Безколлекторный генератор постоянного напряжения

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к генераторам постоянного напряжения. Технический результат изобретения, заключающийся в увеличении выходного напряжения и упрощении конструкции, достигается путем того, что в безколлекторном генераторе постоянного напряжения, содержащем привод и генератор, сочлененный одним концом своего вала с выходом привода, генератор выполнен в виде вала, как минимум двух пар переменных магнитных полюсов, симметрично закрепленных на внешней боковой поверхности вала, последовательно соединенных между собой обмоток каждой пары переменных магнитных полюсов, расположенных на внешних боковых поверхностях переменных магнитных полюсов, статора, закрепленного на внутренней поверхности корпуса генератора, закрепленных на корпусе статора последовательно соединенных между собой катушек статорной обмотки, симметрично расположенных над внешними торцевыми поверхностями переменных магнитных полюсов, катушек якорной обмотки, размещенных в пазах на внешней боковой поверхности якоря, установленного на внешней поверхности вала генератора, и последовательно соединенных между собой, с образованием выводов в точках соединения начала и конца катушек якорной обмотки и диаметрально подсоединенных своими соответствующими выводами к соответствующим выводам последовательно соединенных между собой обмоток каждой пары переменных магнитных полюсов, постоянных магнитов, расположенных над внешней поверхностью якорной обмотки и закрепленных на внутренней поверхности корпуса генератора и последовательно соединенных между собой обмоток постоянных магнитов, расположенных на их боковых поверхностях. 3 ил.

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано для получения требуемого выходного напряжения при несложной конструктивной реализации и отсутствии электрических помех от щеточного узла.

Аналогичные технические решения известны - см., например, авторское свидетельство СССР №514214, которое содержит следующую совокупность существенных признаков: привод, генератор, сочлененный одним концом своего вала с выходом привода, и выпрямитель, подсоединенный своим входом к выводам статорной обмотки.

Общими признаками предлагаемого технического решения и аналога, охарактеризованного выше, являются привод и генератор, сочлененный одним концом своего вала с выходом привода.

Технический результат, которого невозможно достичь вышеохарактеризованным аналогом, заключается в исключении щеточного узла, создающего электрические помехи, и получении относительно несложной конструкции.

Причиной невозможности достижения указанного технического результата является то, что сложившиеся тенденции развития при создании электрических генераторов направлены в основном на различные их усовершенствования, которые, как правило, не меняют сложившихся представлений и не позволяют выйти за пределы широко известных технических решений в данной области техники.

Известно также аналогичное техническое решение - см. авторское свидетельство СССР №886157, которое выбрано в качестве прототипа и которое содержит следующую совокупность существенных признаков: привод, генератор, сочлененный одним концом своего вала с выходом привода, и выпрямитель, подсоединенный своим выходом к выводам статорной обмотки.

Общими признаками прототипа и предлагаемого технического решения являются привод и генератор, сочлененный одним концом своего вала с выходом привода.

Технический результат, который невозможно достичь в прототипе, заключается в исключении щеточного узла, создающего электрические помехи, и получении относительно несложной конструкции.

Причиной невозможности достижения технического результата в прототипе является то, что сложившиеся тенденции развития при создании электрических генераторов направлены в основном на различные их усовершенствования, которые, как правило, не меняют сложившихся представлений и не позволяют выйти за пределы широко известных технических решений в данной области техники.

Учитывая характеристику и анализ известных технических решений, можно сделать вывод, что задача создания безколлекторных генераторов постоянного напряжения, позволяющих иметь требуемое выходное напряжение при несложной конструктивной реализации и отсутствием электрических помех от щеточных узлов, является актуальной на сегодняшний день.

Технический результат, указанный выше, достигается тем, что в безколлекторном генераторе постоянного напряжения, содержащем привод и генератор, сочлененный одним концом своего вала с выходом привода, генератор выполнен в виде вала, как минимум, двух пар переменных магнитных полюсов, симметрично закрепленных на внешней боковой поверхности вала, последовательно соединенных между собой обмоток каждой пары переменных магнитных полюсов, расположенных на внешних боковых поверхностях переменных магнитных полюсов, статора, закрепленного на внутренней поверхности корпуса генератора, закрепленных на корпусе статора последовательно соединенных между собой катушек статорной обмотки, симметрично расположенных над внешними торцевыми поверхностями переменных магнитных полюсов, катушек якорной обмотки, размещенных в пазах на внешней боковой поверхности якоря, установленного на внешней поверхности вала генератора, и последовательно соединенных между собой с образованием выводов в точках соединения начала и конца катушек якорной обмотки и диаметрально подсоединенных своими соответствующими выводами к соответствующим выводам последовательно соединенных между собой обмоток каждой пары переменных магнитных полюсов, постоянных магнитов, расположенных над внешней поверхностью якорной обмотки и закрепленных на внутренней поверхности корпуса генератора и последовательно соединенных между собой обмоток постоянных магнитов, расположенных на их боковых поверхностях.

Выполнение генератора, как указано выше, позволяет при приведении вала генератора от привода во вращательное движение и подачи напряжения от регулятора возбуждения на обмотки постоянных магнитов получить на выводах катушек якорной обмотки полуволны положительного и отрицательного выходного синусоидального напряжения, которые синхронно с вращением поступают на соответствующие обмотки переменных магнитных полюсов. При этом каждый переменный магнитный полюс от 0 до 180° оборота вала всегда будет северным, а проходя от 180 до 360°, всегда будет южным, и за счет пересечения верхних сторон катушек обмотки статора генератора с магнитно-силовыми линиями северного магнитного полюса, а нижних сторон катушек обмотки статора генератора с магнитно-силовыми линиями южного магнитного полюса в последовательно соединенных между собой катушках обмотки статора, уложенных с диаметральным шагом для нашего рисунка, будет возникать ЭДС постоянного напряжения при относительно простой конструктивной реализации предлагаемого технического решения при отсутствии щеточного узла, создающего электрические помехи. В чем и проявляется достижение технического результата, указанного выше.

Проведенный сравнительный анализ предложенного технического решения с прототипом показал наличие новизны, а отсутствие отличительных признаков предлагаемого технического решения в известных технических решениях показал наличие изобретательского уровня.

Предлагаемый безколлекторный генератор постоянного напряжения поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где на фиг.1 представлена конструкция безколлекторного генератора постоянного напряжения, на фиг.2 и на фиг.3 представлена схема для подсоединения выводов катушек якорной обмотки к соответствующим выводам последовательно соединенных между собой обмоток каждой пары переменных магнитных полюсов.

Предлагаемый безколлекторный генератор постоянного напряжения содержит:

- корпус 1;

- вал 2, установленный в подшипниках (на чертеже не обозначены) боковых стенок корпуса - 1;

- привод 3, сочлененный своим выходом с концом вала - 2;

- переменные магнитные полюса 4, 5 (на чертеже обозначена только одна пара полюсов), выполненные из листовой электротехнической стали, симметрично закрепленные на внешней боковой поверхности вала 2;

- обмотки 6, 7 каждой пары переменных магнитных полюсов, последовательно соединенные между собой и расположенные на внешних боковых поверхностях переменных магнитных полюсов 4, 5;

- статор 8, закрепленный на внутренней поверхности корпуса 1 генератора;

- закрепленные на корпусе статора 8 последовательно соединенные между собой катушки статорной обмотки 9, 10, симметрично расположенные над внешними торцевыми поверхностями переменных магнитных полюсов 4, 5;

- катушки (фиг.2) якорной обмотки 11 (фиг.1), размещенные в пазах на внешней боковой поверхности якоря 12, установленного на внешней поверхности вала 2 генератора, и последовательно соединенные между собой с образованием выводов 1-12 (фиг.2 и 3) в точках соединения начала и конца катушек якорной обмотки 11 и диаметрально подсоединенные согласно круговой диаграмме (см. фиг.3 - многоугольник напряжений) своими соответствующими выводами 1-12 (фиг.2 и 3) к соответствующим выводам последовательно соединенных между собой обмоток 6, 7 каждой пары переменных магнитных полюсов 4, 5;

- постоянные магниты 13, 14, расположенные над внешней поверхностью якорной обмотки 11 и закрепленные на внутренней поверхности корпуса 1 генератора;

- последовательно соединенные между собой обмотки 15, 16 постоянных магнитов 13, 14, расположенные на боковых поверхностях постоянных магнитов 13, 14 и подсоединенные своими выводами к выходу регулятора напряжения возбуждения (на чертеже не показан).

Предлагаемый безколлекторный генератор постоянного напряжения работает следующим образом. При подаче напряжения с выхода регулятора напряжения возбуждения (на чертеже не показан) на выводы последовательно соединенных между собой обмоток 15, 16, расположенных на боковых поверхностях постоянных магнитов 13, 14, и при включении привода 3 вал 2 приводится во вращение и одновременно с этим приводятся во вращение катушки якорной обмотки 11, переменные магнитные полюса 4, 5 и обмотки 6, 7. В катушках якорной обмотки 11 при пересечении магнитно-силовых линий постоянных магнитов 13, 14 наводится переменная ЭДС, которая синхронно с вращением вала 2 с выводов 1-12 (фиг.2 и 3) катушек якорной обмотки 11 будет поступать на соответствующие выводы последовательно соединенных между собой обмоток 6, 7 каждой пары переменных магнитных полюсов 4, 5. Причем при обороте вала 2 от 0 до 180° будет положительная синусоидальная полуволна, а при обороте вала 2 от 180 до 360° будет отрицательная синусоидальная полуволна. При этом каждый переменный магнитный полюс 4, 5 вала 2 генератора, проходя от 0 до 180° оборота вала 2 генератора, всегда будет северным, а от 180 до 360° оборота вала 2 генератора - всегда будет южным, и за счет пересечения верхних сторон катушек обмотки 9 статора 8 с магнитно-силовыми линиями северного магнитного полюса, а нижних сторон катушек обмотки 10 статора 8 с магнитно-силовыми линиями южного магнитного полюса в последовательно соединенных между собой обмотках 6 и 7, уложенных в пазы с диаметральным шагом для нашего рисунка, будет возникать требуемая ЭДС постоянного напряжения.

Таким образом, предлагаемый безколлекторный генератор постоянного напряжения позволяет при несложной конструктивной реализации и доступными элементами и узлами, серийно выпускаемыми предприятиями, получить требуемое постоянное напряжение, без электрических помех, накладываемых ранее на это выходное напряжение за счет искрения коллекторно-щеточного узла. Причем затраты на изготовление предлагаемого безколлекторного генератора постоянного напряжения сокращаются примерно на 20-30%, а срок эксплуатации при этом значительно увеличивается (не надо менять щетки), следовательно, предлагаемый безколлекторный генератор постоянного напряжения будет иметь широкое практическое применение.

Формула изобретения

Безколлекторный генератор постоянного напряжения, содержащий привод и генератор, сочлененный одним концом своего вала с выходом привода, отличающийся тем, что генератор выполнен в виде вала, как минимум двух пар переменных магнитных полюсов, симметрично закрепленных на внешней боковой поверхности вала, последовательно соединенных между собой обмоток каждой пары переменных магнитных полюсов, расположенных на внешних боковых поверхностях переменных магнитных полюсов, статора, закрепленного на внутренней поверхности корпуса генератора, закрепленных на корпусе статора последовательно соединенных между собой катушек статорной обмотки, симметрично расположенных над внешними торцевыми поверхностями переменных магнитных полюсов, катушек якорной обмотки, размещенных в пазах на внешней боковой поверхности якоря, установленного на внешней поверхности вала генератора и последовательно соединенных между собой, с образованием выводов в точках соединения начала и конца катушек якорной обмотки и диаметрально подсоединенных своими соответствующими выводами к соответствующим выводам последовательно соединенных между собой обмоток каждой пары переменных магнитных полюсов, постоянных магнитов, расположенных над внешней поверхностью якорной обмотки и закрепленных на внутренней поверхности корпуса генератора и последовательно соединенных между собой обмоток постоянных магнитов, расположенных на их боковых поверхностях.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3