RU131919U1

RU131919U1 - LOW-TURNING ELECTRIC CURRENT GENERATOR

Info

Publication number: RU131919U1
Application number: RU2013100903/07U
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Киреев; Дмитрий Семенович Стребков
Original assignee: Сергей Иванович Киреев
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2013-08-27

Abstract

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.A low-speed electric current generator containing a drive shaft, on which the stator is rigidly fixed, axially magnetized permanent magnets that are discreetly circumferential and facing one side of the magnetic circuit, characterized in that the magnetic core is made in the generator armature and the generator armature teeth are bevelled height relative to the longitudinal axis of the generator shaft, while the magnetic poles of the inductor are straight and oriented parallel to the axis of the shaft, and to reduce the initial moment of stress Ia yoke collapsible inductor formed with adjusting screws for adjusting the flux between the armature and the poles of the inductor.

Description

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть применена, например, в автономных устройствах ветроэнергетики, гидроэнергетики и других.The utility model relates to the field of electric power and can be applied, for example, in stand-alone devices of wind power, hydropower, and others.

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.Electric current generators are known that use in the process of converting mechanical energy to electrical medium and high rotational speeds of the rotor, which are formed by converting small revolutions of a wind wheel or hydraulic blade into medium or high revolutions using a mechanical multiplier.

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.The disadvantage of such devices is the large energy loss for transferring the rotor through the multiplier to the high-speed region, as well as the high cost of installing and maintaining the multiplier and reducing the reliability of the entire energy conversion system.

Такие системы обладают еще одним недостатком - высоким моментом страгивания системы, что влечет за собой потери энергии малых ветро-гидропотоков.Such systems have one more drawback - the high moment of system breakdown, which entails the loss of energy of small wind and water flows.

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)Known magnetic end alternators containing a housing, a drive shaft, on which is mounted a rotor with a magnetic circuit and permanent magnets placed around the circumference of the magnetic circuit, a stator in the form of a disk with coils of working windings. (UK application No. 1491026 Cl 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.The closest in technical essence to the proposed solution is “End alternator” (USSR patent No. 1835116 Cl Н02К 21/12 BI No. 30, 1993), comprising a housing with thrust bearings and a drive shaft on which the stator is rigidly fixed, made in the form two interconnected disk magnetic circuits and axially magnetized permanent magnets that are discreetly circumferential and facing one side of the magnetic circuit, a stator in the form of a disk of electrical insulation material with coils of working volume heel, with elements for adjusting the air gap between the rotor and stator.

Недостатками известного генератора являются низкие КПД и удельная мощность.The disadvantages of the known generator are low efficiency and power density.

Задачей полезной модели является уменьшение потерь энергии малых ветро-гидропотоков, увеличение КПД преобразования механической энергии в электрическую, повышение удельной мощности и надежности системы преобразования.The objective of the utility model is to reduce the energy loss of small wind and water flows, increase the efficiency of conversion of mechanical energy into electrical energy, increase the specific power and reliability of the conversion system.

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.As a result of using the proposed utility model, the energy losses of small wind and water flows are significantly reduced, the efficiency of the device and its specific power are increased, while the reliability parameter grows.

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.The above technical result is achieved by the fact that in the proposed low-speed electric current generator containing a drive shaft, on which the stator is rigidly fixed, axially magnetized permanent magnets that are discreetly circumferential and facing one side of the magnetic circuit, a magnetic circuit is made in the generator armature, and teeth the generator armature has a bevel in height relative to the longitudinal axis of the generator shaft, while the magnetic poles of the inductor are straight and oriented parallel to and the shaft, and to reduce the initial moment of stragging, the yoke of the inductor is made collapsible with adjusting screws for adjusting the magnetic flux between the armature and the poles of the inductor.

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.The proposed low-speed electric current generator is built on the principle of reducing the loss of the main magnetic flux of the inductor by using the magnetic circuit in the armature of the generator and in the yoke of the inductor for a more complete closure of the magnetic flux through the working windings of the generator. Compared to circuits without a magnetic circuit, this will lead to a significant reduction in the size and specific gravity of the entire generator due to an increase in the utilization of the magnetic field when creating the electromotive force (EMF) of the armature.

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.To reduce the moment the generator is strained, the teeth of the generator armature have a bevel in height relative to the longitudinal axis of the generator shaft, while the magnetic poles of the inductor do not have such a bevel, but are oriented parallel to the shaft axis.

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.The yoke of the inductor is detachable, with screws, with the help of which the assembly-disassembly of the device and the adjustment (adjustment) of the air gaps between the rotor inductor and the stator (armature teeth) are performed. By means of screws of the yoke of the inductor yoke, a smoother movement of the poles of the inductor from the tooth to the tooth of the armature is made smoother, with less mechanical resistance, thereby reducing the initial moment of moving the generator and increasing the use of energy of small wind and hydraulic flows.

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.Depending on the required power of the generator, the number of poles of the inductor, the diameter of the rotor, the height of the teeth of the armature and the poles of the inductor, the number of turns and the diameter of the armature winding can vary. Moreover, to increase the EMF of the generator, the working windings of the armature are connected in series.

Сущность предлагаемого низкооборотного генератора электрического тока поясняется фиг 1 и фиг.2.The essence of the proposed low-speed electric current generator is illustrated in Fig 1 and Fig.2.

На фиг.1 - представлена схема полезной модели вид сверху.Figure 1 - presents a diagram of a utility model top view.

На фиг.2 - представлен вид зубцов и, соответственно, проекции полюсов индуктора на сами зубцы.Figure 2 - presents a view of the teeth and, accordingly, the projection of the poles of the inductor on the teeth themselves.

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.A low-speed electric current generator contains 1 - the generator shaft, 2 - permanent magnets by the number of poles of the inductor with alternating polarity of the poles, 3 - teeth of the stator armature by the number of poles of the inductor, 4 - stator armature, 5 - collapsible yoke of the inductor, 6 - yoke adjustment screws, 7 - inductor rotor, 8 - windings of the generator armature, 9 - air grooves between the teeth of the armature.

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.The stator armature 4 is fixedly mounted on the generator shaft 1 and, through the bearing assemblies (not shown in the diagram), the inductor rotor 7, which are centered among themselves on the shaft 1. Permanent magnets 2 are mounted on yoke 5 on the inner side of the yoke clip, at an equal distance from each other into special holes in the yoke for a more complete use of the magnetic flux of permanent magnets 2. The rotor 7 of the inductor consists of a yoke 5, permanent magnets 2 and fastening mechanisms (not shown in the diagram) to the shaft 1. The windings 8 of the armature 4 are electrically connected to each other and Vita the teeth 3 in compliance with electrical insulation.

Работает предлагаемый низкооборотный генератор электрического тока следующим образом.The proposed low-speed electric current generator operates as follows.

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.The magnetic lines of force of the main flow of the inductor are closed through small air gaps between the teeth 3 of the armature and the poles 2 of the rotor, which are regulated by screws 6 of the rotor yoke, pass through the contours of the armature windings 8. When the rotor 7 is rotated by an external source of mechanical energy, the magnetic flux density changes periodically fields in the contours of the windings of the armature 8 and its sign or direction. This is a condition, in accordance with the law of electromagnetic induction, of creating an EMF in the windings of the armature 8, which, when the entire common winding is switched on to an external load, creates an electric current whose power is proportional to the magnitude of this current and the EMF induced in the winding of the generator.

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.This generator is designed to operate starting at 30 rpm. To increase power, the outer diameter of the armature 4, the number of turns of the windings 8, the height of the teeth 3 and poles 2, as well as the number of poles 2 of the rotor 7 and the diameter of the rotor itself are increased.

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.In addition, to reduce the initial moment of moving the generator, the teeth 3 of the armature are beveled, while the poles 2 of the inductor have a direct configuration relative to their height parallel to the axis of the generator shaft. In figure 2, the shaded position is the projection of the poles 2 of the inductor, the unshaded position is the teeth 3 of the armature 4; 1 - generator shaft; 9 - air gaps between the teeth 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.Anchor 4 is made of sheets of electrical steel, isolated electrically from each other to reduce eddy current losses. The yoke 5 of the rotor is made of magnetically conductive structural steel. The poles 2 of the inductor are permanent magnets with high residual magnetic induction, installed in small recesses in the yoke of the rotor for more complete closure of the main magnetic flux of the inductor. In the gaps between the two halves of the yoke yoke 5, it is possible to insert control plates of different thicknesses from a magnetically conductive or non-conductive material to control the resulting magnetic flux of the generator and its initial moment of breaking.

Claims

A low-speed electric current generator containing a drive shaft on which the stator is rigidly fixed, axially magnetized permanent magnets that are discreetly circumferential and facing one side of the magnetic circuit, characterized in that the magnetic core is made in the generator armature and the generator armature teeth are bevelled height relative to the longitudinal axis of the generator shaft, while the magnetic poles of the inductor are straight and oriented parallel to the axis of the shaft, and to reduce the initial moment of stress Ia yoke collapsible inductor formed with adjusting screws for adjusting the flux between the armature and the poles of the inductor.