Бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - улучшение пусковых и эксплуатационных характеристик. Бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами включает статор, ротор и устройство для выпрямления электрического тока. На роторе закреплены постоянные магниты, образуя два параллельных ряда полюсов с продольно и поперечно чередующейся полярностью. Постоянные магниты размещены в стаканах, снабженных крышками. На статоре расположены подковообразные электромагниты с одной или двумя обмотками, выполненные из аморфного железа. Причем количество постоянных магнитов на роторе в одном ряду, равное n, удовлетворяет соотношению: n=6+3k, где k - целое число из натурального ряда, принимающее значения 1, 2, 3 и т.д. Количество подковообразных электромагнитов в синхронном генераторе не меньше (n-3). Статор, включающий в свой состав две и более группы подковообразных электромагнитов, оси полюсов которых ориентированы в пространстве на угол 120 градусов. Выводы обмоток подковообразных электромагнитов, относящихся к одной группе, соединяют последовательно/параллельно, а затем подключают к выпрямительному устройству для выпрямления электрического тока. 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к бесколлекторным электрическим машинам, в частности электрогенераторам переменного тока, и может быть использовано в областях науки и техники, где требуются автономные источники питания.

Близкое к заявляемому техническому решению является «Бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами» [патент №2565775, опубл. 20.10.2015], состоящий из одной или нескольких секций, каждая из которых включает ротор, на котором закреплено четное количество постоянных магнитов, статор, несущий четное число подковообразных электромагнитов, устройство для выпрямления электрического тока. Постоянные магниты образуют два параллельных ряда полюсов с продольно и поперечно чередующейся полярностью. Электромагниты ориентированы поперек названных рядов полюсов так, что каждая из обмоток электромагнита расположена над одним из параллельных рядов полюсов ротора. Количество полюсов в одном ряду, равное n, удовлетворяет соотношению n=6+2k, где k - целое число. Количество электромагнитов в бесколлекторном синхронном генераторе, как правило, не меньше (n+2).

Основным недостатком указанного бесколлекторного синхронного генератора с постоянными магнитами является применение большого количества выпрямительных блоков, каждый из которых соединен с обмоткой электромагнита. Это обуславливает дополнительные потери мощности в синхронном генераторе и, соответственно, повышает его активное сопротивление.

Задачей изобретения является одновременное улучшение пусковых и эксплуатационных характеристик генератора за счет уменьшения момента страгивания и снижения электрических и магнитных потерь и уменьшения количества выпрямительных блоков, подключаемых к обмоткам электромагнитов. Общим критерием является оптимизация конструкции магнитной системы, исходя из условия обеспечения минимума массы используемых активных материалов для изготовления бесколлекторного синхронного генератора.

На фиг. приведен внешний вид предлагаемого бесколлекторного синхронного генератора с постоянными магнитами в сборе, а также отдельно ротор генератора.

Предложен бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами, в котором каждый электромагнит образует независимую от других электромагнитов замкнутую магнитную цепь, в состав которой входит неподвижный подковообразный электромагнит 3 с одной или двумя обмотками 4 (на фиг. показана одна обмотка), подвижные постоянные магниты 5, расположенные на роторе двумя параллельными рядами с продольно-поперечной чередующейся полярностью и удерживаемые относительно друг друга алюминиевыми стаканами 6, снабженными крышками 7, ферромагнитная пластина 9, шунтирующая разноименные полюса постоянных магнитов и служащая для проведения магнитного потока по замкнутому пути. Постоянные магниты 5 закреплены на роторе таким образом, что образуют два ряда полюсов. Например, для синхронного генератора с шестью подковообразными электромагнитами 3 и девятью постоянными магнитами 5 в одном ряду порядок полюсов постоянных магнитов выбирается N-N-S-N-N-S-N-N-S или то же, но с противоположной полярностью. В конструкции генератора имеется две группы подковообразных электромагнитов 3, полюса которых ориентированы в пространстве относительно друг друга на угол 120 градусов. На внешней боковой поверхности ротора 2 двумя рядами расположены постоянные магниты 5 таким образом, что постоянные магниты одного и другого ряда обращены к полюсам подковообразных электромагнитов противоположными полюсами. При вращении ротора в обмотках 4 подковообразных электромагнитов 3, относящихся к одной группе, индуктируются ЭДС, совпадающие по фазе. Совпадение начальных фаз наводимых ЭДС в обмотках подковообразных электромагнитов каждой группы позволяет исключить присоединение выпрямительного блока к выводам каждой обмотки электромагнита, а значит использовать один выпрямительный блок на выходе синхронного генератора, соединив выводы обмоток, соответствующих одной группе, последовательно/параллельно.

Постоянные магниты 5 закреплены на внешней боковой поверхности ротора любым образом, например, размещены в пазах и/или удерживаются специальным устройством (на фиг. не показано). Сердечники подковообразных электромагнитов 3 закреплены на статоре 1 в прорезях при помощи удерживающих скоб или иного удерживающего устройства (на фиг. не показано).

На роторе 2 с одинаковым шагом закреплено n постоянных магнитов 5, на статоре 1 выполнены прорези для установки в них n-3 подковообразных электромагнитов 3, имеющих по одной или две обмотки 4, устройство для выпрямления электрического тока (на фиг. не показано). Постоянные магниты 5 размещены в стаканах 6, снабженными крышками 7, которые закреплены с одной стороны стакана 6, таким образом, чтобы постоянные магниты 5 были закрыты внутри стакана 6, стаканы закреплены между двумя жесткими пластинами 8 (на фиг. показана только одна пластина), имеющих центральное отверстие для размещения вала бесколлекторного синхронного генератора (вал на фиг. 1 не показан), для создания замкнутого магнитного потока от двух постоянных магнитов через подковообразный электромагнит со стороны обращенной к валу генератора закреплена ферромагнитная пластина 9, шунтирующая разноименные полюса постоянных магнитов и служащая для проведения магнитного потока по замкнутому пути. Две жесткие пластины 8, между которыми размещены стаканы 6 с крышками 7, ферромагнитные пластины 9 и постоянные магниты 5 образуют ротор 2, располагаемый на валу бесколлекторного генератора, согласно предложенному техническому решению, подковообразные электромагниты 3 выполнены из аморфного железа закреплены на статоре, количество постоянных магнитов в одном ряду, равное n, удовлетворяет соотношению: n=6+3k, где k - целое число из натурального ряда, принимающее значения 1, 2, 3 и т.д., количество подковообразных электромагнитов в генераторе, не меньше (n-3), причем для случая n=9 порядок чередования полюсов постоянных магнитов расположенных на основании 9 по окружности в одном ряду и обращенных к подковообразным электромагнитам должен быть следующим: N-N-S-N-N-S-N-N-S, так как указанное чередование полюсов постоянных магнитов позволяет уменьшить момент страгивания и исключить при последовательном/параллельном соединении обмоток электромагнитов, относящихся к одной группе операцию выпрямления напряжения на каждой обмотке подковообразного электромагнита, т.е. позволит установить только один выпрямительный блок на выходе последовательно/параллельно соединенных обмоток электромагнитов, относящихся к одной группе.

Применение аморфного железа для изготовления сердечников подковообразных электромагнитов позволяет повысить технологичность изготовления генератора, уменьшить его массу и габаритные размеры, снизить потери на вихревые токи на используемых частотах вращения ротора генератора до 800 об/мин, вследствие высокого удельного сопротивления, большой магнитной индукции технического насыщения и низкой коэрцитивной силы аморфного железа по сравнению с магнитными свойствами электротехнической стали.

Рассмотрим работу предлагаемого бесколлекторного синхронного генератора с постоянными магнитами.

От внешнего приводного двигателя (источника механической энергии), например, ветроколеса (на фиг. не показано) момент вращения передается на вал синхронного бесколлекторного генератора. Под действием вращающего момента приводного двигателя ротор 2 генератора вращается, т.е. вал вместе с закрепленными на нем ротором 2 приводится во вращение. На роторе 2 закреплены постоянные магниты 5, которые при вращении создают переменный магнитный поток в сердечниках подковообразных электромагнитов, изготовленных из аморфного железа, размещенных на неподвижном статоре 1, и в соответствии с законом электромагнитной индукции в обмотках 4 наводится ЭДС, причем начальные фазы индуктированной ЭДС в обмотках электромагнитов, относящихся к одной группе, будут одинаковыми. В процессе вращения ротора магнитное поле постоянного магнита вращается с некоторой частотой, поэтому один из полюсов каждого подковообразного электромагнита оказываются в зоне либо северного (N) магнитного полюса, либо в зоне южного (S) магнитного полюса. При этом смена полюсов сопровождается изменением направления магнитного потока в сердечниках электромагнитов и индуктированных ЭДС в обмотках подковообразных электромагнитов. Выводы обмоток 4 электромагнитов, относящихся к одной группе, соединяют последовательно/параллельно, а затем подключают к выпрямительному устройству для выпрямления электрического тока (на фиг. не показано).

Полученное на выводах устройства выпрямленное напряжение может быть использовано, например, для зарядки аккумуляторной батареи с последующим преобразованием постоянного напряжения в переменное с заданными параметрами амплитуды и частоты.

Предложенная конструкция магнитной системы удовлетворяет выбранным критериям оптимальности, обеспечивает возможность регулирования положения подковообразных электромагнитов и изменение межполюсного зазора между подковообразными электромагнитами статора и закрепленными на роторе постоянными магнитами, а также улучшает технологичность сборки магнитной системы генератора в целом, снижает момент страгивания и уменьшает число выпрямительных блоков.

Бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами включает статор, ротор и устройство для выпрямления электрического тока, на роторе, располагаемом на валу синхронного генератора, с одинаковым шагом закреплены постоянные магниты таким образом, что образуют два параллельных ряда полюсов с продольно и поперечно чередующейся полярностью, постоянные магниты размещены в стаканах, снабженных крышками, которые закреплены таким образом, что они закрывают постоянные магниты внутри стакана, стаканы закреплены между двух жестких пластин, на статоре расположены подковообразные электромагниты с одной или двумя обмотками, в статоре выполнены прорези для установки в них подковообразных электромагнитов (например, П-образных), электромагниты закреплены на статоре при помощи скоб и накладок, охватывающих каждый электромагнит, скоба крепится к накладке, причем в том случае, если скоба и накладка выполнены металлическими, с целью исключения короткозамкнутого витка между скобой и накладкой размещена неметаллическая пластина, со стороны стакана с постоянным магнитом, обращенной к валу бесколлекторного синхронного генератора, размещена ферромагнитная пластина, ориентированная под полюсами подковообразного электромагнита, отличающийся тем, что закрепленные на статоре подковообразные электромагниты выполнены из аморфного железа, причем количество постоянных магнитов на роторе в одном ряду, равное n, удовлетворяет соотношению: n=6+3k, где k - целое число из натурального ряда, принимающее значения 1, 2, 3 и т.д., количество подковообразных электромагнитов в синхронном генераторе не меньше (n-3), причем для случая n=9 порядок чередования полюсов постоянных магнитов, расположенных на основании по окружности в одном ряду и обращенных к подковообразным электромагнитам, должен быть следующим: N-N-S-N-N-S-N-N-S, кроме того, статор, включающий в свой состав две и более группы подковообразных электромагнитов, оси полюсов которых ориентированы в пространстве на угол 120 градусов, а каждый неподвижный подковообразный (П-образный) электромагнит с обмоткой образует свою независимую от других электромагнитов замкнутую магнитную цепь, подвижные постоянные магниты расположены на роторе двумя параллельными рядами с продольно-поперечной чередующейся полярностью и удерживаемыми относительно друг друга стаканами, снабженными крышками, ферромагнитными пластинами, шунтирующими разноименные полюса постоянных магнитов и служащими для проведения магнитного потока по замкнутому пути, при этом выводы обмоток подковообразных электромагнитов, относящихся к одной группе, соединяют последовательно/параллельно, а затем подключают к выпрямительному устройству для выпрямления электрического тока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам и может быть использовано в качестве источника постоянного тока. Технический результат состоит в выработке повышенного значения напряжения при отсутствии дополнительного источника постоянного напряжения и системы управления, подающей напряжение на катушки, без усложнения.

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам и может быть использовано как источник постоянного тока. Технический результат состоит в выработке постоянного напряжения при повышении мощности и отсутствии дополнительного источника постоянного напряжения и системы управления, подающей напряжение на катушки.

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к устройствам, использующимся в системах автономного электроснабжения. Технический результат: повышение надежности многофазного синхронного генератора с возможностью подключения в трехфазную сеть, а также повышение энергоэффективности и снижение зубцовых пульсаций благодаря использованию однополупериодных управляемых выпрямителей.

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам. Технический результат состоит в упрощении конструкции.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, в частности электрогенераторам постоянного тока, и может быть использовано в любой области науки и техники, где требуются автономные источники питания.

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть использована в линейных электродвигателях. Маховик содержит корпус из немагнитного материала, внутри которого выполнена камера, содержащая магнитную жидкость в коллоидном состоянии.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромагнитным приводам постоянного тока для передачи угловых перемещений, и может быть использовано для создания двухпозиционных электромагнитных реле или устройств с поворотом подвижного элемента на некоторый ограниченный угол и обратно с двумя устойчивыми состояниями.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к двигателям-маховикам, и может использоваться для систем ориентации и стабилизации космических аппаратов.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройству роторов электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов. Технический результат – повышение энергетических характеристик.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - повышение частоты вращения ротора и уменьшение в нем дополнительных потерь.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при испытаниях электрических машин - синхронных, асинхронных электрических двигателей и генераторов с совмещенными обмотками (обмотки типа «Славянка») и контроля качества их исполнения, а также может применяться в процессе разработки и исследования конструктивных решений энергоэффективных электрических машин с совмещенными обмотками и систем управления (контроллеров), адаптированных к использованию с такими машинами.

Использование: в области электроэнергетики для защиты синхронного двигателя переменного тока от витковых замыканий в обмотках статора и ротора. Технический результат заключается в предотвращении повреждений от вибрации и, как следствие, в уменьшении времени и стоимости послеаварийного ремонта синхронной электрической машины при замыкании витков в обмотке ротора.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к низкооборотным асинхронным двигателям с питанием от электронного управляемого по частоте источника тока трапецеидальной формы.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройству связи и к модулю энергоснабжения для устройства связи. Технический результат – повышение технологичности.

Изобретение относится к способу контроля электромеханической приводной системы, содержащей инвертор, двигатель и привод. Для контроля электромеханической системы оценивают определенным образом падение напряжения питания двигателя, связанное с дефектами инвертора, оценивают коэффициент электромагнитного момента двигателя с учетом оценочного падения напряжения и рабочих данных, вычисляют электромагнитный момент двигателя на основании коэффициента электромагнитного момента и рабочих данных определенным образом.

Изобретение относится к области электротехники и может быть применено для диагностирования причин высокого уровня искрения на коллекторе электрической машины. Техническим результатом является повышение достоверности диагностирования состояния коммутации коллекторных электрических машин за счет повышения информативности данных, получаемых в процессе измерения и обработки параметров сигнала импульсов напряжения, обусловленных искрением под щетками.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к динамоэлектрической машине. Технический результат – обеспечение сигнальной системы, надежно распознающей короткие замыкания обмотки.

Изобретение относится к двигателям. Устройство управления мотором приводной системы, содержащей мотор, трансмиссию, датчик температуры масла и механизм охлаждения, содержит контроллер, который управляет крутящим моментом мотора.

Изобретение относится к вентилятору, в частности к напольному или настольному вентилятору, такому как вентилятор для письменного стола, охладительная колонка или вентилятор на подставке.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам. Технический результат - устранение опасности возгорания машины при межвитковом замыкании обмотки статора.

Изобретение относится к области электромашиностроения. Технический результат - улучшение охлаждения статора при одновременном снижении потерь в нем.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - улучшение пусковых и эксплуатационных характеристик. Бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами включает статор, ротор и устройство для выпрямления электрического тока. На роторе закреплены постоянные магниты, образуя два параллельных ряда полюсов с продольно и поперечно чередующейся полярностью. Постоянные магниты размещены в стаканах, снабженных крышками. На статоре расположены подковообразные электромагниты с одной или двумя обмотками, выполненные из аморфного железа. Причем количество постоянных магнитов на роторе в одном ряду, равное n, удовлетворяет соотношению: n6+3k, где k - целое число из натурального ряда, принимающее значения 1, 2, 3 и т.д. Количество подковообразных электромагнитов в синхронном генераторе не меньше. Статор, включающий в свой состав две и более группы подковообразных электромагнитов, оси полюсов которых ориентированы в пространстве на угол 120 градусов. Выводы обмоток подковообразных электромагнитов, относящихся к одной группе, соединяют последовательнопараллельно, а затем подключают к выпрямительному устройству для выпрямления электрического тока. 1 ил.

Наверх