Магнитоэлектрический генератор

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к низкооборотным электрическим генераторам, и может быть использовано, в частности, в ветроэнергетических установках. В магнитоэлектрическом генераторе, ротор которого снабжен постоянными магнитами 3, 4, а статор содержит две параллельные пластины 5 и 6, между которыми размещены кольцевые обмотки 7, ротор выполнен из двух закрепленных на валу 10 параллельных дисков 1 и 2, на каждом из которых на обращенных друг к другу поверхностях размещены кольцеобразные ряды постоянных магнитов 3, 4, полярность постоянных магнитов 3, 4 в каждом ряду чередуется, при этом полюса постоянных магнитов 3, 4 одного ряда обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов 3, 4 другого ряда, а кольцевые обмотки 7 статора выполнены в форме равнобедренных трапеций, боковые стороны 8, 9 которых расположены радиально относительно оси 10 вращения ротора, а участки 11, 12 кольцевых обмоток в основаниях трапеций выгнуты по дуге, кольцевые обмотки 7 попарно вставлены друг в друга, при этом расстояние между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину b кольцеобразного ряда постоянных магнитов 3, 4, постоянные магниты 3, 4 в каждом кольцеобразном ряду примыкают друг к другу; постоянные магниты 3, 4 в каждом кольцеобразном ряду примыкают друг к другу смежными боковыми гранями. Увеличивается мощность магнитоэлектрического генератора при сохранении его габаритов.

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к низкооборотным электрическим генераторам, и может быть использована, 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 |s-p|=2 и s=12nm, 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.

Недостатком этого генератора является низкий коэффициент полезного действия (к.п.д.), 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.

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 к.п.д. генератора, 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 кольцевые обмотки, ротор выполнен из двух закрепленных на валу параллельных дисков, на каждом из которых на обращенных друг к другу поверхностях размещены кольцеобразные ряды постоянных магнитов, расположенных в каждом ряду эквидистантно, полярность постоянных магнитов каждого ряда чередуется, при этом полюса постоянных магнитов одного ряда обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов другого ряда, а кольцевые обмотки статора выполнены в форме равнобедренных трапеций, боковые стороны которых расположены радиально относительно оси вращения ротора, а участки кольцевых обмоток в основаниях трапеций выгнуты по дуге, кольцевые обмотки попарно вставлены друг в друга, при этом расстояние между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину b кольцеобразного ряда постоянных магнитов, RU 2427067 C1.

Данное устройство принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.

В этом магнитоэлектрическом генераторе постоянные магниты в каждом кольцеобразном ряду расположены эквидистантно друг относительно друга. Промежутки между постоянными магнитами в каждом ряду соответствуют размерам магнита. При вращении ротора эти пустые промежутки не индуцируют электродвижущую силу (ЭДС) в обмотках статора, что снижает мощность электрического генератора.

Задачей настоящей полезной модели является увеличение мощности магнитоэлектрического генератора при сохранении его габаритов.

Согласно полезной модели в магнитоэлектрическом генераторе, ротор которого снабжен постоянными магнитами, а статор содержит две параллельные пластины, между которыми размещены кольцевые обмотки, 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, а кольцевые обмотки статора выполнены в форме равнобедренных трапеций, боковые стороны которых расположены радиально относительно оси 10 вращения ротора, а участки кольцевых обмоток в основаниях трапеций выгнуты по дуге, кольцевые обмотки попарно вставлены друг в друга, при этом расстояние между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину b кольцеобразного ряда постоянных магнитов, постоянные магниты в каждом кольцеобразном ряду примыкают друг к другу; постоянные магниты в каждом кольцеобразном ряду примыкают друг к другу смежными боковыми гранями.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «Новизна».

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображено:

на фиг.1 - вид сбоку, вариант по п.1 формулы полезной модели;

на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;

на фиг.3 - вид сбоку, вариант по п.2 формулы полезной модели;

на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3;

на фиг.5 - смежные кольцевые обмотки, сопряженные друг с другом, в аксонометрии;

на фиг.6 - смежные кольцевые обмотки, вид в плане;

на фиг.7 - разрез В-В на фиг.6.

Ротор магнитоэлектрического генератора выполнен из двух параллельных дисков 1 и 2, закрепленных на валу 10. В конкретном примере диски 1 и 2 выполнены из электротехнической стали. На обращенных друг к другу поверхностях дисков 1 и 2 размещены кольцеобразные ряды постоянных магнитов 3 и 4, соответственно. В каждом кольцевом ряду магниты 3 и 4 примыкают друг другу. В варианте по фиг.1, 2 постоянные магниты 3 и 4 имеют форму прямоугольника и примыкают друг к другу углами. В варианте по фиг.3, 4 постоянные магниты 3 и 4 имеют форму трапеций и примыкают друг к другу смежными боковыми гранями. В варианте по фиг.1, 2 между постоянными магнитами 3 и 4 остаются относительно небольшие треугольные промежутки, в варианте по фиг.3, 4 между магнитами 3 и 4 имеются весьма небольшие зазоры (0,1-0,2 мм), заполняемые эпоксидным компаундом. Полярность постоянных магнитов 3 и 4 в каждом ряду чередуется, при этом полюса постоянных магнитов 3 и 4 одного ряда обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов 3 и 4 другого ряда. Статор электрического генератора содержит две параллельные пластины 5 и 6, между которыми размещены кольцевые обмотки 7, которые выполнены в форме равнобедренных трапеций. Боковые стороны 8, 9 трапеций расположены радиально относительно продольной оси вращения ротора, участки 11, 12 обмоток 7 в основаниях трапеций выгнуты по дуге (фиг.5). Обмотки 7 попарно сопряжены друг с другом: вставлены друг в друга (фиг.5, 6), при этом расстояние между участками 11, 12 обмоток 7 превышает ширину b кольцеобразного ряда постоянных магнитов 3 и 4 (фиг.4, 6). Вышерасположенные обмотки 7 укреплены на пластине 5, а нижерасположенные обмотки 7 - на пластине 6.

Магнитоэлектрический генератор работает следующим образом. При вращении ротора с валом 10 магнитные силовые линии постоянных магнитов 3, 4 пересекают витки кольцевых обмоток 7 и индуцируют в обмотках 7 ЭДС. Поскольку боковые стороны 8, 9 кольцевых обмоток 7 расположены между полюсами магнитов 3 и 4 с разной полярностью, происходит индуцирование разнонаправленной ЭДС в боковых сторонах 8, 9 обмоток 7 (показано стрелками на фиг.6). Таким образом в каждой обмотке 7 протекает кольцевой электрический ток. Обмотки 7, укрепленные на пластине 5, соединены между собой, аналогичным образом соединены между собой обмотки 7, укрепленные на пластине 6.

Поскольку проводники обмоток 7 равномерно заполняют кольцеобразный зазор между движущимися магнитами 3, 4 (фиг.5), образуя однородную среду для движущихся магнитов 3, 4, в данной конструкции отсутствуют так называемые «залипания» ротора, что в конечном итоге обеспечивает бесшумную и плавную работу генератора.

Реализация отличительных признаков полезной модели, а именно то обстоятельство, что постоянные магниты в каждом кольцеобразном ряду примыкают друг к другу, обеспечивает важный технический результат - более равномерное индуцирование ЭДС в обмотках 7, и, соответственно, повышение мощности генератора.

В таблице 1 приведены значения мощности опытного образца магнитоэлектрического генератора в зависимости от числа оборотов ротора в сопоставлении с прототипом.

Для изготовления устройства использованы обычные конструкционные материалы и заводское оборудование. Это обстоятельство, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о том, что данная полезная модель соответствует критерию «Промышленная применимость».

1. Магнитоэлектрический генератор, ротор которого снабжен постоянными магнитами, а статор содержит две параллельные пластины, между которыми размещены кольцевые обмотки, 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, а кольцевые обмотки статора выполнены в форме равнобедренных трапеций, боковые стороны которых расположены радиально относительно оси вращения ротора, а участки кольцевых обмоток в основаниях трапеций выгнуты по дуге, кольцевые обмотки попарно вставлены друг в друга, при этом расстояние между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину b кольцеобразного ряда постоянных магнитов, отличающийся тем, что постоянные магниты в каждом кольцеобразном ряду примыкают друг к другу.

2. Магнитоэлектрический генератор по п.1, отличающийся тем, что постоянные магниты в каждом кольцеобразном ряду примыкают друг к другу смежными боковыми гранями.