prof. dr hab. inż. Ryszard Pałka
dr inż. Marcin Wardach
Istota wynalazku:
Przedmiotem wynalazku jest maszyna elektryczna o wzbudzeniu hybrydowym z odpowiednio ukształtowanym obwodem magnetycznym, zawierającym bariery magnetyczne oraz częściowo lub całkowicie niemagnetyczny wał, umożliwiającym uzyskanie dużo szerszego zakresu regulacji pola magnetycznego oraz napięcia indukowanego, a w konsekwencji znacznego zwiększenia maksymalnej prędkości obrotowej wirnika oraz momentu obrotowego i mocy maszyny.
Obecne rozwiązania wykorzystujące silniki z magnesami trwałymi charakteryzują się wysoką sprawnością i dobrym stosunkiem masy/objętości do momentu/mocy, dlatego chętnie wykorzystywane są w napędach samochodowych. Posiadają one jednak wadę, która związana jest z brakiem możliwości regulacji pola wzbudzenia od magnesów trwałych. W kontekście zastosowania takich maszyn w napędach samochodowych, fakt ten jest szczególnie istotny, gdyż możliwość pracy napędu przy dużych prędkościach obrotowych i ograniczonym napięciu zasilania ściśle związana jest ze skutecznością osłabiania pola wzbudzenia maszyny. Przy dużych prędkościach obrotowych silnika, napięcie indukowane na zaciskach maszyny osiąga wartości, które uniemożliwiają właściwe zasilanie i sterowanie maszyny, przy ograniczonym napięciu zasilania, jakie jest zaciskach akumulatorów. Konwencjonalne sposoby rozwiązania problemu odwzbudzania pola magnetycznego silnika z magnesami trwałymi, sprowadzają się do odpowiedniego sterowania maszyny prądem stojana w osi podłużnej, co komplikuje układ sterowania i wprowadza konieczność przewymiarowania przekształtników energoelektronicznych, obniżając tym sprawność całego układu napędowego. Innymi sposobami, jako rozwiązania alternatywne problemu odwzbudzania pola maszyny, są propozycje konstrukcji wysokoobrotowych maszyn z magnesami trwałymi o wzbudzaniu hybrydowym, które umożliwiają regulację wzbudzenia sterowanego prądem w dodatkowej cewce.
W niniejszym wynalazku proponuje się zastosowanie odpowiednich barier dla strumieni magnetycznych, czyli obszarów o małej przenikalności magnetycznej, w celu skutecznego odwzbudzania, a więc uzyskania szerokiego zakresu regulacji momentu i prędkości obrotowej maszyny. W wynalazku zaproponowano również metodę koncentracji pola magnetycznego w biegunach maszyny wzbudzanej hybrydowo w celu zwiększenia jej gęstości mocy.
Potencjał komercjalizacyjny wynalazku:
Proponowany wynalazek może zostać zastosowany jako silnik napędowy w elektrycznych pojazdach samochodowych. Zaletą wynalazku jest to, że jego szerokie możliwości regulacyjne pozwalają na eliminację konieczności przewymiarowania zarówno samego silnika, jak i energoelektronicznych układów zasilających.
Innym zastosowaniem maszyny hybrydowej o proponowanej konstrukcji może być użycie jej jako generatora w elektrowni wiatrowej. Możliwości regulacyjne maszyny (przede wszystkim szeroki zakres regulacji napięcia indukowanego) pozwalają na generowanie energii w szerszym zakresie prędkości obrotowej wirnika, który w tym przypadku byłby napędzany turbiną wiatrową. Dzięki temu elektrownia wiatrowa mogłaby generować energię w szerszym zakresie prędkości wiatru.
