Низкооборотный генератор электрического тока
Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть применена, например, в автономных устройствах ветроэнергетики, гидроэнергетики и других.
Задачей полезной модели является уменьшение потерь энергии малых ветро-гидропотоков, увеличение КПД преобразования механической энергии в электрическую, повышение удельной мощности и надежности системы преобразования.
В результате использования предлагаемой полезной модели существенно снижаются потери энергии малых ветро-гидропотоков, повышается КПД устройства и его удельная мощность, при этом вырастает параметр надежности.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом низкооборотном генераторе электрического тока, содержащем приводной вал, на котором жестко закреплен статор, аксиально намагниченные постоянные магниты, которые расположены дискретно по окружности и обращены одна к другой стороне магнитопровода, в якоре генератора выполнен магнитопровод, а зубцы якоря генератора имеют скос по высоте относительно продольной оси вала генератора, при этом магнитные полюсы индуктора выполнены прямыми и ориентированы параллельно оси вала, а для уменьшения начального момента страгивания ярмо индуктора выполнено разборным с регулировочными винтами для юстировки магнитного потока между якорем и полюсами индуктора.
Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть применена, например, в автономных устройствах ветроэнергетики, гидроэнергетики и других.
Известны генераторы электрического тока, применяющие в процессе преобразования механической энергии в электрическую средние и высокие обороты вращения ротора, которые формируются посредством преобразования малых оборотов ветроколеса или гидролопатки в средние или высокие обороты с помощью механического мультипликатора.
Недостатком таких устройств являются большие потери энергии на перевод ротора посредством мультипликатора в область высоких оборотов, а также большими затратами на установку и обслуживание мультипликатора и снижение надежности всей системы преобразования энергии.
Такие системы обладают еще одним недостатком - высоким моментом страгивания системы, что влечет за собой потери энергии малых ветро-гидропотоков.
Известны магнитные торцевые генераторы переменного тока, содержащие корпус, приводной вал, на котором закреплен ротор с магнитопроводом и постоянными магнитами, размещенными по окружности магнитопровода, статор в виде диска с катушками рабочих обмоток. (Заявка Великобритании 
1491026 Кл Н02К 21/00, 1977)
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является «Торцевой генератор переменного тока» (патент СССР 1835116 Кл Н02К 21/12 БИ 30, 1993), содержащий корпус с опорными подшипниками и приводным валом, на котором жестко закреплен статор, выполненный в виде двух связанных между собой дисковых магнитопроводов и аксиально намагниченных постоянных магнитов, которые расположены дискретно по окружности и обращены одна к другой стороне магнитопровода, статор в виде диска из электроизоляционного материала с катушками рабочей обмотки, с элементами для регулирования величины воздушных зазоров между ротором и статором.
Недостатками известного генератора являются низкие КПД и удельная мощность.
Задачей полезной модели является уменьшение потерь энергии малых ветро-гидропотоков, увеличение КПД преобразования механической энергии в электрическую, повышение удельной мощности и надежности системы преобразования.
В результате использования предлагаемой полезной модели существенно снижаются потери энергии малых ветро-гидропотоков, повышается КПД устройства и его удельная мощность, при этом вырастает параметр надежности.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом низкооборотном генераторе электрического тока, содержащем приводной вал, на котором жестко закреплен статор, аксиально намагниченные постоянные магниты, которые расположены дискретно по окружности и обращены одна к другой стороне магнитопровода, в якоре генератора выполнен магнитопровод, а зубцы якоря генератора имеют скос по высоте относительно продольной оси вала генератора, при этом магнитные полюсы индуктора выполнены прямыми и ориентированы параллельно оси вала, а для уменьшения начального момента страгивания ярмо индуктора выполнено разборным с регулировочными винтами для юстировки магнитного потока между якорем и полюсами индуктора.
Предлагаемый низкооборотный генератор электрического тока строится по принципу уменьшения потерь основного магнитного потока индуктора посредством применения магнитопровода в якоре генератора и в ярме индуктора для более полного замыкания магнитного потока через рабочие обмотки генератора. По сравнению со схемами без магнитопровода это приведет к существенному снижению размеров и удельного веса всего генератора ввиду увеличения коэффициента использования магнитного поля при создании электродвижущей силы (ЭДС) якоря.
Для уменьшения момента страгивания генератора зубцы якоря генератора имеют скос по высоте относительно продольной оси вала генератора, при этом магнитные полюсы индуктора не имеют такого скоса, а ориентированы параллельно оси вала.
Обойма ярма индуктора выполняется разъемной, на винтах, с помощью чего производится сборка-разборка устройства и настройка (юстировка) воздушных зазоров между индуктором ротора и статором (зубцами якоря). Посредством винтов обоймы ярма индуктора производится регулировка более плавного, с меньшим механическим сопротивлением, движения полюсов индуктора от зубца к зубцу якоря, тем самым уменьшается начальный момент страгивания генератора и увеличивается использование энергии малых ветро-гидропотоков.
В зависимости от необходимой мощности генератора может изменяться количество полюсов индуктора, диаметр ротора, высота зубцов якоря и полюсов индуктора, число витков и диаметр обмотки якоря. При этом для увеличения ЭДС генератора рабочие обмотки якоря соединяются последовательно.
Сущность предлагаемого низкооборотного генератора электрического тока поясняется фиг 1 и фиг.2.
На фиг.1 - представлена схема полезной модели вид сверху.
На фиг.2 - представлен вид зубцов и, соответственно, проекции полюсов индуктора на сами зубцы.
Низкооборотный генератор электрического тока содержит 1 - вал генератора, 2 - постоянные магниты по числу полюсов индуктора с чередованием полярности полюсов, 3 - зубцы якоря статора по числу полюсов индуктора, 4 - якорь статора, 5 - разборное ярмо индуктора, 6 - регулировочные винты ярма, 7 - ротор индуктора, 8 - обмотки якоря генератора, 9 - воздушные пазы между зубцами якоря.
На вал генератора 1 неподвижно крепится якорь статора 4 и через подшипниковые узлы (на схеме не показано) ротор 7 индуктора, которые центрируются между собой на валу 1. Постоянные магниты 2 крепятся на ярме 5 на внутренней стороне обоймы ярма, на равном расстоянии друг от друга в специальные заглубления в ярме для более полного использования магнитного потока постоянных магнитов 2. Ротор 7 индуктора состоит из ярма 5, постоянных магнитов 2 и механизмов крепления (на схеме не указано) к валу 1. Обмотки 8 якоря 4 соединены между собой электрически и навиты на зубцы 3 с соблюдением электрической изоляции.
Работает предлагаемый низкооборотный генератор электрического тока следующим образом.
Магнитные силовые линии основного потока индуктора замыкаются через малые и регулируемые винтами 6 ярма ротора воздушные зазоры между зубцами 3 якоря и полюсами 2 ротора, проходят через контуры обмоток якоря 8. При приведении ротора 7 во вращательное движение внешним источником механической энергии происходит периодическое изменение плотности потока магнитного поля в контурах обмоток якоря 8 и его знака или направления. Это является условием, в соответствии с законом электромагнитной индукции, создания в обмотках якоря 8 ЭДС, которая при включении всей общей обмотки на внешнюю нагрузку создает электрический ток, мощность которого пропорциональна величине этого тока и наведенной в обмотке генератора ЭДС.
Данный генератор предназначен для работы, начиная с 30 оборотов в минуту. Для увеличения мощности увеличивается внешний диаметр якоря 4, число витков обмоток 8, высота зубцов 3 и полюсов 2, а также число полюсов 2 ротора 7 и диаметр самого ротора.
Кроме того, для уменьшения начального момента страгивания генератора зубцы 3 якоря выполняются со скосом, при этом полюсы 2 индуктора имеют прямую конфигурацию относительно своей высоты, параллельной оси вала генератора. На фиг.2 заштрихованные позиции - проекции полюсов 2 индуктора, незаштрихованные - зубцы 3 якоря 4; 1 - вал генератора; 9 - воздушные зазоры между зубцами 3.
Якорь 4 выполнен из листов электротехнической стали, изолированных электрически между собой для уменьшения потерь на вихревые токи. Ярмо 5 ротора изготавливается из магнитопроводящей конструкционной стали. Полюсы 2 индуктора являются постоянными магнитами с высокой остаточной магнитной индукцией, установленные в небольшие углубления в ярме ротора для более полного замыкания основного магнитного потока индуктора. В зазорах между двумя половинами обоймы ярма 5 можно вставлять регулирующие пластины различной толщины из магнитопроводящего или непроводящего материала для регулирования результирующего магнитного потока генератора и его начального момента страгивания.
Низкооборотный генератор электрического тока, содержащий приводной вал, на котором жестко закреплен статор, аксиально намагниченные постоянные магниты, которые расположены дискретно по окружности и обращены одна к другой стороне магнитопровода, отличающийся тем, что в якоре генератора выполнен магнитопровод, а зубцы якоря генератора имеют скос по высоте относительно продольной оси вала генератора, при этом магнитные полюсы индуктора выполнены прямыми и ориентированы параллельно оси вала, а для уменьшения начального момента страгивания ярмо индуктора выполнено разборным с регулировочными винтами для юстировки магнитного потока между якорем и полюсами индуктора.
