Магнитоэлектрический генератор
Изобретение относится к области электротехники, а именно к низкооборотным электрическим генераторам, и может быть использовано, в частности, в ветроэнергетических установках. Технический результат заключается в увеличении мощности магнитоэлектрического генератора. В магнитоэлектрическом генераторе статор содержит две параллельные пластины, между которыми размещены кольцевые обмотки. Ротор генератора выполнен из двух закрепленных на валу параллельных дисков, на каждом из которых на обращенных друг к другу поверхностях размещены кольцеобразные ряды постоянных магнитов, намагниченных в направлении, параллельном оси вращения ротора. Полярность постоянных магнитов в каждом ряду чередуется. Полюса постоянных магнитов одного ряда обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов другого ряда. Между соседними постоянными магнитами каждого ряда размещены дополнительные постоянные магниты, каждый из которых намагничен в направлении линии, перпендикулярной радиусам дисков, разделяющим дополнительные магниты на две симметричные части, и параллельной плоскостям дисков. 5 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 |s-p|=2·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 С2, 20.08.2004.
Этот генератор имеет 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 С2, 27.05.2001.
Устройство имеет тот же недостаток, что и описанный выше аналог (RU 2234788 С2): 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, создающее так называемый эффект «залипания» ротора, что затрудняет пуск генератора и обусловливает шум при его работе.
Определенное повышение кпд 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 размешены 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 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 С между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину b кольцеобразного ряда постоянных магнитов, RU 2427067 С1, 20.08.2011.
Этот генератор может быть использован для питания преимущественно бытового однофазного оборудования, поскольку он вырабатывает двухфазный электрический ток, и не может быть использован без применения дополнительных средств для питания трехфазных потребителей, и, соответственно, не может быть подключен к центральным (трехфазным) электрическим сетям.
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, RU 2494520 С2, 27.09.2013.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.
Устройство-прототип обеспечивает возможность выработки трехфазного электрического тока, однако ввиду наличия кольцеобразных обмоток между рядами постоянных магнитов в зонах взаимодействия соседних магнитов в каждом ряду (поз.14 на фиг.4) имеет место кольцевое замыкание части магнитных силовых линий, которые в результате, практически, не достигают кольцевых обмоток и не влияют на индуцирование в них электрического тока. В результате уменьшается мощность генератора.
Задачей настоящего изобретения является увеличение мощности магнитоэлектрического генератора.
Согласно изобретению в магнитоэлектрическом генераторе, ротор которого выполнен из двух закрепленных на валу параллельных дисков, на каждом из которых на обращенных друг к другу поверхностях размещены кольцеобразные ряды постоянных магнитов, намагниченных в направлении, параллельном оси вращения ротора, полярность постоянных магнитов в каждом ряду чередуется, при этом полюса постоянных магнитов одного ряда обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов другого ряда, а статор генератора содержит две параллельные пластины, между которыми размещены кольцевые обмотки, между соседними постоянными магнитами каждого ряда размещены дополнительные постоянные магниты, каждый из которых намагничен в направлении линии, перпендикулярной радиусам дисков, разделяющим дополнительные магниты на две симметричные части, и параллельной плоскостям дисков.
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «Новизна».
Благодаря реализации отличительных признаков изобретения достигается технический результат, состоящий в увеличении плотности пересекающих кольцевые обмотки магнитных силовых линий постоянных магнитов за счет предотвращения кольцевого замыкания части этих линий. В результате существенно увеличивается мощность 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;
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;
на фиг.3 - фрагмент Б на фиг.2 в увеличенном масштабе;
на фиг.4 - схема, иллюстрирующая распределение магнитносиловых линий в устройстве-прототипе;
на фиг.5 - схема, иллюстрирующая распределение магнитносиловых линий в заявленном устройстве.
Магнитоэлектрический генератор содержит ротор, выполненный из двух параллельных дисков 1, 2, на каждом из которых на обращенных друг к другу поверхностях размещены кольцеобразные ряды постоянных магнитов 3 и 4, соответственно. Диски 1, 2 выполнены из электротехнической стали и закреплены на валу 5. Магниты 3, 4 намагничены в направлении, параллельном геометрической оси 6 вращения ротора. Полярность постоянных магнитов в каждом ряду чередуется. Полюса постоянных магнитов 3 обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов 4. Статор генератора содержит две параллельные пластины 7, 8, выполненные из диэлектрического немагнитного материала, в частности, стеклотекстолита. Между пластинами 7, 8 размещены кольцевые обмотки 9. Между соседними постоянными магнитами 3, 4 размещены дополнительные постоянные магниты 10, 11, соответственно. Каждый из дополнительных постоянных магнитов намагничен в направлении линии 12 (фиг.3), перпендикулярной радиусам 13 дисков ротора, разделяющим дополнительные магниты на две симметричные части; линия 12 параллельна плоскостям дисков.
Магнитоэлектрический генератор работает следующим образом.
При вращении ротора с валом 5 магнитные силовые линии постоянных магнитов 3, 4 взаимодействуют с магнитными силовыми линиями дополнительных постоянных магнитов 10, 11. В результате предотвращается кольцевое замыкание части магнитных силовых линий 14 магнитов 3, 4 в зонах 15. Таким образом увеличивается плотность магнитных силовых линий магнитов 3, 4, пересекающих кольцевые обмотки 9, что обеспечивает увеличение мощности генератора (фиг.5).
Изготовлен опытный образец устройства. Проведенные сравнительные испытания опытного образца показали увеличение мощности генератора на 18-20%.
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 выполнен из двух закрепленных на валу 5 параллельных дисков 1, 2, на каждом из которых на обращенных друг к другу поверхностях размещены кольцеобразные ряды постоянных магнитов 3, 4, намагниченных в направлении, параллельном оси 6 вращения ротора, полярность постоянных магнитов 3, 4 в каждом ряду чередуется, при этом полюса постоянных магнитов одного ряда обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов другого ряда, а статор генератора содержит две параллельные пластины 7, 8, между которыми размещены кольцевые обмотки 9, отличающийся тем, что между соседними постоянными магнитами каждого ряда размещены дополнительные постоянные магниты 10, 11, каждый из которых намагничен в направлении линии 12, перпендикулярной радиусам 13 дисков, разделяющим дополнительные магниты на две симметричные части, и параллельной плоскостям дисков 1, 2.
