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ITVI20100220A1 - PERMANENT MAGNET GENERATOR WITH REDUCED COGGING EFFECT AND RELATED MAGNET - Google Patents

PERMANENT MAGNET GENERATOR WITH REDUCED COGGING EFFECT AND RELATED MAGNET Download PDF

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Publication number
ITVI20100220A1
ITVI20100220A1 IT000220A ITVI20100220A ITVI20100220A1 IT VI20100220 A1 ITVI20100220 A1 IT VI20100220A1 IT 000220 A IT000220 A IT 000220A IT VI20100220 A ITVI20100220 A IT VI20100220A IT VI20100220 A1 ITVI20100220 A1 IT VI20100220A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
magnet
generator
magnets
curved surface
air gap
Prior art date
Application number
IT000220A
Other languages
Italian (it)
Inventor
Francesco Battistella
Original Assignee
Nuova Saccardo Motori S R L
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 Nuova Saccardo Motori S R L filed Critical Nuova Saccardo Motori S R L
Priority to ITVI2010A000220A priority Critical patent/IT1401625B1/en
Priority to EP11754917.0A priority patent/EP2601729A2/en
Priority to PCT/IB2011/001814 priority patent/WO2012017303A2/en
Publication of ITVI20100220A1 publication Critical patent/ITVI20100220A1/en
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Description

GENERATORE A MAGNETI PERMANENTI CON EFFETTO COGGING RIDOTTO E RELATIVO MAGNETE. PERMANENT MAGNET GENERATOR WITH REDUCED COGGING EFFECT AND RELATIVE MAGNET.

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Campo tecnico Technical field

L’invenzione riguarda un generatore a magneti permanenti con effetto cogging ridotto che comprende uno statore con una pluralità di pacchi lamierini magnetici conformati a denti con rispettivi avvolgimenti elettrici disposti radialmente attorno all’asse di rotazione del generatore che si alternano con una pluralità di cave con una relativa apertura e un rotore con una pluralità di magneti permanenti disposti in forma radiale attorno all’asse di rotazione del generatore. L’invenzione concerne anche un relativo magnete. The invention relates to a permanent magnet generator with reduced cogging effect which comprises a stator with a plurality of tooth-shaped magnetic lamination packs with respective electrical windings arranged radially around the generator rotation axis which alternate with a plurality of slots with a relative opening and a rotor with a plurality of permanent magnets arranged in a radial shape around the rotation axis of the generator. The invention also concerns a relative magnet.

Stato dell’arte State of the art

I generatori a magneti permanenti noti presentano lo svantaggioso effetto cogging. La coppia di cogging (impuntamento) Ã ̈ il tipico momento frenante che si oppone alla rotazione del rotore nei motori elettrici a magneti permanenti PMM (permanent magnet motors) anche in assenza di carico. Known permanent magnet generators have the disadvantageous cogging effect. The cogging torque is the typical braking moment that opposes the rotation of the rotor in permanent magnet motors (PMM) even in the absence of load.

È molto importante ridurre questa coppia di cogging nei generatori eolici perché tende a limitare molto l'avviamento delle pale a velocità del vento inferiore alla nominale (con perdita rilevante di produzione d’energia) e produce inoltre vibrazioni meccaniche e rumore. It is very important to reduce this cogging torque in wind generators because it tends to greatly limit the starting of the blades at wind speeds lower than the nominal one (with significant loss of energy production) and also produces mechanical vibrations and noise.

Per esempio, con una velocità del vento nominale di 10 m/s e cogging del 10%, le pale cominciano a muoversi con una velocità dell’aria piuttosto alta: circa 4 m/s, mentre con cogging dell’ 1 % bastano 2 m/s (la potenza sfruttabile varia con il cubo della velocità deM’aria). Una notevole riduzione dell’effetto cogging comporterebbe un’importante riduzione della velocità del vento necessaria a fare partire il generatore eolico. For example, with a nominal wind speed of 10 m / s and a cogging of 10%, the blades begin to move with a rather high air speed: about 4 m / s, while with a cogging of 1% 2 are enough. m / s (the usable power varies with the cube of the air speed). A significant reduction in the cogging effect would result in a significant reduction in the wind speed necessary to start the wind generator.

La figura 1 illustra schematicamente il meccanismo di cogging. Il cogging à ̈ causato dall’interazione tra i magneti montati sul rotore R e l’anisotropia dello statore dovuta all’apertura delle cave A (variazione della riluttanza magnetica). Infatti, il valore più elevato si riscontra nella coincidenza durante la rotazione, tra bordo magnete B e l’apertura cava A, mentre con bordo B al centro del dente D o al centro della cava A il cogging à ̈ zero, come si vede dall’andamento del cogging C rappresentato nella grafica sottostante. La freccia M rappresenta la direzione di movimento del rotore R. Figure 1 schematically illustrates the cogging mechanism. The cogging is caused by the interaction between the magnets mounted on the rotor R and the anisotropy of the stator due to the opening of the slots A (variation of the magnetic reluctance). In fact, the highest value is found in the coincidence during rotation, between magnet edge B and slot A, while with edge B in the center of tooth D or in the center of slot A the cogging is zero, as can be seen from the cogging trend C represented in the graph below. The arrow M represents the direction of movement of the rotor R.

Una minore variazione della riluttanza magnetica durante il processo di rotazione comporterà un minor contributo al cogging, come pure la non coincidenza tra i bordi B dei vari magneti e l’apertura A delle varie cave dello statore. A minor variation of the magnetic reluctance during the rotation process will lead to a minor contribution to cogging, as well as the non-coincidence between the edges B of the various magnets and the opening A of the various slots of the stator.

In sostanza, il cogging à ̈ dovuto alla variazione dell’energia magnetica del campo prodotto dai magneti con la posizione angolare del rotore R: formalmente il cogging à ̈ uguale alla derivata parziale della coenergia rispetto alla posizione angolare. Basically, the cogging is due to the variation of the magnetic energy of the field produced by the magnets with the angular position of the rotor R: formally the cogging is equal to the partial derivative of the coenergy with respect to the angular position.

Chiaramente un valore di cogging accettabile dipende dall’applicazione. Per esempio, nei gruppi elettrogeni equipaggiati con PMG (permanent magnet generators, generatori a magneti permanenti) il cogging non à ̈ particolarmente importante, per cui valori vicini al 20% della coppia nominale sono accettabili. Nel campo eolico il cogging à ̈ un parametro importantissimo dei PMG: dei valori tipici di riferimento possono essere considerati dai 3% ai 5% del valore nominale, un valore dell’ 1 % à ̈ considerato estremamente basso per dei generatori di produzione di serie. Nei generatori eolici disponibili sul mercato l’effetto cogging à ̈ piuttosto elevato. Clearly an acceptable cogging value depends on the application. For example, in generators equipped with PMG (permanent magnet generators) cogging is not particularly important, so values close to 20% of the nominal torque are acceptable. In the wind field, cogging is a very important parameter of PMG: typical reference values can be considered from 3% to 5% of the nominal value, a value of 1% is considered extremely low for mass production generators . In wind turbines available on the market, the cogging effect is quite high.

Presentazione dell’invenzione Presentation of the invention

Lo scopo della presente invenzione à ̈ realizzare un generatore a magneti permanenti con basso effetto cogging, e particolarmente un generatore eolico a bassa potenza (microeolico) con un effetto cogging inferiore rispetto ai generatori noti. Ulteriore scopo dell’invenzione à ̈ proporre un generatore in cui l’abbassamento dell’effetto cogging non à ̈ accompagnato da un’elevata perdita di potenza. Un altro scopo dell’invenzione à ̈ creare un magnete permanente che aiuta a ridurre l’effetto cogging con una perdita di potenza contenuta. The object of the present invention is to realize a permanent magnet generator with a low cogging effect, and particularly a low power wind generator (micro wind) with a lower cogging effect than known generators. A further aim of the invention is to propose a generator in which the lowering of the cogging effect is not accompanied by a high loss of power. Another purpose of the invention is to create a permanent magnet that helps reduce the cogging effect with limited power loss.

Gli scopi dell’invenzione sono raggiunti da un generatore a magneti permanenti del tipo menzionato all'inizio in cui il traferro fra i pacchi lamierini magnetici conformati a denti e i magneti permanenti à ̈ variabile e in cui i magneti permanenti presentano dei bordi inclinati. Per avere una riduzione del cogging senza penalizzare troppo la tensione d’uscita, l'inclinazione (skewing) dei magneti viene scelta con un valore d'angolo (in senso radiale) che varia tra un minimo che corrisponde al periodo del cogging e metà del passo cava indotto. La combinazione fra traferro variabile e magneti inclinati ha ridotto notevolmente l’effetto cogging. L’inclinazione dei magneti (skewing) rende la produzione del rotore un po’ più impegnativa ma questo svantaggio viene largamente compensato dal cogging molto ridotto. Più grande à ̈ l’angolo di inclinazione, più piccolo à ̈ l’effetto cogging. Con questa combinazione si raggiungono valori di cogging inferiori all’ 1 % della coppia massima. The objects of the invention are achieved by a permanent magnet generator of the type mentioned at the beginning in which the air gap between the tooth-shaped magnetic lamination packs and the permanent magnets is variable and in which the permanent magnets have inclined edges. To have a reduction in cogging without penalizing too much the output voltage, the inclination (skewing) of the magnets is chosen with an angle value (in a radial direction) that varies between a minimum corresponding to the cogging period and half. of the induced hollow pitch. The combination of variable air gap and inclined magnets significantly reduced the cogging effect. The inclination of the magnets (skewing) makes the production of the rotor a little more demanding but this disadvantage is largely compensated by the very reduced cogging. The larger the tilt angle, the smaller the cogging effect. With this combination, cogging values lower than 1% of the maximum torque are reached.

Vantaggiosamente, alla misura del traferro variabile e dei magneti inclinati si aggiunge l’ottimizzazione di uno o più parametri, fra cui: il rapporto fra il numero delle cave e le coppie di poli, l’espansione polare dei magneti rispetto al passo polare in relazione con il rapporto cave/poli, il valore del traferro in funzione dell’apertura delle cave, l’altezza del pacco lamierini (stack length) per ridurre l’effetto cogging. L’adattamento deve essere un buon compromesso fra le esigenze costruttive e le prestazioni (potenza) del generatore. Il rapporto cave/poli (c/2p) à ̈ un parametro importante che permette di alzare il più possibile il valore della frequenza fondamentale di cogging che corrisponde al minimo comune multiplo tra cave e poli. Una combinazione di 18 cave e 16 poli, e più preferibilmente 18 cave e 22 poli, si à ̈ rivelata particolarmente idonea con 144 e 198 picchi di cogging al giro. L’espansione polare dei magneti rispetto al passo polare può essere adattata in forma ottimale al rapporto fra cave e poli. Il valore del traferro à ̈ un parametro che può essere variato in funzione dall’apertura della cava in modo da ottenere una minore variazione della riluttanza magnetica al passaggio del magnete sotto l’apertura della cava. La scelta dell’apertura della cava e della larghezza del dente sono preferibilmente un compromesso tra cogging, saturazione magnetica, fattore di Carter, induttanza di dispersione e una dimensione geometrica accettabile che consenta un avvolgimento automatico dello statore. Advantageously, the optimization of one or more parameters is added to the measurement of the variable air gap and inclined magnets, including: the ratio between the number of slots and the pairs of poles, the polar expansion of the magnets with respect to the polar pitch in relation to the slot / pole ratio, the value of the air gap as a function of the opening of the slots, the height of the stack length to reduce the cogging effect. The adaptation must be a good compromise between the construction requirements and the performance (power) of the generator. The cave / pole ratio (c / 2p) is an important parameter that allows you to raise as much as possible the value of the fundamental cogging frequency which corresponds to the least common multiple between caves and poles. A combination of 18 slots and 16 poles, and more preferably 18 slots and 22 poles, proved to be particularly suitable with 144 and 198 cogging peaks per revolution. The polar expansion of the magnets with respect to the polar pitch can be optimally adapted to the ratio between slots and poles. The value of the air gap is a parameter that can be varied according to the opening of the slot in order to obtain a smaller variation of the magnetic reluctance when the magnet passes under the opening of the slot. The choice of slot opening and tooth width are preferably a compromise between cogging, magnetic saturation, Carter factor, dispersion inductance and an acceptable geometric dimension that allows automatic stator winding.

In una variante molto vantaggiosa dell’invenzione, la variabilità del traferro à ̈ realizzata per il fatto che il lato superiore e il lato inferiore dei magneti definiscono una superficie curva interna e una superficie curva esterna con la stessa direzione di curvatura che descrivono in sezione trasversale archi di circonferenze non concentrici e con rispettivi raggi diversi cosicché la distanza fra le due superfici che rappresenta lo spessore del magnete à ̈ variabile in sezione trasversale e in cui l'arco di circonferenza individuato dal raggio della superficie curva interna in sezione trasversale che si trova di fronte ai pacchi lamierini magnetici conformati a denti non à ̈ concentrico con l’arco di circonferenza individuato dal raggio corrispondente alla superficie cilindrica descritta dai pacchi lamierini magnetici conformati a denti. In questo modo si realizza in modo semplice e, dal punto di vista della riduzione dell’effetto cogging, efficace un traferro variabile. In a very advantageous variant of the invention, the variability of the air gap is achieved by the fact that the upper side and the lower side of the magnets define an internal curved surface and an external curved surface with the same direction of curvature that they describe in section transversal arcs of non-concentric circumferences and with respective different radii so that the distance between the two surfaces which represents the thickness of the magnet is variable in cross section and in which the arc of circumference identified by the radius of the internal curved surface in cross section which it is located in front of the tooth-shaped magnetic lamination packs is not concentric with the arc of circumference identified by the radius corresponding to the cylindrical surface described by the tooth-shaped magnetic lamination packs. In this way, a variable air gap is created in a simple and effective way from the point of view of reducing the cogging effect.

Questa struttura particolare dei magneti può essere adottata anche per magneti non inclinati, e questo per sistemi con rotore esterno oppure interno. This particular structure of the magnets can also be adopted for non-inclined magnets, and this for systems with external or internal rotor.

Lo spessore del magnete à ̈ quindi variabile in direzione radiale. Sono magneti che in sezione sono una mezza via fra una forma “bread loaf†cioà ̈ una forma a “D†e una forma radiale cioà ̈ a “C". The thickness of the magnet is therefore variable in the radial direction. They are magnets that in section are half way between a â € œbread loafâ € shape that is a â € œDâ € shape and a radial shape that is a â € œC ".

Vantaggiosamente, il rapporto tra traferro massimo Δ2 ai bordi del magnete e traferro minimo Δ1 al centro del magnete sta nel rapporto 3 a 1 ,1. Advantageously, the ratio between the maximum air gap Î ”2 at the edges of the magnet and the minimum air gap Δ 1 at the center of the magnet is in the ratio 3 to 1, 1.

Una variante molto vantaggiosa del generatore secondo l’invenzione, che ha permesso di ridurre il cogging a valori al di sotto dell’1 %, à ̈ un generatore con rotore esterno che presenta le seguenti dimensioni e rapporti dimensionali: A very advantageous variant of the generator according to the invention, which made it possible to reduce the cogging to values below 1%, is a generator with an external rotor which has the following dimensions and dimensional ratios:

Tabella 1 Table 1

Misura Valore Valore Parametro Measure Value Value Parameter

nominale minimo massimo apertura cava 3,2 mm 3,0 mm 3,5 mm traferro centrale 1 ,1 mm 0,8 mm 1 ,6 mm Rapporto traferro laterale nominal minimum maximum slot opening 3.2 mm 3.0 mm 3.5 mm central air gap 1.1 mm 0.8 mm 1.6 mm Side air gap ratio

1.5 1.1 3 Δ2 e traferro centrale Δ 1 1.5 1.1 3 Î ”2 and central air gap Δ 1

raggio interno magnete 145 mm 88 mm 500 mm spessore magnete centrale 3,5 mm 3,00 mm 3,6 mm larghezza magnete 16 p 25,3 mm 24,6 mm 26 mm larghezza magnete 22 p 18,5 mm 17,8 mm 19,2 mm raggio esterno statore 75 mm magnet internal radius 145 mm 88 mm 500 mm central magnet thickness 3.5 mm 3.00 mm 3.6 mm magnet width 16 p 25.3 mm 24.6 mm 26 mm magnet width 22 p 18.5 mm 17.8 mm 19.2 mm external stator radius 75 mm

In una variante molto vantaggiosa dell’invenzione, lo spessore del magnete à ̈ costante nella direzione mediana del magnete in modo tale che la sezione trasversale segua un percorso elicoidale. Preferibilmente, la superficie esterna curva à ̈ una parte di una superficie cilindrica ed à ̈ concentrica al raggio della superficie cilindrica descritta dai pacchi di lamierini magnetici, mentre la superficie interna curva del magnete non à ̈ cilindrica. Uno spessore costante nella direzione mediana ZZ (inclinata rispetto all’asse del generatore) garantisce un effetto cogging più ridotto e una perdita di potenza inferiore rispetto a un magnete con spessore variabile nella sua direzione mediana Z. In a very advantageous variant of the invention, the thickness of the magnet is constant in the median direction of the magnet so that the cross section follows a helical path. Preferably, the curved outer surface is a part of a cylindrical surface and is concentric to the radius of the cylindrical surface described by the magnetic lamination packs, while the curved inner surface of the magnet is not cylindrical. A constant thickness in the ZZ median direction (inclined with respect to the generator axis) guarantees a smaller cogging effect and a lower power loss than a magnet with variable thickness in its median Z direction.

Preferibilmente, il magnete à ̈ definito dal fatto che lo spessore massimo rimane costante lungo la linea mediana ZZ che segue un percorso elicoidale e diminuisce in forma simmetrica verso i bordi del magnete. Il fatto che la sezione trasversale segue un percorso elicoidale significa anche che le singole aree di sezione trasversale che si susseguono a diverse altezze del magnete nel percorso elicoidale sono essenzialmente congruenti. Preferably, the magnet is defined by the fact that the maximum thickness remains constant along the midline ZZ which follows a helical path and decreases symmetrically towards the edges of the magnet. The fact that the cross-section follows a helical path also means that the individual cross-sectional areas following one another at different magnet heights in the helical path are essentially congruent.

In una variante dell’invenzione, la superficie curva interna e la superficie curva esterna sono parti di superfici cilindriche e lo spessore del magnete varia in direzione mediana del magnete (Z). Un magnete con spessore variabile in direzione assiale si ottiene per esempio ritagliando un magnete permanente di partenza a traferro variabile secondo un angolo rispetto all’asse centrale del magnete che definisce lo spessore maggiore; e quindi i bordi del magnete saranno inclinati del medesimo angolo rispetto all’asse centrale del magnete di partenza. Essendo lo spessore del magnete di partenza variabile (massimo al centro, minimo ai bordi), con questo taglio inclinato si ottiene il magnete finale con uno spessore variabile sezionandolo parallelamente ai bordi o alla nuova linea mediana Z dello stesso. In a variant of the invention, the inner curved surface and the outer curved surface are parts of cylindrical surfaces and the thickness of the magnet varies in the median direction of the magnet (Z). A magnet with variable thickness in the axial direction is obtained for example by cutting a permanent starting magnet with a variable air gap according to an angle with respect to the central axis of the magnet which defines the greater thickness; and therefore the edges of the magnet will be inclined at the same angle with respect to the central axis of the starting magnet. Since the thickness of the starting magnet is variable (maximum in the center, minimum at the edges), with this inclined cut the final magnet is obtained with a variable thickness by sectioning it parallel to the edges or to the new median line Z of the same.

In una variante molto vantaggiosa dell’invenzione, i pacchi di lamierini magnetici conformati a denti presentano delle fessure sagomate che si trovano una di fronte all’altra all’altezza dell’apertura della cava con estensione lungo tutta l’altezza del pacco di lamierini magnetici conformato a dente e nelle quali sono inseribili delle biette magnetiche conformemente sagomate per chiudere detta apertura della cava. Questo sistema di chiusura à ̈ più praticabile e più efficace per quanto riguarda l’abbassamento del cogging rispetto al metodo noto in cui lastre di ferrite vengono inserite direttamente sugli avvolgimenti all’interno delle cave. Le fessure sagomate nei pacchi lamierini non sono legate a generatori con traferro variabile e/o con magneti inclinati. Ovviamente possono essere applicate anche in generatori con magneti dritti e con traferro costante o in generatori con traferro variabile e con magneti dritti o in generatori con magneti inclinati e con traferro costante, ecc. In a very advantageous variant of the invention, the packs of tooth-shaped magnetic laminations have shaped slots that are located one in front of the other at the height of the slot opening with extension along the entire height of the pack of magnetic laminations shaped like a tooth and in which magnetic rods according to shape can be inserted to close said opening of the slot. This closing system is more practicable and more effective as regards the lowering of the cogging than the known method in which ferrite plates are inserted directly on the windings inside the slots. The shaped slots in the sheet packs are not linked to generators with variable air gap and / or with inclined magnets. Obviously they can also be applied in generators with straight magnets and with constant air gap or in generators with variable air gap and with straight magnets or in generators with inclined magnets and with constant air gap, etc.

Vantaggiosamente le biette sono prodotte da un composito di resina isolante e polvere di ferro. Preferibilmente, il contenuto di ferro à ̈ superiore al 50%. Advantageously, the chocks are produced from a composite of insulating resin and iron powder. Preferably, the iron content is higher than 50%.

La variante preferita del generatore secondo l’invenzione à ̈ quella in cui il rotore si trova all’esterno dello statore. Ma à ̈ altrettanto ipotizzabile il sistema inverso, in cui il rotore gira all’interno dello statore. The preferred variant of the generator according to the invention is that in which the rotor is located outside the stator. But the inverse system is equally conceivable, in which the rotor turns inside the stator.

In una variante vantaggiosa del generatore secondo l’invenzione, l’altezza dei pacchi di lamierini magnetici à ̈ variabile. Il cogging, come la potenza, varia in funzione dell’altezza del pacco (stack length) e quindi riguardo alla potenza che si desidera ottenere si ha un certo valore di cogging che à ̈ tanto maggiore quanto più elevata à ̈ la potenza. Con un pacco di 42 mm si ottiene una potenza di 700 W in servizio continuo a 415 rpm con una coppia nominale di 16,1 Nm, una potenza massima erogabile di 1000W circa (415 rpm) con coppia di 23 Nm. Risulta una coppia di cogging di 0,20 Nm. In an advantageous variant of the generator according to the invention, the height of the magnetic lamination packs is variable. The cogging, like the power, varies according to the height of the stack (stack length) and therefore with regard to the power to be obtained there is a certain cogging value which is greater the higher the power is. With a 42 mm pack you get a power of 700 W in continuous service at 415 rpm with a nominal torque of 16.1 Nm, a maximum deliverable power of about 1000W (415 rpm) with a torque of 23 Nm. cogging of 0.20 Nm.

Con un pacco di 20 mm e una potenza di 450 W in servizio continuo a 520 rpm con una coppia nominale di 8,26 Nm e una potenza massima erogabile di 520 W con una coppia di 9,55 Nm la coppia di cogging à ̈ di 0,12 Nm. Sono ipotizzabili anche pacchi più alti. With a package of 20 mm and a power of 450 W in continuous service at 520 rpm with a nominal torque of 8.26 Nm and a maximum deliverable power of 520 W with a torque of 9.55 Nm the cogging torque is 0.12 Nm. Higher parcels are also conceivable.

Un aspetto molto importante dell'invenzione à ̈ la variante in cui il generatore secondo l’invenzione à ̈ un generatore eolico con una potenza fra i 400 W e i 5 kW e una coppia tra 9 e 120Nm. Come sopra esposto, generatori eolici sentono particolarmente l’effetto cogging con basse velocità di vento. Particolarmente soddisfacente come materiale dei magneti permanenti à ̈ il NdFeB (neodimio ferro boro) con un valore di induzione residua pari a Br = 1,2÷1.35 T, He (KA/m) > 850 e BHmax(KJ/m<3>) > 240. A very important aspect of the invention is the variant in which the generator according to the invention is a wind generator with a power between 400 W and 5 kW and a torque between 9 and 120Nm. As stated above, wind generators particularly feel the cogging effect with low wind speeds. Particularly satisfactory as a material for permanent magnets is NdFeB (neodymium iron boron) with a residual induction value equal to Br = 1,2à · 1.35 T, He (KA / m)> 850 and BHmax (KJ / m <3> )> 240.

Avvolgimenti dello statore del tipo concentrato a doppio strato, non sovrapposti con un numero frazionario di cave per polo e per fase q = 3/8 o q=3/11 , con un fattore di avvolgimento K = 0,945 o K=0,902 si sono rivelati particolarmente adatti per un generatore secondo l’invenzione. Stator windings of the concentrated double-layer type, not superimposed with a fractional number of slots per pole and per phase q = 3/8 or q = 3/11, with a winding factor K = 0.945 or K = 0.902 have proved particularly suitable for a generator according to the invention.

Combinando tutti i vantaggi di cui sopra e scegliendo le dimensioni nel campo come indicato si ottiene un mini-generatore eolico a magneti permanenti di bassa potenza (1000 W), a 415 rpm (a cui corrisponde una coppia di 23 Nm) con dimensioni delle parti attive non superiori a 170 mm di diametro e 42 mm di lunghezza il cogging non supera i 0,20 Nm (circa I’ 1 % della nominale). Combining all the above advantages and choosing the dimensions in the field as indicated you get a low power (1000 W), 415 rpm (corresponding to a torque of 23 Nm) permanent magnet mini wind generator with part sizes active not exceeding 170 mm in diameter and 42 mm in length, the cogging does not exceed 0.20 Nm (approximately 1% of the nominal).

Un altro aspetto dell’invenzione riguarda inoltre un magnete permanente a traferro variabile in cui il lato superiore e il lato inferiore di detti magneti definiscono una superficie curva interna e una superficie curva esterna con la stessa direzione di curvatura che descrivono in sezione trasversale archi di circonferenze non concentrici e con rispettivi raggi diversi cosicché la distanza fra le due superfici che rappresenta lo spessore del magnete à ̈ variabile in sezione trasversale e che presenta dei bordi inclinati. Vantaggiosamente, la distanza fra le due superfici curve à ̈ costante in direzione mediana del magnete in modo tale che la sezione trasversale segua un percorso elicoidale. Another aspect of the invention also relates to a permanent magnet with variable air gap in which the upper side and the lower side of said magnets define an internal curved surface and an external curved surface with the same direction of curvature which describe in cross-section arcs of non-concentric circumferences and with respective different radii so that the distance between the two surfaces which represents the thickness of the magnet is variable in cross section and which has inclined edges. Advantageously, the distance between the two curved surfaces is constant in the median direction of the magnet so that the cross section follows a helical path.

In un’altra variante dell'invenzione la superficie curva interna e la superficie curva esterna sono parti di superfici cilindriche e lo spessore del magnete varia in direzione mediana del magnete. In another variant of the invention the inner curved surface and the outer curved surface are parts of cylindrical surfaces and the thickness of the magnet varies in the median direction of the magnet.

Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings

L’invenzione viene illustrata ora con l'ausilio delle tavole di disegno allegate dove: The invention is now illustrated with the help of the attached drawing tables where:

- la fig. 1 illustra in una rappresentazione schematica l’effetto cogging secondo lo stato dell’arte; - fig. 1 illustrates in a schematic representation the cogging effect according to the state of the art;

- la fig. 2 mostra un particolare dello statore e del rotore di un generatore eolico secondo l’invenzione in sezione; - fig. 2 shows a detail of the stator and rotor of a wind generator according to the invention in section;

- la fig. 3 mostra in forma ingrandita un particolare della fig. 2; - fig. 3 shows in enlarged form a detail of fig. 2;

- le figg. 4a-4f illustrano un magnete inclinato a traferro variabile e spessore variabile lungo la linea mediana secondo l’invenzione in varie viste, e in particolare: la fig. 4a à ̈ una vista assonometrica del magnete, la fig. 4b à ̈ una vista dall’alto del magnete, le figg. 4c e 4d sono viste laterali del magnete, la fig. 4e mostra la sezione del magnete lungo la linea A1-A1 della fig. 4 c, mentre la fig. 4f mostra la sezione del magnete lungo la linea B1-B1 della fig. 4b; - le figg. 5a e 5b illustrano il taglio di un magnete a forma essenzialmente rettangolare per produrre il magnete inclinato a traferro variabile secondo le figg. 4a-4f (fig. 5a in una vista dall’alto e fig. 5b in una vista laterale), mentre le figg. 5c e 5d illustrano delle sezioni del magnete lungo le linee C1-C1 (fig. 5c) e D1-D1 (fig. 5d) della fig. 5a; - figs. 4a-4f show an inclined magnet with variable air gap and variable thickness along the median line according to the invention in various views, and in particular: fig. 4a is an isometric view of the magnet, fig. 4b is a top view of the magnet, figs. 4c and 4d are side views of the magnet, FIG. 4e shows the section of the magnet along the line A1-A1 of fig. 4c, while fig. 4f shows the section of the magnet along the line B1-B1 of fig. 4b; - figs. 5a and 5b illustrate the cutting of an essentially rectangular shaped magnet to produce the variable air gap inclined magnet according to Figs. 4a-4f (fig. 5a in a top view and fig. 5b in a side view), while figs. 5c and 5d show sections of the magnet along the lines C1-C1 (fig. 5c) and D1-D1 (fig. 5d) of fig. 5a;

- le figg. 6a-6g illustrano un magnete inclinato a traferro variabile e con spessore costante lungo la linea mediana secondo l’invenzione in varie viste, e in particolare: la fig. 6a à ̈ una vista dall’alto del magnete, le figg. 6b e 6e sono viste laterali del magnete, la fig. 6c mostra una sezione del magnete lungo la linea A2-A2 della fig. 6b, le figg. 6d, 6f e 6g illustrano delle sezioni del magnete lungo le linee C2-C2 (fig. 6d), D2-D2 (fig. 6f) e B2-B2 (fig. 6g) della fig. 6a; - figs. 6a-6g illustrate an inclined magnet with variable air gap and constant thickness along the median line according to the invention in various views, and in particular: fig. 6a is a top view of the magnet, figs. 6b and 6e are side views of the magnet, FIG. 6c shows a section of the magnet along the line A2-A2 of fig. 6b, figs. 6d, 6f and 6g show sections of the magnet along the lines C2-C2 (fig. 6d), D2-D2 (fig. 6f) and B2-B2 (fig. 6g) of fig. 6a;

- la fig. 7a illustra il taglio elicoidale per ottenere il magnete secondo le figg. 6a-6g, mentre la fig. 7b mostra il dettaglio cerchiato della fig. 7a in forma ingrandita; - fig. 7a illustrates the helical cut to obtain the magnet according to figs. 6a-6g, while fig. 7b shows the circled detail of fig. 7a in enlarged form;

- la fig. 8 mostra in forma schematica la posizione del magnete inclinato con spessore variabile lungo la linea mediana rispetto al magnete di partenza a traferro variabile visto dall’alto; - fig. 8 shows in schematic form the position of the inclined magnet with variable thickness along the median line with respect to the starting magnet with variable air gap seen from above;

- la fig. 9a mostra un dettaglio di un rotore secondo l'invenzione in sezione i cui pacchi lamierini sono dotati di fessure sagomate per accogliere delle biette magnetiche corrispondentemente sagomate e la fig. 9b mostra un dettaglio della fig. 9a in forma ingrandita con una bietta magnetica inserita in una fessura. - fig. 9a shows a sectional detail of a rotor according to the invention, the lamination packs of which are provided with shaped slots for receiving correspondingly shaped magnetic rods and fig. 9b shows a detail of fig. 9a in enlarged form with a magnetic rod inserted in a slot.

- le figg. 10a e 10b illustrano l'inclinazione di un magnete secondo l’invenzione. - figs. 10a and 10b illustrate the inclination of a magnet according to the invention.

Descrizione dei preferiti esempi d'esecuzione Description of preferred examples of execution

In fig. 2 à ̈ rappresentato un dettaglio di un generatore eolico in sezione. Si osservano il rotore esterno 2 e lo statore interno 4. Il rotore 4 presenta una pluralità di pacchi di lamierini magnetici conformati a denti 6 disposti radialmente attorno aM’asse di rotazione 8 del rotore 4. Il raggio esterno dello statore che corrisponde alla superficie esterna dei pacchi di lamierini magnetici conformati a denti 6 à ̈ indicato con Rs. Ogni pacco di lamierini magnetici conformato a dente 6 presenta un avvolgimento elettrico 10. I pacchi di lamierini magnetici conformati a denti 6 si alternano con una altrettanto grande pluralità di cave 12. La parte dei pacchi di lamierini magnetici conformati a denti 6 che si trova di fronte ai poli 16 a magnete permanente à ̈ a forma di incudine (sezione “T†) i cui lati si estendono di volta in volta su una cava 12 confinante. In tal modo si realizza un’apertura 14 della cava piuttosto stretta. I poli 16 a magnete permanente si trovano sul lato interno del rotore e sono disposti radialmente attorno all’asse di rotazione 8. Il raggio interno della carcassa rotore che coincide con il raggio esterno dei magneti, à ̈ denominato con Rr. Ogni singolo magnete 16 presenta un lato interno che si trova di fronte allo statore che à ̈ arcuato seguendo l’andamento di un arco di cerchio il cui centro 18 non à ̈ concentrico con il centro 8 dello statore 4. Il corrispondente raggio à ̈ denominato con Ri. Il raggio Rr à ̈ minore del raggio Ri; e inoltre Rr e Ri non hanno lo stesso centro. Quest’eccentricità à ̈ responsabile del fatto che il traferro 20 non à ̈ costante, cioà ̈ à ̈ variabile, come viene evidenziato meglio nella fig. 3. In fig. 2 A detail of a wind generator is shown in section. The external rotor 2 and the internal stator 4 are observed. The rotor 4 has a plurality of packs of magnetic laminations shaped like teeth 6 arranged radially around the axis of rotation 8 of the rotor 4. The external radius of the stator which corresponds to the surface of the packs of magnetic laminations shaped like teeth 6 is indicated with Rs. Each tooth-shaped magnetic lamination pack 6 has an electric winding 10. The tooth-shaped magnetic lamination packs 6 alternate with an equally large plurality of slots 12. The part of the tooth-shaped magnetic laminations packs 6 which lies at in front of the permanent magnet poles 16 it is in the shape of an anvil (â € œTâ € section) whose sides extend from time to time on a neighboring hollow 12. In this way a rather narrow opening 14 of the slot is realized. The permanent magnet poles 16 are located on the inner side of the rotor and are arranged radially around the rotation axis 8. The inner radius of the rotor casing which coincides with the outer radius of the magnets is called Rr. Each individual magnet 16 has an internal side facing the stator which is arched following the trend of an arc of a circle whose center 18 is not concentric with the center 8 of the stator 4. The corresponding radius is ̈ referred to as Ri. The radius Rr is smaller than the radius Ri; and furthermore Rr and Ri do not have the same center. This eccentricity is responsible for the fact that the air gap 20 is not constant, that is, it is variable, as it is better highlighted in fig. 3.

La fig. 3 mostra in forma ingrandita il particolare evidenziato con E nella fig. 2. Il traferro 20 che si trova fra un magnete 16 e un pacco di lamierini magnetici conformato a dente 6 non à ̈ costante lungo tutta la larghezza I del magnete 16. Dovuto all’eccentricità del raggio Ri il traferro 20 centrale situato fra il centro del magnete 16 e il centro del pacco di lamierini magnetici conformato a dente 6 corrisponde a una distanza Δ1 che à ̈ inferiore alle rispettive distanze laterali Δ2 (traferri laterali) che si trovano ai bordi del magnete 16. La geometria in sezione del magnete 16 accenna una “D†che in centro ha uno spessore b1 e sui lati uno spessore più piccolo b2. Fig. 3 shows in enlarged form the detail highlighted with E in fig. 2. The air gap 20 which is located between a magnet 16 and a pack of magnetic laminations shaped like a tooth 6 is not constant along the whole width I of the magnet 16. Due to the eccentricity of the ray Ri, the central air gap 20 located between the center of the magnet 16 and the center of the pack of magnetic laminations shaped like a tooth 6 corresponds to a distance Î "1 which is less than the respective lateral distances Î" 2 (lateral air gaps) which are located at the edges of the magnet 16. The geometry in section of the magnet 16 shows a â € œDâ € which in the center has a thickness b1 and on the sides a smaller thickness b2.

La fig. 4a mostra in una vista assonometrica un magnete inclinato 116 a traferro variabile in cui lo spessore in direzione mediana del magnete non à ̈ costante. Le rientranze 117c servono per il fissaggio del magnete 116 nel rotore. Il magnete visto dall’alto à ̈ rappresentato nella fig. 4b. La larghezza del magnete viene definita dalle lunghezze 11. Rispetto alla lunghezza (altezza) I2 del magnete il magnete à ̈ inclinato con un angolo d’inclinazione al. Le figg. 4c e 4d mostrano il magnete 116 in viste laterali, visto rispettivamente da un lato 117a o 117b (fig. 4a). Il magnete 116 à ̈ sostanzialmente un parallelepipedo curvato in cui le curvature seguono diversi raggi R1 e R2 non concentrici ciò che risulta in uno spessore variabile in direzione trasversale del magnete 116, infatti, gli spessori s1 e s2 sono differenti. La fig. 4e mostra il magnete 116 in sezione lungo la linea A1-A1 della fig. 4d. Lo spessore lungo la linea A1-A1 à ̈ costante. La fig. 4f illustra la sezione del magnete 116 lungo la linea B1-B1 della fig. 4b. La larghezza 11 à ̈ costante in direzione assiale del magnete. Gli spessori sui bordi s3 e s4 sono differenti dallo spessore centrale s5. Fig. 4a shows in an axonometric view an inclined magnet 116 with a variable air gap in which the thickness in the median direction of the magnet is not constant. The recesses 117c serve to secure the magnet 116 in the rotor. The magnet seen from above is shown in fig. 4b. The width of the magnet is defined by the lengths 11. Compared to the length (height) I2 of the magnet, the magnet is inclined at an angle of inclination at. Figs. 4c and 4d show the magnet 116 in side views, seen from one side 117a or 117b respectively (Fig. 4a). The magnet 116 is essentially a curved parallelepiped in which the curvatures follow different non-concentric R1 and R2 radii which results in a variable thickness in the transverse direction of the magnet 116, in fact, the thicknesses s1 and s2 are different. Fig. 4e shows the magnet 116 in section along the line A1-A1 of FIG. 4d. The thickness along the A1-A1 line is constant. Fig. 4f shows the section of the magnet 116 along the line B1-B1 of fig. 4b. The width 11 is constant in the axial direction of the magnet. Edge thicknesses s3 and s4 are different from center thickness s5.

La fig. 5a mostra la produzione del magnete inclinato a traferro variabile 116 da un magnete con una superficie di base, vista dall’alto, essenzialmente rettangolare, indicato con la linea tratteggiata 115 con una larghezza di partenza 1100. Lungo la larghezza lo spessore del rettangolo varia in forma simmetrica rispetto alla linea centrale X, come si osserva per esempio nella vista laterale del magnete della fig. 5b. Mentre lo spessore à ̈ costante lungo la linea X e lungo ogni linea parallela alla linea X. Le linee di taglio 113 indicano dove “il rettangolo†115 viene tagliato per ricavarne il magnete inclinato 116. E’ ovvio che un taglio seguendo le linee 113 risulta in un magnete 116 in cui lo spessore varia in direzione mediana Z, e dunque anche lungo i bordi inclinati 119 del magnete. Questo fatto viene evidenziato nelle figg. 5c e 5d che mostrano delle sezioni attraverso il magnete 116 seguendo rispettivamente le linee C1-C1 (fig. 5c) e D1-D1 (fig. 5d) della fig. 5a. Gli spessori s6 e s8, come anche gli spessori s7 e s9 si distinguono. La fig. 6a mostra in una vista dall’alto un magnete inclinato a traferro variabile 216 in cui lo spessore invece à ̈ costante in direzione mediana ZZ e lungo i bordi inclinati. Le figg. 6b e 6e mostrano le viste laterali del magnete relative ai lati 217a e 217b. La larghezza del magnete 216 viene rappresentata da 1201 (figg. 6d-6g). I raggi R11 e R12 sono differenti e non concentrici creando quindi uno spessore variabile del magnete in sezione trasversale. La fig. 6c mostra una sezione del magnete lungo la linea A2-A2 della fig. 6b. La lunghezza del magnete à ̈ denominata con I202. Le figg. 6d, 6f e 6g mostrano diverse sezioni trasversali del magnete 216, la fig. 6d la sezione lungo la linea C2-C2 della fig. 6a, la fig. 6f la sezione lungo la linea D2-D2 della fig. 6a e la fig. 6g la sezione lungo B2-B2 della fig. 6a. Gli spessori sui bordi del magnete sono tutti uguali e denominati con s10, anche gli spessori centrali s11 sono tutti uguali. Fig. 5a shows the production of the inclined magnet with variable air gap 116 from a magnet with a base surface, seen from above, essentially rectangular, indicated by the dashed line 115 with a starting width of 1100. Along the width the thickness of the rectangle varies in symmetrical shape with respect to the central line X, as can be seen for example in the side view of the magnet of fig. 5b. While the thickness is constant along the line X and along each line parallel to the line X. The cutting lines 113 indicate where the â € œthe rectangleâ € 115 is cut to obtain the inclined magnet 116. It is obvious that a cut following the lines 113 results in a magnet 116 in which the thickness varies in the median direction Z, and therefore also along the inclined edges 119 of the magnet. This fact is highlighted in figs. 5c and 5d which show sections through the magnet 116 following respectively the lines C1-C1 (fig. 5c) and D1-D1 (fig. 5d) of fig. 5a. The thicknesses s6 and s8, as well as the thicknesses s7 and s9, are distinguished. Fig. 6a shows in a top view an inclined magnet with variable air gap 216 in which the thickness is instead constant in the median direction ZZ and along the inclined edges. Figs. 6b and 6e show the side views of the magnet relative to the sides 217a and 217b. The width of the magnet 216 is represented by 1201 (Figs. 6d-6g). The spokes R11 and R12 are different and not concentric thus creating a variable thickness of the magnet in cross section. Fig. 6c shows a section of the magnet along the line A2-A2 of fig. 6b. The length of the magnet is designated with I202. Figs. 6d, 6f and 6g show different cross sections of the magnet 216, FIG. 6d the section along the line C2-C2 of fig. 6a, fig. 6f the section along the line D2-D2 of fig. 6a and fig. 6g the section along B2-B2 of fig. 6a. The thicknesses on the edges of the magnet are all the same and named with s10, even the central thicknesses s11 are all the same.

La fig. 7a illustra come può essere realizzato un magnete con spessore costante in direzione della sua mediana ZZ. La fig. 7b ingrandisce la parte interessata della fig. 7a. La superficie esterna del magnete 216 à ̈ cilindrica con un determinato raggio R12. La sezione segue un percorso elicoidale E. Le singole sezioni formano aree di uguale dimensione e forma. Fig. 7a illustrates how a magnet with constant thickness can be made in the direction of its median ZZ. Fig. 7b enlarges the interested part of fig. 7a. The outer surface of magnet 216 is cylindrical with a given radius R12. The section follows a helical path E. The individual sections form areas of equal size and shape.

La fig. 8 illustra in un altro modo come il magnete, con spessore variabile nella sua direzione mediana, può essere realizzato da un magnete simile al tipo “bread-loaf†con superficie di base, vista dall’alto, rettangolare, cioà ̈ in cui lo spessore del magnete varia in forma simmetrica rispetto all’asse X. Nel caso del magnete a spessore variabile in direzione mediana il magnete 116 (linea continua in grassetto) assume una posizione all’interno del “rettangolo di partenza†in cui l’asse Z che definisce la direzione mediana à ̈ inclinata rispetto all’asse centrale X. Fig. 8 illustrates in another way how the magnet, with variable thickness in its median direction, can be made from a magnet similar to the â € œbread-loafâ € type with a base surface, seen from above, rectangular, that is, in which the thickness of the magnet varies symmetrically with respect to the X axis. In the case of the variable thickness magnet in the median direction, the magnet 116 (solid line in bold) assumes a position inside the â € œ starting rectangleâ € in which the Z axis that defines the median direction is inclined with respect to the central X axis.

Nel caso del magnete con spessore costante in direzione mediana ZZ, la sezione trasversale (fig .6g) descrive un percorso elicoidale E (fig. 7a e 7b) in cui l’asse dell’elica Y à ̈ coincidente con l’asse della superficie cilindrica esterna del magnete avente raggio R12. In the case of the magnet with constant thickness in the median direction ZZ, the cross section (fig .6g) describes a helical path E (fig. 7a and 7b) in which the axis of the helix Y coincides with the helix Y axis of the external cylindrical surface of the magnet having radius R12.

La fig. 9 mostra un’altra misura applicabile a un generatore eolico per abbassare l’effetto cogging. Nella parte superiore dei pacchi di lamierini magnetici conformati a denti 306 in prossimità dell’apertura cava sono praticate delle fessure sagomate 307 che si estendono lungo tutta l’altezza dei pacchi. In queste fessure 307 fra due pacchi lamierini possono essere inserite delle biette magnetiche 309 corrispondentemente sagomate (fig. 9b che illustra un dettaglio della fig. 9a in forma ingrandita). Queste biette chiudono magneticamente le aperture delle cave 314 e contribuiscono così notevolmente all’abbassamento dell’effetto cogging. Fig. 9 shows another measure applicable to a wind generator to lower the cogging effect. In the upper part of the packs of magnetic laminations shaped like teeth 306, in proximity to the hollow opening, there are shaped slots 307 which extend along the entire height of the packs. Correspondingly shaped magnetic rods 309 can be inserted in these slots 307 between two packs of laminations (Fig. 9b which illustrates a detail of Fig. 9a in enlarged form). These wedges magnetically close the openings of the slots 314 and thus contribute considerably to the lowering of the cogging effect.

Le figg. 10a e 10b spiegano in modo generale (cioà ̈ indipendentemente dalla scelta degli altri parametri del magnete) il concetto dell’Inclinazione dei magneti. Figs. 10a and 10b explain in a general way (ie regardless of the choice of the other parameters of the magnet) the concept of the inclination of the magnets.

La fig. 10b definisce l’angolo d’inclinazione a di un magnete con bordi inclinati secondo l'invenzione. L’angolo d’inclinazione corrisponde all'angolo fra un bordo inclinato (parallelo alla linea mediana M) e l’altezza del magnete. La fig. 10a mostra il magnete della fig. 10b visto dalla direzione V. L’inclinazione del magnete viene scelta con un valore d’angolo (in senso radiale) che varia tra un minimo che corrisponde al periodo del cogging e metà del passo cava d’indotto. Cioà ̈ l'arco di circonferenza AC di raggio RC ottenuto dalla proiezione su una superficie radiale (la linea tratteggiata rappresenta la limitazione del piano radiale di una superficie radiale) dei due estremi P1 e P2 dello stesso bordo di un magnete, à ̈ pari ad un valore compreso tra il passo di cogging e metà del valore della circonferenza di raggio RC diviso il numero di cave dello statore. Il passo di cogging con 18 cave e 22 poli corrisponde a 1/11 del passo cava, mentre corrisponde a 1/8 con 18 cave e 16 poli. Fig. 10b defines the angle of inclination a of a magnet with inclined edges according to the invention. The angle of inclination corresponds to the angle between an inclined edge (parallel to the median line M) and the height of the magnet. Fig. 10a shows the magnet of fig. 10b seen from the V direction. The inclination of the magnet is chosen with an angle value (in the radial direction) that varies between a minimum corresponding to the cogging period and half of the induced hollow step. That is, the arc of circumference AC with radius RC obtained from the projection on a radial surface (the dashed line represents the limitation of the radial plane of a radial surface) of the two extremes P1 and P2 of the same edge of a magnet, is equal to a value between the cogging step and half the value of the circumference with radius RC divided by the number of slots in the stator. The cogging step with 18 slots and 22 poles corresponds to 1/11 of the slot step, while it corresponds to 1/8 with 18 slots and 16 poles.

Tale inclinazione a dei magneti interpretata in senso assiale, comporta inclinazioni che variano al variare della lunghezza pacco lamierini (stack length): più il pacco à ̈ corto più l’inclinazione assiale aumenta a parità di percentuale d’inclinazione di passo cava. Questo si può notare nella tabella 2 sottostante dove, a titolo d'esempio, sono stati inseriti i valori dell'angolo a in funzione dell'altezza L del pacco lamierini e di alcune frazioni d'inclinazione passo cava espresse in percentuale. This inclination of the magnets interpreted in an axial sense, involves inclinations that vary as the stack length varies: the shorter the pack is, the more the axial inclination increases with the same percentage of pitch inclination. This can be seen in table 2 below where, as an example, the values of the angle a have been entered as a function of the height L of the lamination pack and of some pitch inclination fractions expressed as a percentage.

Tabella 2 Table 2

a o to o

L statore mm 0I CNL stator mm 0I CN

20% passo cava 33% p1asso cava 50% passo cava 20% groove step 33% p1 groove step 50% groove step

42 ~ 7° ~ 12° ~ 18° 42 ~ 7 ° ~ 12 ° ~ 18 °

25 ~ 12° ~ 28° 25 ~ 12 ° ~ 28 °

La seguente tabella 3 confronta le caratteristiche delle due varianti di magneti inclinati a traferro variabile: The following table 3 compares the characteristics of the two variants of inclined variable air gap magnets:

Tabella 3 Table 3

Caratteristiche tipo magnete Magnet type features

fig. fig.

2 fig. 4a-f, fig. 5a-d fig. 6a-g, fig. 7a, 7b 116 216 2 fig. 4a-f, fig. 5a-d fig. 6a-g, fig. 7a, 7b 116 216

Ri-Traferro variabile Rs si si magneti inclinati si si superficie esterna Variable re-air gap Rs si si inclined magnets si external surface

magnete Rr R2 cilindrica R12 cilindrica superficie interna magnet Rr R2 cylindrical R12 cylindrical internal surface

magnete Ri R1 cilindrica R1 1 non cilindrica spessore magnete magnet Ri R1 cylindrical R1 1 non-cylindrical magnet thickness

lungo linea mediana asse Z variabile asse ZZ costante concentricità along midline Z-axis variable Z-axis constant concentricity

superfici interna (Ri) internal surfaces (Ri)

ed esterna (Rr) del Rr- R2-R1 R12-R11 magnete Ri non concentriche non concentriche concentricità and external (Rr) of the Rr- R2-R1 R12-R11 magnet Ri non-concentric non-concentric concentricity

superfici interna internal surfaces

magnete (Ri) ed magnet (Ri) ed

esterna (Rs) dei denti Ri- Rs-R1 Rs-R11 statore Rs non concentriche non concentriche concentricità external (Rs) of the teeth Ri- Rs-R1 Rs-R11 stator Rs non-concentric non-concentric concentricity

superfici esterna external surfaces

magnete (Rr) ed magnet (Rr) ed

esterna (Rs) dei denti Rr- R2-Rs R12-Rs statore Rs concentriche concentriche L’invenzione ha raggiunto o scopo di realizzare un generatore a magneti permanenti con basso effetto cogging (< 1%). external (Rs) of the teeth Rr- R2-Rs R12-Rs stator Rs concentric concentric The invention has achieved the aim of realizing a permanent magnet generator with low cogging effect (<1%).

Particolarmente, à ̈ stato proposto un generatore eolico di bassa potenza con un effetto cogging ridotto rispetto ai generatori noti. Il magnete inclinato proposto raggiunge la riduzione dell’effetto cogging senza ridurre troppo la potenza. In particular, a low power wind generator has been proposed with a reduced cogging effect compared to known generators. The inclined magnet proposed achieves the reduction of the cogging effect without reducing the power too much.

In fase esecutiva, al generatore a magneti permanenti e al magnete oggetto dell’invenzione potranno essere apportate ulteriori modifiche o varianti esecutive non descritte. Qualora tali modifiche o tali varianti dovessero rientrare nell’ambito delle rivendicazioni che seguono, si dovranno ritenere tutte protette dal presente brevetto. During the execution phase, further modifications or executive variants not described above may be made to the permanent magnet generator and to the magnet object of the invention. Should such modifications or variations fall within the scope of the following claims, they must all be considered protected by this patent.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI 1 ) Generatore a magneti permanenti con effetto cogging ridotto comprendente uno statore (4) con una pluralità di pacchi di lamierini magnetici conformati a denti (6; 306) con rispettivi avvolgimenti elettrici (10) disposti radialmente attorno all’asse di rotazione (8) del generatore che si alternano con una pluralità di cave (12; 312) con una relativa apertura (14; 314) e un rotore (2) con una pluralità di magneti permanenti (16; 116; 216) disposti in forma radiale attorno all’asse di rotazione (8) del generatore in cui il traferro (20) fra detti pacchi di lamierini magnetici conformati a denti (6; 306) e detti magneti permanenti (16; 116; 216) à ̈ variabile e in cui detti magneti permanenti (16; 116; 216) presentano dei bordi inclinati. CLAIMS 1) Permanent magnet generator with reduced cogging effect comprising a stator (4) with a plurality of packs of tooth-shaped magnetic laminations (6; 306) with respective electrical windings (10) arranged radially around the axis of rotation (8 ) of the generator which alternate with a plurality of slots (12; 312) with a relative opening (14; 314) and a rotor (2) with a plurality of permanent magnets (16; 116; 216) arranged in a radial shape around the € ™ rotation axis (8) of the generator in which the air gap (20) between said packs of tooth-shaped magnetic laminations (6; 306) and said permanent magnets (16; 116; 216) is variable and in which said magnets permanent (16; 116; 216) have sloping edges. 2) Generatore secondo la rivendicazione 1 ) caratterizzato dal fatto che detti magneti (16; 116; 216) sono magneti a traferro variabile in cui il lato superiore e il lato inferiore di detti magneti definiscono una superficie curva interna e una superficie curva esterna con la stessa direzione di curvatura che descrivono in sezione trasversale archi di circonferenze non concentrici e con rispettivi raggi (R1.R2; R11.R12) diversi cosicché la distanza fra le due superfici che rappresenta lo spessore del magnete à ̈ variabile in sezione trasversale e in cui l’arco di circonferenza individuato dal raggio (Ri; R1 ; R11) della superficie curva interna in sezione trasversale che si trova di fronte ai pacchi lamierini magnetici conformati a denti (6) non à ̈ concentrico con l’arco di circonferenza individuato dal raggio (Rs) corrispondente alla superficie cilindrica descritta dai pacchi lamierini magnetici conformati a denti (6). 2) Generator according to claim 1) characterized by the fact that said magnets (16; 116; 216) are variable air gap magnets in which the upper side and the lower side of said magnets define an internal curved surface and an external curved surface with the same direction of curvature that describe in cross section arcs of non-concentric circumferences and with respective radii (R1.R2; R11.R12) so that the distance between the two surfaces which represents the thickness of the magnet is variable in cross section and in which the arc of circumference identified by the radius (Ri; R1; R11) of the internal curved surface in cross section that is in front of the tooth-shaped magnetic lamination packs (6) is not concentric with the arc of circumference identified by the radius (Rs) corresponding to the cylindrical surface described by the tooth-shaped magnetic lamination packs (6). 3) Generatore secondo la rivendicazione 2) caratterizzato dal fatto che lo spessore (s10, s11 ) del magnete à ̈ costante nella direzione mediana del magnete (ZZ) in modo tale che la sezione trasversale segua un percorso elicoidale. 3) Generator according to claim 2) characterized in that the thickness (s10, s11) of the magnet is constant in the median direction of the magnet (ZZ) so that the cross section follows a helical path. 4) Generatore secondo la rivendicazione 3) caratterizzato dal fatto che detto magnete (216) à ̈ definito dal fatto che lo spessore massimo (s11 ) rimane costante lungo la linea mediana ZZ che segue un percorso elicoidale e diminuisce in forma simmetrica verso i bordi del magnete. 4) Generator according to claim 3) characterized by the fact that said magnet (216) is defined by the fact that the maximum thickness (s11) remains constant along the median line ZZ which follows a helical path and decreases in a symmetrical form towards the edges of the magnet. 5) Generatore secondo la rivendicazione 2) caratterizzato dal fatto che la superficie curva interna e la superficie curva esterna sono parti di superfici cilindriche e che lo spessore (s1-s9) del magnete varia in direzione mediana del magnete (Z). 5) Generator according to claim 2) characterized in that the internal curved surface and the external curved surface are parts of cylindrical surfaces and that the thickness (s1-s9) of the magnet varies in the median direction of the magnet (Z). 6) Generatore secondo la rivendicazione 5) caratterizzato dal fatto che detto magnete (116) à ̈ un ritaglio di un magnete permanente di partenza (115) a traferro variabile definito dal fatto che lo spessore massimo si trova lungo l’asse centrale del magnete (X) e diminuisce in forma simmetrica verso i bordi del magnete e in cui i bordi inclinati del magnete ritagliato presentano un angolo di inclinazione rispetto aN’asse centrale (X) del magnete di partenza. 6) Generator according to claim 5) characterized by the fact that said magnet (116) is a cutout of a starting permanent magnet (115) with variable air gap defined by the fact that the maximum thickness is found along the central axis of the magnet (X) and decreases symmetrically towards the edges of the magnet and in which the inclined edges of the cut-out magnet have an angle of inclination with respect to the central axis (X) of the starting magnet. 7) Generatore a magneti permanenti secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detti pacchi di lamierini magnetici conformati a denti (306) presentano delle fessure sagomate (307) che si trovano una di fronte all’altra all’altezza dell’apertura della cava (314) con estensione lungo tutta l’altezza del pacco di lamierini magnetici conformati a dente e nelle quali sono inseribili delle biette magnetiche (309) conformemente sagomate per chiudere detta apertura della cava (314). 7) Generator with permanent magnets according to any one of the preceding claims, characterized by the fact that said packs of tooth-shaped magnetic laminations (306) have shaped slots (307) which are located one in front of the other at the height of the Opening of the slot (314) with extension along the entire height of the pack of magnetic laminations shaped like a tooth and in which magnetic rods (309) can be inserted accordingly shaped to close said opening of the slot (314). 8) Generatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto generatore à ̈ un generatore eolico con una potenza fra i 400 W e i 5 kW e una coppia tra 9 e 120Nm. 8) Generator according to any one of the preceding claims characterized by the fact that said generator is a wind generator with a power between 400 W and 5 kW and a torque between 9 and 120Nm. 9) Generatore a magneti permanenti secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che il rotore (2) si trova all’esterno dello statore (4). 9) Permanent magnet generator according to any one of the preceding claims characterized in that the rotor (2) is located outside the stator (4). 10) Magnete permanente a traferro variabile (116, 216) in cui il lato superiore e il lato inferiore di detti magneti definiscono una superficie curva interna e una superficie curva esterna con la stessa direzione di curvatura che descrivono in sezione trasversale archi di circonferenze non concentrici e con rispettivi raggi (R1 ,R2; R11.R12) diversi cosicché la distanza fra le due superfici che rappresenta lo spessore del magnete à ̈ variabile in sezione trasversale caratterizzato dal fatto che presenta dei bordi inclinati, 11 ) Magnete permanente a traferro variabile (216) secondo la rivendicazione 11 ) caratterizzato dal fatto che la distanza fra le due superfici curve à ̈ costante in direzione mediana (ZZ) del magnete in modo tale che la sezione trasversale segua un percorso elicoidale. 12) Magnete permanente a traferro variabile (116) secondo la rivendicazione 10) caratterizzato dal fatto che la superficie curva interna e la superficie curva esterna sono parti di superfici cilindriche e che lo spessore (s1-s9) del magnete varia in direzione mediana del magnete (Z). Per incarico.10) Permanent magnet with variable air gap (116, 216) in which the upper side and the lower side of said magnets define an internal curved surface and an external curved surface with the same direction of curvature which describe in cross section arcs of non-concentric circumferences and with respective radii (R1, R2; R11.R12) different so that the distance between the two surfaces which represents the thickness of the magnet is variable in cross section characterized by the fact that it has inclined edges, 11) Permanent magnet with variable air gap (216) according to claim 11) characterized in that the distance between the two curved surfaces is constant in the median direction (ZZ) of the magnet so that the cross section follows a helical path. 12) Permanent magnet with variable air gap (116) according to claim 10) characterized in that the inner curved surface and the outer curved surface are parts of cylindrical surfaces and that the thickness (s1-s9) of the magnet varies in the median direction of the magnet (Z). By assignment.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015061464A (en) * 2013-09-20 2015-03-30 株式会社東芝 Permanent magnet rotary electric machine and wind generator system
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US10724502B2 (en) 2018-05-22 2020-07-28 Creating Moore, Llc Vertical axis wind turbine apparatus and system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040070300A1 (en) * 2002-10-10 2004-04-15 Fu Zhenxing (Zack) Low torque ripple surface mounted magnet synchronous motors for electric power assisted steering
US20060038457A1 (en) * 2004-08-20 2006-02-23 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Permanent magnet motor
JP2006304407A (en) * 2005-04-15 2006-11-02 Mitsubishi Electric Corp Permanent magnet type rotating electrical machine and method for manufacturing the rotor
US20090224622A1 (en) * 2008-03-06 2009-09-10 Lg Electronics Inc. Motor and washing machine using the same
WO2010051691A1 (en) * 2008-11-05 2010-05-14 鹤山市鹤龙机电有限公司 Direct-drive permanent magnet synchronous small wind generator

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040070300A1 (en) * 2002-10-10 2004-04-15 Fu Zhenxing (Zack) Low torque ripple surface mounted magnet synchronous motors for electric power assisted steering
US20060038457A1 (en) * 2004-08-20 2006-02-23 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Permanent magnet motor
JP2006304407A (en) * 2005-04-15 2006-11-02 Mitsubishi Electric Corp Permanent magnet type rotating electrical machine and method for manufacturing the rotor
US20090224622A1 (en) * 2008-03-06 2009-09-10 Lg Electronics Inc. Motor and washing machine using the same
WO2010051691A1 (en) * 2008-11-05 2010-05-14 鹤山市鹤龙机电有限公司 Direct-drive permanent magnet synchronous small wind generator

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