RU129315U1

RU129315U1 - MAGNETO-ELECTRIC GENERATOR

Info

Publication number: RU129315U1
Application number: RU2012154591/07U
Authority: RU
Inventors: Валерий Петрович Вигаев
Original assignee: Валерий Петрович Вигаев; Михов Александр Петрович
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2013-06-20

Abstract

1. Магнитоэлектрический генератор, содержащий ротор в виде установленного с возможностью вращения роторного диска, снабженного размещенными радиально постоянными магнитами с чередующейся полярностью, и статор в виде неподвижного статорного диска с размещенными на нем симметрично кольцевыми обмотками, связанными магнитной связью с выполненным из магнитомягкого материала магнитопроводом, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен с обеспечением возможности минимизации длины магнитных линий в виде по меньшей мере одного размещенного на статорном диске сердечника подковообразной формы, при этом в магнитоэлектрический генератор введен включающий ведомый и ведущий диски редуктор, ведомый диск которого жестко соединен с роторным диском.2. Магнитоэлектрический генератор по п.1, отличающийся тем, что ведомый диск редуктора совмещен с роторным диском, образуя с ним монолитный конструктивный узел.3. Магнитоэлектрический генератор по п.1, отличающийся тем, что ведомый диск редуктора выполнен зубчатым, а элементы зацепления ведущего диска выполнены в виде установленных по его ободу с возможностью вращения вокруг своей продольной оси роликов.4. Магнитоэлектрический генератор по п.1, отличающийся тем, что постоянные магниты на роторном диске выполнены плоскими.5. Магнитоэлектрический генератор по п.1, отличающийся тем, что постоянные магниты на роторном диске выполнены подковообразными.1. A magnetoelectric generator comprising a rotor in the form of a rotatable rotor disk mounted with radially constant magnets of alternating polarity, and a stator in the form of a fixed stator disk with symmetrically annular windings connected magnetically to a magnetic circuit made of soft magnetic material, characterized in that the magnetic circuit is configured to minimize the length of the magnetic lines in the form of at least one placed On the stator disk of the horseshoe-shaped core, the gearbox including the driven and driving disks is introduced into the magnetoelectric generator, the driven disk of which is rigidly connected to the rotor disk. 2. The magnetoelectric generator according to claim 1, characterized in that the driven disk of the gearbox is combined with the rotor disk, forming a monolithic structural unit with it. The magnetoelectric generator according to claim 1, characterized in that the driven disk of the gearbox is gear, and the engagement elements of the drive disk are made in the form of rollers mounted on its rim with the possibility of rotation around its longitudinal axis. The magnetoelectric generator according to claim 1, characterized in that the permanent magnets on the rotor disk are made flat. The magnetoelectric generator according to claim 1, characterized in that the permanent magnets on the rotor disk are made horseshoe-shaped.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и может использоваться в магнитоэлектрических генераторах широкого назначения, в том числе для ветроэнергетических установок.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in general-purpose magnetoelectric generators, including for wind power plants.

Известен, например, магнитоэлектрический генератор, входящий в состав ветроэнергетической установки и содержащий непосредственно связанный с ветроколесом ротор, включающий установленный с возможностью вращения роторный диск из немагнитного материала с вмонтированными в него постоянными магнитами с чередующейся полярностью, и статор в виде двух неподвижных статорных дисков с размещенными на них плоскими обмотками, установленными на торцевой части выполненных в виде плоских колец магнитопроводов (RU 2168062 С1, 2001). Недостатком этого магнитоэлектрического генератора является недостаточно высокая эксплуатационная эффективность. Это связано с тем, что потоки рассеяния постоянных магнитов не минимизированы, не предусмотрены конструктивные узлы для оптимизации взаимодействия генератора с силовой установкой, КПД такого генератора невысок.For example, a magnetoelectric generator is known, which is part of a wind power installation and contains a rotor directly connected to the wind wheel, including a rotary disk made of non-magnetic material mounted with the possibility of rotation and mounted with permanent magnets with alternating polarity, and a stator in the form of two fixed stator disks with on them with flat windings mounted on the end part made in the form of flat rings of magnetic circuits (RU 2168062 C1, 2001). The disadvantage of this magnetoelectric generator is not high operational efficiency. This is due to the fact that the scattering fluxes of permanent magnets are not minimized, structural components are not provided for optimizing the interaction of the generator with the power plant, and the efficiency of such a generator is low.

Известны и другие магнитоэлектрические генераторы (например, SU 917269 А, 1982; RU 33410 U1, 2003; RU 2053591 С1, 1996; DE 19543458 A1; US 1030914 A, 2008; US 7675189 B2; 2010, JP 4441516 B2; 2010, EP 1895158 A2, 2008; WO 07014634, 2008). Однако все они не обладают достаточно высокой эксплуатационной эффективностью по тем же причинам.Other magnetoelectric generators are also known (for example, SU 917269 A, 1982; RU 33410 U1, 2003; RU 2053591 C1, 1996; DE 19543458 A1; US 1030914 A, 2008; US 7675189 B2; 2010, JP 4441516 B2; 2010, EP 1895158 A2, 2008; WO 07014634, 2008). However, all of them do not have a sufficiently high operational efficiency for the same reasons.

Из известных устройств наиболее близким к предложенному является магнитоэлектрический генератор, содержащий ротор в виде установленного с возможностью вращения роторного диска, снабженного размещенными радиально постоянными магнитами с чередующейся полярностью, и статор в виде неподвижного статорного диска с размещенными на нем симметрично кольцевыми обмотками, связанными магнитной связью с выполненным из магнитомягкого материала магнитопроводом (RU 2427067 С1, 2011). В этом устройстве статор содержит дополнительный параллельный основному статорный диск так, что кольцевые обмотки расположены между статорными дисками. Ротор также содержит дополнительный параллельный основному роторный диск, ряды постоянных магнитов расположены на обоих роторных дисках эквидистантно, а кольцевые обмотки статора выполнены в форме равнобедренных трапеций и попарно сопряжены одна с другой. В статоре этого магнитоэлектрического генератора в кольцевых обмотках отсутствуют сердечники, роль магнитопровода при этом выполняют роторные диски, которые изготовлены из электротехнической стали. Магнитные линии между постоянными магнитами на роторных дисках пересекают кольцевые обмотки через воздушный зазор, размер которого соответствует суммарной толщине кольцевых обмоток, что снижает КПД устройства из-за малой диэлектрической проницаемости воздуха. Наличие дополнительных роторных и статорных дисков и необходимость выполнения роторных дисков из магнитомягкого материала увеличивает вес магнитоэлектрического генератора и удорожает его для потребителя. Эффективность применения этого магнитоэлектрического генератора в силовых установках, например, в ветроэнергетических установках, ограничена, что связано с трудностью механической юстировки массивного ротора таких установок, сложностью присоединения-отсоединения генератора к установке, трудностью механического подключения к установке нескольких независимых генераторов. Поэтому такой магнитоэлектрический генератор не обладает высокой эксплуатационной эффективностью.Of the known devices, the closest to the proposed one is a magnetoelectric generator containing a rotor in the form of a rotary disk mounted with the possibility of rotation, equipped with radially constant magnets with alternating polarity, and a stator in the form of a fixed stator disk with symmetrically ring windings connected to it, magnetically coupled to made of soft magnetic material with a magnetic circuit (RU 2427067 C1, 2011). In this device, the stator contains an additional parallel to the main stator disk so that the ring windings are located between the stator disks. The rotor also contains an additional rotor disk parallel to the main one, rows of permanent magnets are located equidistantly on both rotor disks, and the stator ring windings are made in the form of isosceles trapezoidal pairs and are paired with one another. In the stator of this magnetoelectric generator, there are no cores in the ring windings, the role of the magnetic circuit in this case is played by rotor disks, which are made of electrical steel. Magnetic lines between the permanent magnets on the rotor disks intersect the ring windings through an air gap the size of which corresponds to the total thickness of the ring windings, which reduces the efficiency of the device due to the low dielectric constant of the air. The presence of additional rotor and stator disks and the need to make rotor disks from soft magnetic material increases the weight of the magnetoelectric generator and makes it more expensive for the consumer. The efficiency of using this magnetoelectric generator in power plants, for example, in wind power plants, is limited due to the difficulty of mechanically aligning the massive rotor of such plants, the difficulty of connecting / disconnecting the generator to the installation, and the difficulty of mechanically connecting several independent generators to the installation. Therefore, such a magnetoelectric generator does not have high operational efficiency.

Задача, решаемая полезной моделью, состоит в создании магнитоэлектрического генератора, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в повышении эксплуатационной эффективности магнитоэлектрического генератора.The problem solved by the utility model is to create a magnetoelectric generator, devoid of the disadvantages of the prototype. The technical result provided by the utility model is to increase the operational efficiency of the magnetoelectric generator.

Это достигается тем, что в магнитоэлектрическом генераторе, содержащем ротор в виде установленного с возможностью вращения роторного диска, снабженного размещенными радиально постоянными магнитами с чередующейся полярностью, и статор в виде неподвижного статорного диска с размещенными на нем симметрично кольцевыми обмотками, связанными магнитной связью с выполненным из магнитомягкого материала магнитопроводом, магнитопровод выполнен с обеспечением возможности минимизации длины магнитных линий в виде по меньшей мере одного размещенного на статорном диске сердечника подковообразной формы, при этом в магнитоэлектрический генератор введен включающий ведомый и ведущий диски редуктор, ведомый диск которого жестко соединен с роторным диском. Ведомый диск редуктора может быть совмещен с роторным диском, образуя с ним монолитный конструктивный узел. Ведомый диск редуктора может быть выполнен зубчатым, а элементы зацепления ведущего диска выполнены в виде установленных по его ободу с возможностью вращения вокруг своей продольной оси роликов. Постоянные магниты на роторном диске могут быть выполнены плоскими или подковообразными.This is achieved by the fact that in a magnetoelectric generator containing a rotor in the form of a rotary disk mounted with the possibility of rotation, equipped with radially constant magnets with alternating polarity, and a stator in the form of a fixed stator disk with symmetrically annular windings connected to it by a magnetic coupling made of soft magnetic material with a magnetic core, the magnetic core is configured to minimize the length of the magnetic lines in the form of at least one placement nnogo on the stator core disk horseshoe shape, with a magnetoelectric generator comprising introduced slave and master gear wheels, a driven disc which is rigidly connected to the rotor disk. The driven disk of the gearbox can be combined with the rotor disk, forming a monolithic structural unit with it. The driven disk of the gearbox can be made gear, and the engagement elements of the leading disk are made in the form of rollers mounted around its rim with the possibility of rotation around its longitudinal axis. Permanent magnets on the rotor disk can be made flat or horseshoe-shaped.

Указанный технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков.The specified technical result is provided by the totality of essential features.

На фиг.1 показан общий вид магнитоэлектрического генератора с редуктором. На фиг.2 показана структурная схема преимущественного конструктивного варианта редуктора. На фиг.3 показан ротор магнитоэлектрического генератора с постоянными магнитами. На фиг.4 показан статор магнитоэлектрического генератора с кольцевыми обмотками и магнитопроводом.Figure 1 shows a General view of a magnetoelectric generator with a gearbox. Figure 2 shows the structural diagram of the preferred structural variant of the gearbox. Figure 3 shows the rotor of a permanent magnet magnetoelectric generator. Figure 4 shows the stator of a magnetoelectric generator with ring windings and a magnetic circuit.

Магнитоэлектрический генератор содержит ротор в виде установленного с возможностью вращения роторного диска 1. Роторный диск 1 снабжен размещенными радиально постоянными магнитами 2 с чередующейся полярностью, выполненными, например, плоскими или подковообразными (фиг.3). Магнитоэлектрический генератор содержит также статор в виде неподвижного статорного диска 3 с размещенными на нем симметрично кольцевыми обмотками 4 (фиг.4). Роторный 1 и статорный 3 диски могут быть выполнены, например, из легких металлов и сплавов, а также из армированного стеклопластика. Кольцевые обмотки 4 связаны магнитной связью с выполненными из магнитомягкого материала магнитопроводом, который выполнен с обеспечением возможности минимизации длины магнитных линий в виде по меньшей мере одного сердечника 5 подковообразной формы. Магнитоэлектрический генератор содержит также редуктор, включающий ведущий диск 6 и ведомый диск 7, жестко соединенный с роторным диском 1 ротора магнитоэлектрического генератора (фиг.1). Ведомый диск 7 может быть объединен с роторным диском 1, образуя с ним монолитный конструктивный узел. В редукторе ведомый диск 7 может быть выполнен зубчатым, а элементы зацепления в ведущем диске 6 выполнены в виде установленных с возможностью вращения вокруг своей продольной оси роликов 8 (фиг.2).The magnetoelectric generator comprises a rotor in the form of a rotary disk 1 mounted for rotation. The rotor disk 1 is provided with radially permanent magnets 2 with alternating polarity, made, for example, flat or horseshoe-shaped (figure 3). The magnetoelectric generator also contains a stator in the form of a fixed stator disk 3 with symmetrically ring windings 4 placed on it (Fig. 4). Rotor 1 and stator 3 disks can be made, for example, of light metals and alloys, as well as of fiberglass reinforced. The annular windings 4 are magnetically coupled to a magnetic core made of magnetically soft material, which is configured to minimize the length of the magnetic lines in the form of at least one horseshoe-shaped core 5. The magnetoelectric generator also includes a gearbox including a drive disk 6 and a driven disk 7, rigidly connected to the rotor disk 1 of the rotor of the magnetoelectric generator (figure 1). The driven disk 7 can be combined with the rotor disk 1, forming with it a monolithic structural unit. In the gearbox, the driven disk 7 can be made gear, and the engagement elements in the drive disk 6 are made in the form of rollers 8 mounted with the possibility of rotation around its longitudinal axis (Fig. 2).

Магнитоэлектрический генератор работает следующим образом. Ведущий диск 6 редуктора принимает усилие вращения от силовой установки и посредством, например, зубчато-роликового зацепления усилие вращения передается ведомому диску 7 и соответственно роторному диску 1. При этом магнитные силовые линии располагающихся с поочередно противоположной полярностью постоянных магнитов 2 пересекают витки кольцевых обмоток 4. Периодически изменяющийся магнитный поток индуцирует ЭДС в кольцевых обмотках 4, в результате чего в них протекает кольцевой электрический ток. Магнитопровод выполняют из условия обеспечения возможности минимизации длины магнитных линий. Это достигается в том числе его размещением на статорном диске и выполнением в виде сердечников 5 подковообразной формы. Это снижает магнитное сопротивление магнитопровода и уменьшает боковое рассеяние магнитного потока, что снижает массу магнитопровода и соответственно общую массу магнитоэлектрического генератора и повышает его КПД. Наличие нескольких таких сердечников 5 на статорном диске 3 позволяет обеспечить многофазность магнитоэлектрического генератора. Возможность выполнения роторного диска 1 из любого легкого (немагнитомягкого) материала, например, алюминия, позволяет дополнительно облегчить конструкцию магнитоэлектрического генератора. Введение редуктора в магнитоэлектрический генератор, ведомый диск 7 которого жестко соединен (конструктивно объединен) с роторным диском 1, позволяет избежать необходимости механической юстировки массивного ротора силовой установки и осуществлять независимую юстировку составных частей магнитоэлектрического генератора, повысить скорость вращения его ротора, обеспечить возможность быстрого механического соединения-отсоединения магнитоэлектрического генератора от силовой установки. Кроме того, обеспечивается возможность подключения к силовой установке нескольких независимых магнитоэлектрических генераторов. Выполнение зацепления в редукторе зубчато-роликовым со свободно вращающимися роликами 8 позволяет уменьшить потери на трение и дополнительно повысить КПД магнитоэлектрического генератора и снизить себестоимость вырабатываемой электроэнергии. Наличие редуктора позволяет генерировать электрическую энергию при повышенной частоте, что в свою очередь повышает КПД магнитоэлектрического генератора. Сочетание выполнения его электрических и механических узлов описанным выше образом позволяет также в несколько раз изменять мощность вырабатываемой энергии без изменения его конструкции. Все это в целом повышает эксплуатационную эффективность магнитоэлектрического генератора.Magnetoelectric generator operates as follows. The drive disk 6 of the gearbox receives the rotation force from the power plant and, for example, by means of gear-roller gearing, the rotation force is transmitted to the driven disk 7 and, accordingly, to the rotor disk 1. In this case, the magnetic lines of force of the alternating magnets 2 alternating in opposite polarity intersect the turns of the ring windings 4. A periodically changing magnetic flux induces an EMF in the ring windings 4, as a result of which a ring electric current flows in them. The magnetic circuit is carried out from the condition of ensuring the possibility of minimizing the length of the magnetic lines. This is achieved including its placement on the stator disk and the execution in the form of cores 5 horseshoe-shaped. This reduces the magnetic resistance of the magnetic circuit and reduces the lateral scattering of the magnetic flux, which reduces the mass of the magnetic circuit and, accordingly, the total mass of the magnetoelectric generator and increases its efficiency. The presence of several such cores 5 on the stator disk 3 allows for the multiphase nature of the magnetoelectric generator. The ability to make the rotor disk 1 of any light (non-magnetic) material, for example, aluminum, allows you to further facilitate the design of the magnetoelectric generator. The introduction of the gearbox into the magnetoelectric generator, the driven disk 7 of which is rigidly connected (structurally integrated) with the rotor disk 1, eliminates the need for mechanical alignment of the massive rotor of the power plant and independently adjusts the components of the magnetoelectric generator, increases the rotational speed of its rotor, and allows fast mechanical connection - disconnecting the magnetoelectric generator from the power plant. In addition, it is possible to connect several independent magnetoelectric generators to the power plant. Performing gearing in the gear gear-roller with freely rotating rollers 8 can reduce friction losses and further increase the efficiency of the magnetoelectric generator and reduce the cost of generated electricity. The presence of the gearbox allows the generation of electrical energy at an increased frequency, which in turn increases the efficiency of the magnetoelectric generator. The combination of its electrical and mechanical components in the manner described above also allows you to several times change the power of the generated energy without changing its design. All this in general increases the operational efficiency of the magnetoelectric generator.

Пример реализации. Магнитоэлектрический генератор для ветроэнергетической установки выполнен с роторным диском 1 из алюминия с закрепленными на нем десятью подковообразными постоянными магнитами 2 с коэрцитивной силой 955 кА/м и статорным диском 3 из алюминия с четырьмя U-образными сердечниками 5 из ленты электротехнической стали. Каждая из кольцевых обмоток 4 состоит из двух катушек медного провода. Редуктор цевочного типа выполнен с передаточным числом 5:1. Масса образца генератора составляет 11 кг. При скорости вращения ротора 1500 об/мин обеспечивается максимальная входная мощность не менее 1 кВт. КПД генератора составил 90%. Момент страгивания составил 2 Нм.Implementation example. The magnetoelectric generator for a wind power installation is made with a rotor disk 1 of aluminum with ten horseshoe-shaped permanent magnets 2 attached to it with a coercive force of 955 kA / m and a stator disk 3 of aluminum with four U-shaped cores 5 of electrical steel tape. Each of the ring windings 4 consists of two coils of copper wire. The gearbox type gearbox is made with a gear ratio of 5: 1. The mass of the sample generator is 11 kg. At a rotor speed of 1500 rpm, a maximum input power of at least 1 kW is provided. The generator efficiency was 90%. The moment of breaking was 2 Nm.

Магнитоэлектрический генератор, выполненный в соответствии с полезной моделью, обладает более высокой эксплуатационной эффективностью по сравнению с аналогичными известными.The magnetoelectric generator, made in accordance with the utility model, has higher operational efficiency compared to similar known ones.

Claims

1. A magnetoelectric generator comprising a rotor in the form of a rotatable rotor disk mounted with radially constant magnets of alternating polarity, and a stator in the form of a fixed stator disk with symmetrically annular windings connected magnetically to a magnetic circuit made of soft magnetic material, characterized in that the magnetic circuit is configured to minimize the length of the magnetic lines in the form of at least one placed On the stator disk of the horseshoe-shaped core, the gearbox including the driven and driving disks is introduced into the magnetoelectric generator, the driven disk of which is rigidly connected to the rotor disk.

2. The magnetoelectric generator according to claim 1, characterized in that the driven disk of the gearbox is combined with the rotor disk, forming with it a monolithic structural unit.

3. The magnetoelectric generator according to claim 1, characterized in that the driven disk of the gearbox is gear, and the engagement elements of the drive disk are made in the form of rollers mounted around its rim with the possibility of rotation around its longitudinal axis.

4. The magnetoelectric generator according to claim 1, characterized in that the permanent magnets on the rotor disk are made flat.

5. The magnetoelectric generator according to claim 1, characterized in that the permanent magnets on the rotor disk are made horseshoe-shaped.