ZESPÓŁ AUTORSKI

Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Metali Nieżelaznych

dr Roman Kolano

dr hab. Aleksandra Kolano-Burian

mgr inż. Marek Hreczka

mgr inż. Przemysław Zackiewicz

dr inż. Marcin Polak

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Ze względu na wzrastające wymogi dotyczące oszczędności energii elektrycznej od wszystkich urządzeń lub przemysłowych źródeł energii wymaga się przede wszystkim wysokiej wydajności oraz niskiego zużycia energii. Jednym z rozwiązań jest zmniejszenie strat w relacji energii między stroną magnetyczną a elektryczną. Wyzwanie stanowi również miniaturyzacja nowych rozwiązań konstrukcyjnych urządzeń wchodzących na światowy rynek.
Chcielibyśmy zaprezentować Państwu wynalazek w postaci hybrydowego rdzenia magnetycznego, który został zastosowany w magnetowodzie prototypu silnika wirowej pompy wspomagania pracy serca RH ROT (Zał.3). Wykorzystanie prezentowanego rdzenia umożliwiło uzyskanie niższych strat mocy w silniku, przy jednoczesnym zapewnieniu jego małych gabarytów i małej masy. Obniżenie strat mocy uzyskano dzięki specjalnej konstrukcji rdzenia magnetowodu. Rdzeń hybrydowy, jak sama nazwa wskazuje, składa się z połączenia dwóch materiałów : stali elektrotechnicznej FeSi3 oraz taśm amorficznych Fe78Si13B9. Takie rozwiązanie konstrukcyjne daje duże możliwości adaptacji rozwiązania w szerokiej gamie silników elektrycznych, dla których stawiane są wysokie wymagania dotyczące gabarytów, masy, a przede wszystkim energochłonności.

ISTOTA WYNALAZKU

Rdzeń, będący przedmiotem wynalazku posiada budowę hybrydową. Składa się z magnetycznie miękkiego pierścienia nośnego, wykonanego ze stali elektrotechnicznej FeSi3, z prostokątnymi wycięciami centrującymi oraz z 9 biegunów magnetycznie miękkich, wykonanych z taśm amorficznych Fe78Si13B9 o grubości 0,025 mm. Wysokość H rdzenia wynosi około 4mm. Tak wykonany pierścień nośny zapewnia zarówno wymaganą sztywność jak i niższe straty mocy. Bieguny magnetycznie miękkie rdzenia mają kształt prostopadłościanów o podstawie równoramiennych trapezów. Prostopadłościany te wykonane są z odpowiednio skonsolidowanych taśm amorficznych FeSiB o współczynniku wypełnienia 90% . Hybrydowa budowa rdzenia dziewięciobiegunowego do zastosowań w napędzie w wirowej pompie wspomagania pracy serca, daje duże możliwości na wykonanie układu napędowego o wymaganej mocy- około 10W jak i o niskich stratach mocy w rdzeniu. Szacuje się, że straty właściwe Ps w rdzeniu hybrydowym – Fe78Si13B13 + FeSi3 są około 4 razy mniejsze niż w rdzeniu dziewięciobiegunowym wykonanym z materiału typu Somaloy oraz około 2 razy mniejsze od strat w rdzeniu wykonanym tylko ze stali FeSi3.
Sposób wytwarzania rdzenia magnetycznie miękkiego zgodnie z wynalazkiem składa się z następujących etapów:
1. Wykonania pierścieni nośnych ze stali elektrotechniczej FeSi3 o grubości taśmy 0.25mm,
2. Wykonania trapezowych biegunów magnetycznie miękkich z amorficznych taśm typu Metglas 2605 SA1,
3. Trwałe połączenie biegunów z pierścieniem nośnym, tzn. takie połączenie, które wytrzyma działanie siły rozrywającej około czterokrotnie większej od tej jaka działa na rdzeń podczas pracy silnika pompy.
Zastosowanie przedmiotu wynalazku pokazane jest w przykładowym wykonaniu na załączonym rysunku (załącznik 3), gdzie rdzeń wielobiegunowy wraz z uzwojeniem tworzy stojan silnika, który jest podstawowym członem napędowym w wirowej wszczepialnej pompie wspomagającej pracę serca RH ROT.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Wynalazek w postaci hybrydowego statora został już zastosowany w prototypowej pompie wirowej wspomagania pracy serca RH ROT, która jest obecnie w fazie zaawansowanych badań w Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii im. prof. Zbigniewa Religi w Zabrzu. Obecnie możliwości zastosowania rdzenia hybrydowego upatruje sie w silnikach wysokoobrotowych małej mocy o małych gabarytach. Przykładem kolejnego zastosowania, mogą być modele latające w postaci dronów. Opracowane rdzenie mogą również być zastosowane w silnikach, dla których rygorem konstrukcyjnym jest niska temperatura pracy układu napędowego. Dzięki znacznie niższym stratom mocy w rdzeniu hybrydowym statora, obniży się znacznie temperatura pracy całego silnika.