Магнитоэлектрический генератор



Магнитоэлектрический генератор
Магнитоэлектрический генератор
Магнитоэлектрический генератор
Магнитоэлектрический генератор
Магнитоэлектрический генератор
Магнитоэлектрический генератор
Магнитоэлектрический генератор
Магнитоэлектрический генератор

 


Владельцы патента RU 2544341:

ЕСАКОВ Сергей Михайлович (RU)
ЕСАКОВ Михаил Сергеевич (RU)

Изобретение относится к области электротехники, а именно к низкооборотным электрическим генераторам, и может быть использовано, в частности, в ветроэнергетических установках. Генератор содержит статор, содержащий тороидальный магнитопровод с радиально расположенными зубцами, сгруппированными по три зубца в каждой группе, на которых размещены обмотки статора и укрепленный на валу ротор, содержащий диск, на котором укреплен ряд постоянных магнитов с осевой намагниченностью и чередующейся полярностью, тороидальный магнитопровод статора выполнен из двух параллельных друг другу частей, зубцы выполнены на обращенных друг к другу сторонах частей магнитопровода, зубцы одной его части сдвинуты относительно зубцов другой части на ширину зубца, ротор расположен между частями магнитопровода и снабжен дополнительным рядом постоянных магнитов, постоянные магниты укреплены по обе стороны диска ротора симметрично друг другу, магниты, расположенные на разных сторонах диска ротора напротив друг друга, обращены к нему разноименными полюсами, каждой группе зубцов частей магнитопровода соответствует группа из двух постоянных магнитов, размещенных на смежной с группой зубцов стороне диска ротора. Устраняется эффект «залипания» ротора и увеличивается к.п.д., а также разгружается диск и подшипниковый узел ротора. 8 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к низкооборотным электрическим генераторам, и может быть использовано, в частности, в ветроэнергетических установках.

Известен магнитоэлектрический генератор, ротор которого снабжен постоянными магнитами, а статор содержит две параллельные пластины, между которыми размещены кольцевые обмотки, выполненные в форме равнобедренных трапеций, боковые стороны которых расположены радиально относительно оси вращения ротора, а участки кольцевых обмоток в основаниях трапеций выгнуты по дуге, ротор выполнен из двух закрепленных на валу параллельных дисков, на каждом из которых на обращенных друг к другу поверхностях размещены кольцеобразные ряды постоянных магнитов, полярность постоянных магнитов в каждом ряду чередуется, при этом полюса постоянных магнитов одного ряда обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов другого ряда, кольцевые обмотки вставлены друг в друга с образованием модулей, при этом расстояние l между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину b кольцеобразного ряда постоянных магнитов, отличающийся тем, что между кольцевыми обмотками размещена дополнительная плоская кольцевая обмотка в форме равнобедренной трапеции, боковые стороны которой расположены в одной плоскости между боковыми сторонами других кольцевых обмоток, RU 115978 U1.

Недостатком данного технического решения является большая величина зазора между рядами постоянных магнитов, что приводит к уменьшению напряженности магнитного поля в этом зазоре и, соответственно, мощности генератора.

Известен магнитоэлектрический генератор, включающий статор с тороидальным магнитопроводом с радиально расположенными зубцами, на которых размещены обмотки статора и укрепленный на валу дисковый ротор с постоянными магнитами с осевой намагниченностью и чередующейся полярностью; каждому зубцу соответствует равный ему по площади магнит http://imlab.narod.ru/Energy/Gen_196/Gen_196.htm. 4 с., рис.2.1 и 5.1 (копия ссылки прилагается).

При совпадении постоянных магнитов с зубцами магнитопровода статора (рис.5.1) за счет сил притяжения возникает большой момент сопротивления вращению ротора с валом («залипание» ротора), для преодоления которого необходимо значительно увеличивать пусковой момент на валу генератора.

При увеличении или уменьшении числа обмоток на единицу по сравнению с числом магнитов эффект «залипания» ротора несколько сглаживается, однако при этом существенно уменьшается коэффициент полезного действия (к.п.д.) генератора.

Все эти недостатки свойственны также магнитоэлектрическому генератору согласно RU 2337458 C1, включающему статор с тороидальным магнитопроводом с радиально расположенными зубцами. Количество катушек и, соответственно, зубцов, b=2, 3, 4, 5… целое положительное число. В конкретном примере по фиг.1, 2 в каждой группе содержится три зубца. Ротор содержит 16 постоянных магнитов, а магнитопровод статора - 18 зубцов с обмотками. Поскольку количество магнитов и зубцов различается, эффект «залипания» ротора несколько сглаживается, однако при этом существенно снижается к.п.д. электрической машины.

Устройство RU 2337458 C1 принято в качестве прототипа настоящего изобретения.

Помимо указанных выше устройству-прототипу присущ серьезный недостаток, состоящий в том, что на диск ротора действуют силы притяжения в одном направлении, а именно от ротора к статору. Это обусловливает значительный изгибающий момент, действующий на диск ротора, передаваемый на подшипники, посредством которых ротор укреплен на валу, что ведет к ускоренному износу подшипников. Кроме того, указанный изгибающий момент требует увеличения толщины диска ротора, что приводит к увеличению его массы; это особенно существенно для генераторов ветроэнергетических агрегатов, поднимаемых и устанавливаемых на высоте в десятки метров.

Задачей настоящего изобретения является устранение эффекта «залипания» ротора и увеличение к.п.д., а также разгрузка диска и подшипникового узла ротора.

Согласно изобретению в магнитоэлектрическом генераторе, включающем статор, содержащий тороидальный магнитопровод с радиально расположенными зубцами, сгруппированными по три зубца в каждой группе, на которых размещены обмотки статора и укрепленный на валу ротор, содержащий диск, на котором укреплен ряд постоянных магнитов с осевой намагниченностью и чередующейся полярностью, тороидальный магнитопровод статора выполнен из двух параллельных друг другу частей, зубцы выполнены на обращенных друг к другу сторонах частей магнитопровода, причем зубцы одной его части сдвинуты относительно зубцов другой части на ширину зубца, ротор расположен между частями магнитопровода и снабжен дополнительным рядом постоянных магнитов, постоянные магниты укреплены по обе стороны диска ротора симметрично друг другу, магниты, расположенные на разных сторонах диска ротора напротив друг друга, обращены к нему разноименными полюсами, каждой группе зубцов частей магнитопровода соответствует группа из двух постоянных магнитов, размещенных на смежной с группой зубцов стороне диска ротора, при этом расстояние lm между крайними гранями магнитов каждой группы по дуге, концентричной относительно оси ротора и проходящей по середине магнитов, соответствует расстоянию lo по той же дуге между крайними точками обмоток статора в каждой группе.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «Новизна».

Благодаря реализации отличительных признаков изобретения ротор, практически, с равными усилиями притягивается к каждой из двух параллельных частей статора. Таким образом, разгружаются диск и подшипниковый узел ротора.

Постоянные магниты ротора на каждой стороне диска сопряжены друг с другом без промежутков между ними и, практически, образуют замкнутый кольцевой контур. Поэтому напротив всей поверхности любого зубца частей магнитопровода статора всегда находится поверхность одного или двух магнитов, расположенных на обращенной к данной части магнитопровода стороне диска ротора. Исключается ситуация, обусловливающая «залипание» ротора, когда напротив поверхности зубца находится промежуток между магнитами, как это имеет место в устройстве-прототипе. Крайне незначительными силами сопротивления вращению ротора за счет гистерезиса при перемагничивании зубцов магнитопровода статора можно пренебречь.

Поскольку все магниты на обеих сторонах диска одновременно и постоянно взаимодействуют с зубцами частей магнитопровода статора и, соответственно, с обмотками статора, повышается к.п.д. генератора. Таким образом достигается технический результат, состоящий в разгрузке диска и подшипников ротора, а также в практическом исключении сил сопротивления вращению вала генератора вследствие устранения эффекта «залипания» ротора, повышается к.п.д. генератора.

Заявителем не выявлены источники информации, в которых содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. Указанные обстоятельства позволяют сделать вывод о соответствии заявленного технического решения условию патентоспособности «Изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:

на фиг.1 - вид спереди с частичным вырывом;

на фиг 2 - разрез A-A на фиг.1;

на фиг.3 - разрез B-B на фиг.1;

на фиг.4 - разрез C-C на фиг.1;

на фиг.5 - схематическое изображение группы зубцов на одной из частей тороидального магнитопровода статора с обмотками и расположенными над ними постоянными магнитами;

на фиг.6 - разрез D-D на фиг.5;

на фиг.7 - группа зубцов тороидального магнитопровода статора с обмотками в аксонометрии;

на фиг.8 - магнитоэлектрический генератор в сборе в аксонометрии с частичным вырывом.

Магнитоэлектрический генератор включает статор, содержащий тороидальный магнитопровод, выполненный из двух параллельных друг другу частей 1 и 2. На обращенных друг к другу сторонах частей 1, 2 тороидального магнитопровода выполнены зубцы 3, 4 соответственно. Зубцы одной части магнитопровода сдвинуты относительно зубцов другой его части на ширину зубца. Зубцы сгруппированны по три зубца в каждой группе. Количество зубцов в группе определяет фазность генератора, то есть при трех зубцах в группе генератор является трехфазным. На зубцах 3, 4 размещены обмотки 5, 6 статора. На валу 7 укреплен ротор, содержащий диск 8. На диске 8 по обе его стороны симметрично укреплены постоянные магниты 9 и 10, соответственно. Магниты, расположенные на разных сторонах диска 8 ротора напротив друг друга, обращены к диску 8 разноименными полюсами. Магниты 9 и 10 имеют осевую намагниченность. Полярность магнитов в каждом ряду чередуется. Каждой группе зубцов 3, 4 соответствует группа из двух постоянных магнитов 9 или 10 ротора соответственно. Расстояние lm между крайними гранями магнитов каждой группы по дуге, концентричной оси ротора и проходящей по середине магнитов, соответствует расстоянию lo по той же дуге между крайними точками обмоток статора в каждой группе (фиг.5, 6).

Магнитоэлектрический генератор содержит корпус 11 с крышкой 12.

Магнитоэлектрический генератор работает следующим образом. При вращении вала 7 с диском 8 ротора магнитные силовые линии постоянных магнитов 9, 10 индуцируют в зубцах 3, 4, соответственно, переменное магнитное поле, которое обусловливает появление ЭДС в обмотках 5, 6 статора. Поскольку между постоянными магнитами в каждом ряду нет промежутков, к поверхности каждого зубца 3, 4 всегда обращена поверхность одного или двух постоянных магнитов 9, 10, соответственно. Кроме того, поскольку зубцы 3 части 1 магнитопровода статора сдвинуты на ширину зубца относительно зубцов 4 части 2 магнитопровода статора, любой из постоянных магнитов 9, 10 в любом положении ротора взаимодействует с поверхностью зубцов 3, 4 всегда равной в сумме поверхностей 3-х зубцов. Таким образом обеспечивается выравнивание притяжения ротора к обеим частям магнитопровода статора. В результате исключается «залипание» ротора; все магниты всегда и в полной мере индуцируют ЭДС в обмотках статора, что обеспечивает повышение к.п.д. в сравнении с прототипом. Фазовый сдвиг ЭДС в обмотках на смежных зубцах каждой группы (фиг.5, 6, 7) составляет 120°, что обеспечивает генерирование трехфазного электрического тока.

Изготовлен и испытан опытный образец устройства.

Магнитоэлектрический генератор может также работать в режиме электрического двигателя.

Магнитоэлектрический генератор, включающий статор, содержащий тороидальный магнитопровод с радиально расположенными зубцами, сгруппированными по три зубца в каждой группе, на которых размещены обмотки статора и укрепленный на валу ротор, содержащий диск, на котором укреплен ряд постоянных магнитов с осевой намагниченностью и чередующейся полярностью, отличающийся тем, что тороидальный магнитопровод статора выполнен из двух параллельных друг другу частей, зубцы выполнены на обращенных друг к другу сторонах частей магнитопровода, причем зубцы одной его части сдвинуты относительно зубцов другой части на ширину зубца, ротор расположен между частями магнитопровода и снабжен дополнительным рядом постоянных магнитов, постоянные магниты укреплены по обе стороны диска ротора симметрично друг другу, магниты, расположенные на разных сторонах диска ротора напротив друг друга, обращены к нему разноименными полюсами, каждой группе зубцов частей магнитопровода соответствует группа из двух постоянных магнитов, размещенных на смежной с группой зубцов стороне диска ротора, при этом расстояние lm между крайними гранями магнитов каждой группы по дуге, концентричной относительно оси ротора и проходящей по середине магнитов, соответствует расстоянию lo по той же дуге между крайними точками обмоток статора в каждой группе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам, и может быть использовано в качестве низкооборотного электродвигателя или генератора.

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам и преимущественно может быть использовано в конструкциях синхронных электрогенераторов с постоянными магнитами.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к низкооборотным электрическим генераторам, и может быть использовано, в частности, в ветроэнергетических установках.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано, в частности, в гибридных автомобилях и электромобилях, электромеханических, в том числе автоматических системах управления и т.д.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к низкооборотным электрическим генераторам, и может быть использовано, в частности, в ветроэнергетических установках.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к низкооборотным электрическим генераторам, и может быть использовано в ветроэнергетических установках.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к низкооборотным бесконтактным моментным электрическим машинам с постоянными магнитами, и может использоваться для преобразования энергии вращения роторов малых ветро- и гидроэнергетических установок в электрический ток с компенсацией сил магнитного удержания ротора при равномерно нагруженных выходных обмотках.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано, в частности, в гибридных автомобилях и электромобилях, электромеханических, в том числе автоматических системах управления и т.д.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к низкооборотным электрическим генераторам, и может быть использовано, в частности, в ветроэнергетических установках.

Изобретение относится к области электротехники, а именно - к электрическим машинам постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. .

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат: уменьшение массогабаритных характеристик устройства за счет увеличения окружной скорости индуктора, повышение надёжности.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат: увеличение окружной скорости индуктора, упрощение конструкции.

Изобретение относится к электродвигателям и генераторам, в частности к регулированию положения постоянных магнитов и/или шунтирующих вкладышей, выполненных из магнитонепроводящего материала, в роторе.

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к устройству роторов электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов, расположенных на роторе.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано во вращающейся электрической машине. Технический результат - повышение точности оценки углового положения ротора посредством самостоятельного определения или управления без датчиков.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высокооборотных электромашинах. Технический результат: эффективное охлаждение обмотки и сердечника статора, уменьшение массы и габаритов и повышение ресурса электромашин, в том числе работающих при повышенных и высоких частотах вращения.

Изобретение относится к реактивным синхронным электрическим машинам и может быть использовано в качестве синхронного электрического генератора либо синхронного электрического двигателя.

Изобретение относится к области электротехники. Электромашина содержит корпус, в полости которого размещен шихтованный сердечник статора, снабженный пазами, в которых размещены катушки обмотки.

Изобретение относится к сегментному ротору электрической машины. Техническим результатом является обеспечение улучшенного охлаждения ротора с сохранением простой конструкции.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении статора генератора. Техническим результатом является снижение трудоемкости при изготовлении статора за счет обеспечения возможности замены сквозных шпилек, расположенных ниже уровня фундамента пола, что не требует специального инструмента или подъем рамы, что делает такую замену легкой и экономически эффективной.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат: упрощение конструкции, повышение надёжности. Электромашина содержит опорный корпус статора, шихтованный сердечник статора, снабженный пазами, в которых размещены катушки обмотки статора, ротор, включающий корпус и индуктор, и подшипниковый узел. Опорный корпус выполнен в виде цилиндрического стакана, средняя часть боковых стенок которого снабжена цилиндрическим выступом, на котором закреплен сердечник статора. Статор размещен внутри цилиндрической полости ротора. Ротор включает корпус и индуктор, содержащий чередующиеся по периметру постоянные магниты и немагнитные клинья. Корпус ротора содержит обечайку, выполненную из материала с высокой магнитной проницаемостью, и две тарелки из немагнитного материала, разъемно скрепленные с обечайкой своими кромками и обращенные друг к другу своими полостями. Индуктор размещен на периферийном участке корпуса ротора, и его постоянные магниты и немагнитные клинья выполнены в виде планок, ориентированных вдоль продольной оси ротора, и установлены с образованием составного кольца с чередованием полярности полюсов магнитов, выполненных из материала неодим-железо-бор и намагниченных радиально. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх