Магнитоэлектрический генератор

Изобретение относится к области электротехники, а именно к низкооборотным электрическим генераторам. Технический результат - возможность выработки трехфазного электрического тока. Магнитоэлектрический генератор включает статор, содержащий две параллельные пластины, между которыми размещены расположенные в два ряда кольцевые обмотки, выполненные в форме равнобедренных трапеций. При этом боковые стороны обоих рядов лежат в одной плоскости, а участки кольцевых обмоток в основаниях трапеций выгнуты по дуге. Ротор генератора выполнен из двух параллельных дисков, на каждом из которых на обращенных друг к другу поверхностях размещены кольцеобразные ряды постоянных магнитов, полярность которых в каждом ряду чередуется. Полюса постоянных магнитов одного ряда обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов другого ряда. Расстояние между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину кольцеобразного ряда постоянных магнитов. Cмежные боковые стороны кольцевых обмоток одного ряда размещены между боковыми сторонами кольцевых обмоток другого ряда. 7 ил.

 

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

Известен низкооборотный магнитоэлектрический генератор, содержащий кольцеобразный ряд обмоток статора на железных сердечниках из листов или прессованного порошка железа, и соответствующий кольцеобразный ряд постоянных магнитов ротора, в частности синхронная машина с постоянной намагниченностью для синусоидального напряжения, обмотки выполнены сосредоточенными, а не распределены в пазах, сердечники с обмотками чередуются с железными сердечниками без обмоток, так что на каждом втором железном сердечнике имеется обмотка, число промежутков между сердечниками отличается от числа полюсов, при этом число промежутков между сердечниками s и число полюсов p следует выражениям $$\left|\text{s}-\text{p}\right|=\text{2}\cdot \text{m}$$ и s=12·n·m, где n и m - натуральные числа, причем машина рассчитана на трехфазное напряжение с последовательным соединением соседних катушек для получения m таких групп на фазу, которые могут быть соединены последовательно или параллельно, RU 2234788 C2, опубл. 20.08.2004.

Недостатком этого генератора является низкий коэффициент полезного действия (кпд), поскольку обмотки в кольцеобразном ряду находятся на значительном расстоянии друг от друга, и в момент нахождения магнитов в промежутке между обмотками ЭДС в них не индуцируется.

Известен также магнитоэлектрический генератор, ротор которого снабжен постоянными магнитами, а статор содержит две параллельные пластины в виде соединенных друг с другом дисков, между которыми размещены обмотки; статор имеет магнитопроводы в виде плоских колец, RU 2168062 C1, опубл. 27.05.2001.

Данное техническое решение имеет тот же недостаток, что и описанный выше аналог (RU 2234788 C2): низкий коэффициент полезного действия по той же причине. Кроме того, при прохождении постоянных магнитов ротора над сердечниками обмоток статора имеет место взаимное притяжение постоянных магнитов ротора и сердечников обмоток статора (так называемый эффект «залипания» ротора), что затрудняет пуск генератора и создает интенсивный шум при его работе.

Некоторое повышение кпд генератора, устранение эффекта «залипания» ротора и, как следствие, уменьшение пускового момента и уровня шума в процессе работы обеспечивает магнитоэлектрический генератор, ротор которого снабжен постоянными магнитами, а статор содержит две параллельные пластины, между которыми размещены в два ряда 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, при этом выгнутые по дуге участки рядов обмоток обращены в противоположные стороны; 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 каждого ряда чередуется, при этом полюса постоянных магнитов одного ряда обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов другого ряда, кольцевые обмотки попарно вставлены друг в друга, при этом расстояние l между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину b кольцеобразного ряда постоянных магнитов, RU 2427067 C1, опубл. 20.08.2011.

Данное устройство принято в качестве прототипа настоящего изобретения. Этот генератор вырабатывает двухфазный электрический ток и может быть использован для питания однофазного оборудования.

Недостатком прототипа является то, что он не может быть использован для питания трехфазных потребителей, а также для подключения к центральным (трехфазным) электрическим сетям.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение возможности выработки трехфазного электрического тока.

Согласно изобретению в магнитоэлектрическом генераторе, ротор которого снабжен постоянными магнитами, а статор содержит две параллельные пластины, между которыми размещены расположенные в два ряда кольцевые обмотки, выполненные в форме равнобедренных трапеций, боковые стороны которых расположены радиально относительно оси вращения ротора, причем боковые стороны обоих рядов лежат в одной плоскости, а участки кольцевых обмоток в основаниях трапеций выгнуты по дуге, при этом выгнутые по дуге участки обмоток рядов обращены в противоположные стороны, 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, расстояние l между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину b кольцеобразного ряда постоянных магнитов, смежные боковые стороны кольцевых обмоток одного ряда размещены между боковыми сторонами кольцевых обмоток другого ряда.

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

Реализация отличительных признаков изобретения обусловливает важное новое свойство (технический результат): возможность выработки трехфазного электрического тока.

Заявителем не выявлены источники информации, в которых содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. Указанное новое свойство обусловливает, по мнению заявителя, соответствие изобретения условию патентоспособности «Изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:

на фиг. 1 - вид сбоку;

на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;

на фиг. 3 - обмотки рядов, сопряженные друг с другом согласно настоящему изобретению, в аксонометрии;

на фиг. 4 - вид по стрелке Б на фиг. 3;

на фиг. 5 - вид по стрелке В на фиг. 3;

на фиг. 6 - схема, иллюстрирующая расположение кольцевых обмоток и постоянных магнитов, а также направление токов в обмотках (в плане);

на фиг. 7 - разрез Г-Г на фиг. 6.

Ротор магнитоэлектрического генератора выполнен из двух параллельных дисков 1 и 2, закрепленных на валу 11, выполненных из электротехнической стали. На обращенных друг к другу поверхностях дисков 1 и 2 размещены кольцеобразные ряды выполненных в форме трапеций постоянных магнитов 3 и 4 соответственно. В каждом кольцевом ряду магниты сопряжены друг с другом боковыми гранями с зазором 0,1-0,2 мм. Полярность постоянных магнитов 3 и 4 в каждом ряду чередуется, при этом полюса постоянных магнитов одного ряда обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов другого ряда. Статор магнитоэлектрического генератора содержит две параллельные пластины 5 и 6, между которыми размещены расположенные в два ряда кольцевые обмотки 7 и 8 соответственно. Участки кольцевых обмоток 7, 8 в основаниях трапеций выгнуты по дуге и обращены в противоположные стороны. Расстояние l между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину b кольцеобразного ряда постоянных магнитов. Смежные боковые стороны 9 кольцевых обмоток 7 одного (верхнего по чертежу) ряда размещены между боковыми сторонами 10 кольцевых обмоток 8 другого ряда. Таким образом, обмотки 7 и 8 совместно образуют замкнутую кольцевую цепь (фиг. 3), в то время как в устройстве-прототипе обмотки сопряжены друг с другом попарно с образованием отдельно расположенных модулей.

Работа устройства осуществляется следующим образом. При вращении ротора с валом 11 магнитные силовые линии постоянных магнитов 3, 4 пересекают витки кольцевых обмоток 7, 8 и индуцируют в них ЭДС. Между полюсами каждой пары расположенных друг против друга постоянных магнитов 3, 4 благодаря тому, что смежные боковые стороны 9 обмоток 7 размещены между боковыми сторонами 10 обмоток 8, одновременно находятся три боковых стороны кольцевых обмоток 7, 8 статора, которые пересекают магнитные силовые линии со сдвигом 120°. Таким образом генератор вырабатывает трехфазный электрический ток.

Опытный образец устройства изготовлен и испытан в ООО «ПЕНТАР», Санкт-Петербург. Для изготовления устройства использованы обычные конструкционные материалы и заводское оборудование. Это обстоятельство, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о том, что данное изобретение соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».

Магнитоэлектрический генератор, ротор которого снабжен постоянными магнитами 3, 4, а статор содержит две параллельные пластины 5, 6, между которыми размещены расположенные в два ряда кольцевые обмотки 7, 8, выполненные в форме равнобедренных трапеций, боковые стороны 9, 10 которых расположены радиально относительно оси вращения ротора, причем боковые стороны обоих рядов лежат в одной плоскости, а участки кольцевых обмоток в основаниях трапеций выгнуты по дуге, при этом выгнутые по дуге участки обмоток рядов обращены в противоположные стороны, ротор выполнен из двух закрепленных на валу 11 параллельных дисков 1, 2, на каждом из которых на обращенных друг к другу поверхностях размещены кольцеобразные ряды постоянных магнитов 3, 4, полярность постоянных магнитов в каждом ряду чередуется, при этом полюса постоянных магнитов одного ряда обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов другого ряда, расстояние l между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину b кольцеобразного ряда постоянных магнитов, отличающийся тем, что смежные боковые стороны кольцевых обмоток одного ряда размещены между боковыми сторонами кольцевых обмоток другого ряда.