that the first plurality of coils is wound around the prominent stator poles of one of the at least two stators, and the second plurality of coils is wound around the prominent stator poles of the other of the at least two stators. 20. Dobbelt-utpreget aksialfluks permanentmagnetmaskin i henhold til krav 15, karakterisert ved at den første flerhet av spoler er viklet rundt de utpregede statorpolene til begge de minst to statorer, og den andre flerhet av spoler er også viklet rundt de utpregede statorpolene til begge de minst to statorer.20. Double-prominent axial flux permanent magnet machine according to claim 15, characterized in that the first plurality of coils is wound around the prominent stator poles of both of the at least two stators, and the second plurality of coils is also wound around the prominent stator poles of both of the at least two stators. 21. Dobbelt-utpreget aksialfluks permanentmagnetmaskin i henhold til krav 20, karakterisert ved at R er et multippel av ti og S = R(4/5).21. Double-distinct axial flux permanent magnet machine according to claim 20, characterized in that R is a multiple of ten and S = R(4/5). 22. Dobbelt-utpreget aksialfluks permanentmagnetmaskin i henhold til krav 15, karakterisert ved at spolene består av kopper, det magnetisk permeable materialet består av stål, og de minst to statorer omfatter et stållaminat.22. Double-distinct axial flux permanent magnet machine according to claim 15, characterized in that the coils consist of copper, the magnetically permeable material consists of steel, and the at least two stators comprise a steel laminate. 23. Dobbelt-utpreget aksialfluks permanentmagnetmaskin, karakterisert ved at den omfatter: minst tre statorer som er koaksialt og sideveis anordnet i forhold til hverandre; minst to rotorer innskutt blant de minst tre statorer; og en vikling som har en første fase og en andre fase, idet viklingen opplagres av de minst tre statorer.23. Double-distinct axial flux permanent magnet machine, characterized in that it comprises: at least three stators coaxially and laterally arranged with respect to each other; at least two rotors interposed among the at least three stators; and a winding which has a first phase and a second phase, the winding being stored by the at least three stators. 24. Dobbelt-utpreget aksialfluks permanentmagnetmaskin i henhold til krav 23, karakterisert ved at de minst tre statorer definerer en første sideveis lateral stator, en andre sideveis eller lateral stator, og en midtstator, og hver av de minst tre statorer har S utpregede statorpoler, hvor S er et likt heltall lik eller større enn to, og den første fase omfatter en første flerhet av spoler og den andre fase omfatter en andre flerhet av spoler, og den første flerhet av spoler er viklet rundt de utpregede statorpolene til den midtre stator, og flerheten av spoler er viklet rundt de utpregede statorpolene til den første laterale og den andre laterale stator.24. Double-pronounced axial flux permanent magnet machine according to claim 23, characterized in that the at least three stators define a first lateral lateral stator, a second lateral or lateral stator, and a center stator, and each of the at least three stators has S pronounced stator poles, where S is an even integer equal to or greater than two, and the first phase comprises a first plurality of coils and the second phase comprises a second plurality of coils, and the first plurality of coils are wound around the distinct stator poles of the central stator, and the plurality of coils are wound around the distinct stator poles of the first lateral and the second lateral stator. 25. Dobbelt-utpreget aksialfluks permanentmagnetmaskin i henhold til krav 24, karakterisert ved at hver av de minst to rotorer har P permanentmagneter, hvor P er et likt heltall lik eller større enn to, og permanentmagnetene veksler med R elektromagnetisk utpregede rotorpoler laget av et magnetisk permeabelt materiale, hvor R er et heltall lik P.25. Double-distinct axial flux permanent magnet machine according to claim 24, characterized in that each of the at least two rotors has P permanent magnets, where P is an even integer equal to or greater than two, and the permanent magnets alternate with R electromagnetically distinct rotor poles made of a magnetic permeable material, where R is an integer equal to P. 26. Dobbelt-utpreget aksialfluks permanentmagnetmaskin i henhold til krav 25, karakterisert ved at R = S.26. Double-distinct axial flux permanent magnet machine according to claim 25, characterized in that R = S. 27. Dobbelt-utpreget aksialfluks permanentmagnetmaskin i henhold til krav 25, karakterisert ved at R = S +2.27. Double-distinct axial flux permanent magnet machine according to claim 25, characterized in that R = S +2. 28. Dobbelt-utpreget aksialfluks permanentmagnetmaskin i henhold til krav 25, karakterisert ved atR = S + X, hvor X er et likt heltall lik eller større enn fire.28. Double-distinct axial flux permanent magnet machine according to claim 25, characterized by atR = S + X, where X is an even integer equal to or greater than four. 29. Dobbelt-utpreget permanentmagnetmaskin for en direktedrevet vindturbin, karakterisert ved at den omfatter: minst to statorer som er koaksialt anordnet i forhold til hverandre; minst en rotor innskutt mellom de første minst to statorer og stivt forbundet med en vindturbinrotor; og en tofasevikling opplagret av de minst to statorer og elektrisk koplet til et bruksnett ved hjelp av en elektronisk konverter.29. Double-distinct permanent magnet machine for a direct-drive wind turbine, characterized in that it comprises: at least two stators which are coaxially arranged with respect to each other; at least one rotor interposed between the first at least two stators and rigidly connected to a wind turbine rotor; and a two-phase winding stored by the at least two stators and electrically connected to a utility network by means of an electronic converter. 30. Dobbelt-utpreget permanentmagnetmaskin i henhold til krav 29, karakterisert ved at den elektroniske konverter omfatter en trefase-inverter som er elektrisk koplet til bruksnettet og en tofaseinverter som er elektrisk koplet til tofaseviklingen, og trefaseinverteren er koplet til tofaseinverteren med hjelp av en likestrømskopling.30. Double-distinct permanent magnet machine according to claim 29, characterized in that the electronic converter comprises a three-phase inverter which is electrically connected to the utility grid and a two-phase inverter which is electrically connected to the two-phase winding, and the three-phase inverter is connected to the two-phase inverter by means of a direct current coupling .
NO974345A 1995-03-21 1997-09-19 Double-marked permanent magnet machine NO974345L (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US40802995A 1995-03-21 1995-03-21
PCT/US1996/003929 WO1996029774A1 (en) 1995-03-21 1996-03-20 Doubly-salient permanent-magnet machine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
NO974345D0 NO974345D0 (en) 1997-09-19
NO974345L true NO974345L (en) 1997-11-19

Family

ID=23614568

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO974345A NO974345L (en) 1995-03-21 1997-09-19 Double-marked permanent magnet machine

Country Status (10)

Country Link
EP (1) EP0815633A4 (en)
JP (1) JPH11511948A (en)
KR (1) KR19980703186A (en)
CN (1) CN1214809A (en)
AU (1) AU5258596A (en)
CA (1) CA2215971A1 (en)
IL (1) IL116631A0 (en)
MX (1) MX9707118A (en)
NO (1) NO974345L (en)
WO (1) WO1996029774A1 (en)

Families Citing this family (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19838378A1 (en) * 1998-08-24 2000-03-02 Magnet Motor Gmbh Electrical machine with permanent magnets
DE19856647B4 (en) * 1998-12-09 2007-03-01 Canders, Wolf-R., Prof. Dr.-Ing. Electric high-torque motor
WO2000048297A1 (en) 1999-02-10 2000-08-17 Multipolgenerator Aps An electric multipole motor/generator with axial magnetic flux
NL1011876C2 (en) * 1999-04-23 2000-10-24 Aerpac Holding B V Generator.
AU2001274396A1 (en) 2000-05-23 2001-12-03 Vestas Wind Systems A/S Variable speed wind turbine having a matrix converter
US6946750B2 (en) 2000-08-14 2005-09-20 Aloys Wobben Wind power plant having a power generation redundancy system
DE10040273A1 (en) * 2000-08-14 2002-02-28 Aloys Wobben Wind turbine
CN2483884Y (en) * 2001-07-10 2002-03-27 白贺斌 Permanent-magnet motor with planar radio armature wire groove and axial magnetic field
WO2003036083A1 (en) * 2001-10-25 2003-05-01 Nsk Ltd. Wind power generator
AU2002360048A1 (en) * 2001-12-25 2003-07-15 Keiji Hiramatsu Generator
US7015595B2 (en) 2002-02-11 2006-03-21 Vestas Wind Systems A/S Variable speed wind turbine having a passive grid side rectifier with scalar power control and dependent pitch control
CN100502206C (en) * 2002-09-18 2009-06-17 尼格麦康控制系统股份有限公司 An electrical motor/generator having a number of stator pole cores being larger than a number of rotor pole shoes
WO2004047258A2 (en) * 2002-11-18 2004-06-03 Seiko Epson Corporation Magnetic structure and motor employing said magnetic structure, and driver comprising said motor
JP4323941B2 (en) * 2002-12-20 2009-09-02 新日本製鐵株式会社 Exciter, field machine, and synchronous machine using the same
US9093874B2 (en) 2004-10-25 2015-07-28 Novatorque, Inc. Sculpted field pole members and methods of forming the same for electrodynamic machines
CN100386953C (en) * 2005-01-19 2008-05-07 南京航空航天大学 Hybrid excitation doubly salient permanent magnet synchronous motor
JP4577068B2 (en) * 2005-03-31 2010-11-10 株式会社エクォス・リサーチ Rotating electric machine
JP4692090B2 (en) * 2005-06-16 2011-06-01 株式会社富士通ゼネラル Axial air gap type electric motor
NO20054704D0 (en) 2005-10-13 2005-10-13 Sway As Method and method for wind turbines and propulsion systems with magnetically stable main bearing and load control system
JP5172090B2 (en) * 2005-11-22 2013-03-27 株式会社グローバルエナジー Multi-head generator
WO2007141948A1 (en) 2006-06-06 2007-12-13 Honda Motor Co., Ltd. Motor and motor control device
CN100433533C (en) * 2006-11-06 2008-11-12 何世政 Driving method and device for permanent magnetic motor rotor
CN101042112B (en) * 2007-04-16 2012-10-17 顾为东 High efficiency low cost high power non-interconnected wind-driven generator group
JP2008271640A (en) 2007-04-17 2008-11-06 Honda Motor Co Ltd Axial gap type motor
JP4707696B2 (en) 2007-06-26 2011-06-22 本田技研工業株式会社 Axial gap type motor
JP4961302B2 (en) 2007-08-29 2012-06-27 本田技研工業株式会社 Axial gap type motor
JP4729551B2 (en) 2007-10-04 2011-07-20 本田技研工業株式会社 Axial gap type motor
US7977843B2 (en) 2007-10-04 2011-07-12 Honda Motor Co., Ltd. Axial gap type motor
JP5176225B2 (en) * 2007-11-12 2013-04-03 スミダコーポレーション株式会社 Rotary electromagnetic generator
JP4816679B2 (en) * 2008-05-23 2011-11-16 日産自動車株式会社 Axial gap motor structure
US8049389B2 (en) 2008-06-02 2011-11-01 Honda Motor Co., Ltd. Axial gap motor
US7906883B2 (en) 2008-06-02 2011-03-15 Honda Motor Co., Ltd. Axial gap motor
IT1391500B1 (en) 2008-09-03 2011-12-30 Lenzi ROTATING ELECTRIC MACHINE
ITFI20080163A1 (en) * 2008-09-03 2010-03-04 Leonardo Lenzi ROTATING ELECTRIC MACHINE.
JP4678549B2 (en) 2008-10-09 2011-04-27 本田技研工業株式会社 Axial gap type motor
CN101771319B (en) * 2008-12-31 2012-07-04 台达电子工业股份有限公司 Brushless DC motor and drive unit thereof
JP2010207046A (en) * 2009-03-06 2010-09-16 Nisca Corp Generator and power generation system with the same
WO2011096888A1 (en) * 2010-02-02 2011-08-11 Akribis Systems Pte Ltd Permanent magnet motors without magnet back iron
FR2957208B1 (en) * 2010-03-04 2012-03-09 Erneo POLYPHASED POLYDISCOID ELECTRIC MACHINE WITH MAGNETS.
JP5477161B2 (en) 2010-05-20 2014-04-23 株式会社デンソー Double stator type motor
JP5481456B2 (en) * 2011-10-05 2014-04-23 和明 小林 Rotating electric machine
KR101287335B1 (en) * 2012-03-20 2013-07-23 한양대학교 에리카산학협력단 Two phase permanent magnet synchronous motor
CN103762758A (en) * 2014-01-08 2014-04-30 南京理工大学 Rotor magnet-gathering type horizontal magnetic-flow permanent-magnet disc wind driven generator
US10819169B2 (en) * 2015-12-03 2020-10-27 Mitsubishi Electric Corporation Axial gap rotating electrical machine and manufacturing method for the same
CN106411006B (en) * 2016-11-15 2018-07-24 华中科技大学 A kind of claw-pole structure rotor of axial flux permanent magnet body
FR3063400B1 (en) 2017-02-24 2021-11-19 Leroy Somer Moteurs ELECTRICAL ROTATING MACHINE WITH AXIAL FLOW
CN108233608B (en) * 2018-03-22 2023-09-15 宁德时代电机科技有限公司 Permanent magnet motor device integrating lossless automatic braking
DE102019202630A1 (en) * 2019-02-27 2020-08-27 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Electric motor
JP6972055B2 (en) 2019-03-12 2021-11-24 株式会社東芝 Rotating machine, rotating machine system, car, power generation device, lifting device, and robot
CN110011504B (en) * 2019-05-05 2023-10-31 大国重器自动化设备(山东)股份有限公司 Single output shaft servo motor for robot
US12149134B2 (en) 2022-06-27 2024-11-19 Anthropocene Institute LLC Axial flux switched reluctance motor and generator, and related systems and methods
EP4544673A1 (en) 2022-06-27 2025-04-30 Anthropocene Institute LLC Axial flux switched reluctance and inductance state machine systems, devices, and methods

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE408841B (en) * 1977-11-10 1979-07-09 Asea Ab AXIAL FIELD MACHINE WITH PERMANENT MAGNET TROTOR
FR2606951A1 (en) * 1986-11-13 1988-05-20 Alsthom Cgee Motor with magnets
DE3705089A1 (en) * 1987-02-13 1988-08-25 Weh Herbert TRANSVERSAL FLOWING MACHINE IN COLLECTOR ARRANGEMENT
DE68910649T2 (en) * 1988-11-22 1994-05-19 Shinko Electric Co Ltd Actuator with strong magnetic pushing force.
US5184040A (en) * 1989-09-04 1993-02-02 Lim Jong H Electric power generators having like numbers of magnets and coils
US5117141A (en) * 1990-07-30 1992-05-26 The United States Of America As Represented By Department Of Energy Disc rotors with permanent magnets for brushless DC motor
US5168187A (en) * 1991-02-20 1992-12-01 Dana Corporation, Warner Electric Brake & Clutch Division Axial pole stepping motor
WO1993015547A1 (en) * 1992-01-29 1993-08-05 Stridsberg Innovation Ab Brushless dc motors/generators
US5397953A (en) * 1993-11-17 1995-03-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Stator for disc type electric motor

Also Published As

Publication number Publication date
AU5258596A (en) 1996-10-08
CA2215971A1 (en) 1996-09-26
IL116631A0 (en) 1996-03-31
NO974345D0 (en) 1997-09-19
MX9707118A (en) 1998-06-28
WO1996029774A1 (en) 1996-09-26
KR19980703186A (en) 1998-10-15
EP0815633A4 (en) 1998-07-08
EP0815633A1 (en) 1998-01-07
JPH11511948A (en) 1999-10-12
CN1214809A (en) 1999-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO974345L (en) Double-marked permanent magnet machine
EP2403111B1 (en) Generator, wind turbine, method of assembling a generator and use of a generator in a wind turbine
Akhmatov et al. Variable-speed wind turbines with multi-pole synchronous permanent magnet generators. Part I: Modelling in dynamic simulation tools
US20110042965A1 (en) Wind turbine power train
Boldea et al. High power wind generator designs with less or no PMs: An overview
US8461730B2 (en) Radial flux permanent magnet alternator with dielectric stator block
CN107707090B (en) Double-stator superconducting brushless doubly-fed wind turbine
CN102545502A (en) Dual-stator brushless double-fed motor
Li et al. Design and analysis of a stator HTS field-modulated machine for direct-drive applications
US8829755B2 (en) Composite permanent magnet synchronous machine
Ozmen et al. Rare-earth magnet free flux-switching generator for wind turbines in micro-grids: A review
Liu et al. Feasibility study of a superconducting DC direct-drive wind generator
CN106787545A (en) A kind of double-stator magneto resistance brushless wind generator of three electrical ports
CN102403860B (en) Equal pole double-section reluctance generator
CN202435218U (en) Axial brushless doubly-fed motor
CN205829425U (en) A Three Stator Hybrid Excitation Synchronous Wind Power Generator
Zeng et al. Investigation of cascaded and modulated rotors for dual-stator brushless doubly-fed machines
CN209642521U (en) A kind of multi-phase permanent linear electric generator
US20240283341A1 (en) Synchronous-reluctance, rotary motor-generator
Boldea et al. 10MW, 10rpm, 10Hz directly-driven cage rotor induction generator (CRIG): preliminary design with key FEM validations
CN114400798B (en) A single-winding DC excitation brushless doubly-fed motor and its control circuit
Udosen et al. Non-Conventional, Non-Permanent Magnet Wind Generator Candidates. Wind 2022, 2, 429–450
CN106451970B (en) Four electrical port brushless dual-feed motor of reluctance rotor bimorph transducer
Lebsir et al. Switched reluctance generator models for wind turbine systems
CN101188366A (en) Three-phase 6k/(4(N+1)k) structure doubly salient pole motor