RU135859U1

RU135859U1 - MAGNETO-ELECTRIC GENERATOR

Info

Publication number: RU135859U1
Application number: RU2013120889/07U
Authority: RU
Inventors: Сергей Михайлович Есаков; Михаил Сергеевич Есаков; Константин Львович Козловский
Original assignee: Сергей Михайлович Есаков; Михаил Сергеевич Есаков
Priority date: 2013-05-06
Filing date: 2013-05-06
Publication date: 2013-12-20

Abstract

Магнитоэлектрический генератор, включающий статор с тороидальным магнитопроводом с радиально расположенными зубцами, сгруппированными по три зубца в каждой группе, на которых размещены обмотки статора, и укрепленный на валу дисковый ротор с постоянными магнитами с осевой намагниченностью и чередующейся полярностью, отличающийся тем, что каждой группе зубцов с обмотками статора соответствует группа, состоящая из двух постоянных магнитов ротора, при этом расстояние ℓмежду крайними гранями магнитов каждой группы по дуге, концентричной относительно оси ротора и проходящей по середине магнитов, соответствует расстоянию ℓпо той же дуге между крайними точками обмоток статора в каждой группе.A magnetoelectric generator including a stator with a toroidal magnetic circuit with radially spaced teeth, grouped by three teeth in each group, on which the stator windings are located, and a disk rotor mounted on the shaft with permanent magnets with axial magnetization and alternating polarity, characterized in that each group of teeth with stator windings there corresponds a group consisting of two permanent rotor magnets, and the distance ℓ between the extreme edges of the magnets of each group along an arc concentric relative to the axis of the rotor and passing in the middle of the magnets, corresponds to the distance ℓ along the same arc between the extreme points of the stator windings in each group.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к низкооборотным электрическим генераторам, и может быть использована, в частности, в ветроэнергетических установках.The utility model relates to the field of electrical engineering, namely to low-speed electric generators, and can be used, in particular, in wind energy installations.

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, кольцевые обмотки вставлены друг в друга с образованием модулей, при этом расстояние l между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину b кольцеобразного ряда постоянных магнитов, отличающийся тем, что между кольцевыми обмотками размещена дополнительная плоская кольцевая обмотка в форме равнобедренной трапеции, боковые стороны которой расположены в одной плоскости между боковыми сторонами других кольцевых обмоток, RU 115978 U1.A magnetoelectric generator is known, the rotor of which is equipped with permanent magnets, and the stator contains two parallel plates, between which there are ring windings made in the form of isosceles trapezoid, the sides of which are located radially relative to the axis of rotation of the rotor, and the sections of the ring windings in the trapezoid bases are curved along an arc, the rotor is made of two parallel disks fixed to the shaft, on each of which, on the surfaces facing each other, annular rows of constant ma magnets, the polarity of the permanent magnets in each row alternates, while the poles of the permanent magnets of one row are facing the opposite poles of the permanent magnets of the other row, the ring windings are inserted into each other with the formation of modules, while the distance l between the sections of the ring windings in the trapezoid bases exceeds the width b ring-shaped series of permanent magnets, characterized in that between the annular windings there is an additional flat annular winding in the form of an isosceles trapezoid, the sides of the cat They are located in one plane between the lateral sides of other ring windings, RU 115978 U1.

Недостатком данного технического решения является большая величина зазора между рядами постоянных магнитов, что приводит к уменьшению напряженности магнитного поля в этом зазоре и, соответственно, мощности генератора.The disadvantage of this technical solution is the large gap between the rows of permanent magnets, which leads to a decrease in the magnetic field strength in this gap and, accordingly, the generator power.

Известен магнитоэлектрический генератор, включающий статор с тороидальным магнитопроводом с радиально расположенными зубцами, на которых размещены обмотки статора и укрепленный на валу дисковый ротор с постоянными магнитами с осевой намагниченностью и чередующейся полярностью; каждому зубцу соответствует равный ему по площади магнит, 96/Gen_196.htm, 6 с, рис.2.1 и 5.1 (копия ссылки прилагается).A magnetoelectric generator is known, including a stator with a toroidal magnetic circuit with radially spaced teeth, on which stator windings and a disk rotor mounted on a shaft with permanent magnets with axial magnetization and alternating polarity are mounted; each tooth corresponds to a magnet equal in area to it, 96 / Gen_196.htm, 6 s, Fig. 2.1 and 5.1 (a copy of the link is attached).

При совпадении постоянных магнитов с зубцами магнитопровода статора (рис.5.1) за счет сил притяжения возникает большой момент сопротивления вращению ротора с валом («залипание» ротора), для преодоления которого необходимо значительно увеличивать пусковой момент на валу генератора.When the permanent magnets coincide with the teeth of the stator magnetic circuit (Fig. 5.1) due to the attractive forces, a large moment of resistance to rotation of the rotor with the shaft (“sticking” of the rotor) occurs, to overcome which it is necessary to significantly increase the starting moment on the generator shaft.

При увеличении или уменьшении числа обмоток на единицу по сравнению с числом магнитов эффект «залипания» ротора несколько сглаживается, однако при этом существенно уменьшается коэффициент полезного действия (к.п.д.) генератора.With an increase or decrease in the number of windings per unit compared to the number of magnets, the effect of “sticking” of the rotor is somewhat smoothed out, however, the generator’s efficiency (efficiency) is significantly reduced.

Все эти недостатки свойственны также магнитоэлектрическому генератору согласно RU 2337458 C1, включающему статор с тороидальным магнитопроводом с радиально расположенными зубцами. Количество катушек и, соответственно, зубцов, b=2, 3, 4, 5… целое положительное число. В конкретном примере по фиг.1, 2 в каждой группе содержится три зубца. Ротор содержит 16 постоянных магнитов, а магнитопровод статора - 18 зубцов с обмотками. Поскольку количество магнитов и зубцов различается, эффект «залипания» ротора несколько сглаживается, однако при этом существенно снижается к.п.д. электрической машины.All these disadvantages are also characteristic of a magnetoelectric generator according to RU 2337458 C1, which includes a stator with a toroidal magnetic circuit with radially spaced teeth. The number of coils and, accordingly, teeth, b = 2, 3, 4, 5 ... a positive integer. In the specific example of figure 1, 2 in each group contains three teeth. The rotor contains 16 permanent magnets, and the stator magnetic circuit contains 18 teeth with windings. Since the number of magnets and teeth varies, the effect of “sticking” of the rotor is somewhat smoothed, however, the efficiency is significantly reduced. electric car.

Устройство RU 2337458 C1 принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.The device RU 2337458 C1 adopted as a prototype of this utility model.

Задачей настоящей полезной модели является, практически, полное устранение эффекта «залипания» ротора и увеличение к.п.д.The objective of this utility model is, in practice, the complete elimination of the effect of “sticking” of the rotor and increase the efficiency

Согласно полезной модели в магнитоэлектрическом генераторе, включающем статор с тороидальным магнитопроводом с радиально расположенными зубцами, сгруппированными по три зубца в каждой группе, на которых размещены обмотки статора, и укрепленный на валу дисковый ротор с постоянными магнитами с осевой намагниченностью и чередующейся полярностью, каждой группе зубцов с обмотками статора соответствует группа, состоящая из двух постоянных магнитов ротора, при этом расстояние 1 т между крайними гранями магнитов каждой группы по дуге, концентричной относительно оси ротора и проходящей по середине магнитов, соответствует расстоянию 10 по той же дуге между крайними точками обмоток статора в каждой группе.According to a utility model, in a magnetoelectric generator comprising a stator with a toroidal magnetic circuit with radially spaced teeth, grouped by three teeth in each group, on which the stator windings are located, and a disk rotor mounted on the shaft with permanent magnets with axial magnetization and alternating polarity, each group of teeth with stator windings there corresponds a group consisting of two permanent rotor magnets, with a distance of 1 t between the extreme edges of the magnets of each group along an arc, the concentration ternary relative to the axis of the rotor and passing in the middle of the magnets, corresponds to a distance of 10 along the same arc between the extreme points of the stator windings in each group.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели условию патентоспособности «Новизна».The applicant has not identified any technical solutions identical to the claimed one, which allows us to conclude that the utility model meets the patentability condition “Novelty”.

Постоянные магниты ротора сопряжены друг с другом без промежутков между ними и, практически, образуют замкнутый кольцевой контур. Поэтому напротив всей поверхности любого зубца всегда находится поверхность одного или двух магнитов. Исключается ситуация, когда напротив поверхности зубца находится промежуток между магнитами, как это имеет место в устройстве-прототипе. Таким образом, практически, полностью исключается «залипание» ротора. Крайне незначительными силами сопротивления вращению ротора за счет гистерезиса при перемагничивании зубцов магнитопровода статора можно пренебречь.Permanent rotor magnets are coupled to each other without gaps between them and, in practice, form a closed ring contour. Therefore, the surface of one or two magnets is always opposite the entire surface of any tooth. The situation is excluded when the gap between the magnets is opposite the tooth surface, as is the case in the prototype device. Thus, the “sticking” of the rotor is almost completely eliminated. The extremely insignificant forces of resistance to rotor rotation due to hysteresis during magnetization reversal of the teeth of the stator magnetic circuit can be neglected.

Поскольку все магниты одновременно и постоянно взаимодействуют с зубцами и, соответственно, с обмотками статора, повышается к.п.д. генератора. Таким образом достигается технический результат, состоящий в практическом исключении сил сопротивления вращению вала генератора вследствие эффекта «залипания» ротора, а также в повышении к.п.д. Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:Since all magnets simultaneously and constantly interact with the teeth and, accordingly, with the stator windings, the efficiency increases generator. Thus, a technical result is achieved, consisting in the practical exclusion of the forces of resistance to rotation of the generator shaft due to the effect of “sticking” of the rotor, as well as in increasing the efficiency The invention is illustrated by drawings, which depict:

на фиг.1 - вид спереди с частичным вырывом;figure 1 is a front view with a partial pullout;

на фиг2 - разрез Α-A на фиг.1;figure 2 is a section Α-A in figure 1;

на фиг.3-разрез В-В на фиг.1;figure 3-section bb in figure 1;

на фиг.4 - разрез С-С на фиг.1;figure 4 is a section CC in figure 1;

на фиг.5 - группа зубцов тороидального магнитопровода и статора с обмотками и расположенными над ними постоянными магнитами;figure 5 is a group of teeth of a toroidal magnetic circuit and stator with windings and permanent magnets located above them;

на фиг.6 - разрез D-D на фиг.5;Fig.6 is a section D-D in Fig.5;

на фиг.7 - группа зубцов тороидального магнитопровода статора с обмотками в аксонометрии;Fig.7 is a group of teeth of a toroidal magnetic circuit of the stator with windings in a perspective view;

на фиг.8 - магнитоэлектрический генератор в сборе в аксонометрии с частичным вырывом. Магнитоэлектрический генератор включает статор с тороидальным магнитопроводом 1 с радиально расположенными зубцами 2, сгруппированными по три зубца в каждой группе. Количество зубцов в группе определяет фазность генератора, то есть, при трех зубцах в группе генератор является трехфазным. На зубцах 2 размещены обмотки 3 статора. Генератор также включает укрепленный на валу 4 дисковый ротор 5 с постоянными магнитами 6 с осевой намагниченностью и чередующейся полярностью. Каждой группе зубцов 2 соответствует группа из двух постоянных магнитов 6 ротора. Расстояние l_m между крайними гранями магнитов каждой группы по дуге, концентричной оси ротора и проходящей по середине магнитов, соответствует расстоянию l_o по той же дуге между крайними точками обмоток статора в каждой группе (фиг.5, 6).on Fig - magnetoelectric generator assembly in a perspective view with a partial tear. The magnetoelectric generator includes a stator with a toroidal magnetic circuit 1 with radially spaced teeth 2, grouped by three teeth in each group. The number of teeth in the group determines the phase of the generator, that is, with three teeth in the group, the generator is three-phase. On the teeth 2 placed windings 3 of the stator. The generator also includes a disk rotor 5 mounted on the shaft 4 with permanent magnets 6 with axial magnetization and alternating polarity. Each group of teeth 2 corresponds to a group of two permanent magnets 6 of the rotor. The distance l _m between the extreme edges of the magnets of each group along the arc concentric with the rotor axis and passing through the middle of the magnets corresponds to the distance l _o along the same arc between the extreme points of the stator windings in each group (Figs. 5, 6).

Магнитоэлектрический генератор содержит корпус 7 с крышкой 8.The magnetoelectric generator contains a housing 7 with a cover 8.

Магнитоэлектрический генератор работает следующим образом. При вращении ротора 5 с валом 4 магнитные силовые линии постоянных магнитов 6 индуцируют в зубцах 2 магнитопровода 1 статора переменное магнитное поле, которое обусловливает появление ЭДС в обмотках 3 статора. Поскольку между постоянными магнитами нет промежутков, к поверхности каждого зубца 2 всегда обращена поверхность одного или двух постоянных магнитов. Благодаря этому исключается «залипание» ротора, все магниты всегда и в полной мере индуцируют ЭДС в обмотках статора, что обеспечивает повышение к.п.д. в сравнении с прототипом. Фазовый сдвиг ЭДС в обмотках на смежных зубцах каждой группы (фиг.5, 6, 7) составляет 120°, что обеспечивает генерирование трехфазного электрического тока.Magnetoelectric generator operates as follows. When the rotor 5 rotates with the shaft 4, the magnetic field lines of the permanent magnets 6 induce an alternating magnetic field in the teeth 2 of the stator magnetic circuit 1, which causes the appearance of an EMF in the stator windings 3. Since there are no gaps between the permanent magnets, the surface of each tooth 2 always faces the surface of one or two permanent magnets. This eliminates the "sticking" of the rotor, all magnets always and fully induce EMF in the stator windings, which ensures an increase in efficiency in comparison with the prototype. The phase shift of the EMF in the windings on adjacent teeth of each group (Figs. 5, 6, 7) is 120 °, which ensures the generation of a three-phase electric current.

Изготовлен и испытан опытный образец устройства.A prototype device has been manufactured and tested.

Магнитоэлектрический генератор может также работать в режиме электрического двигателя.The magnetoelectric generator can also operate in electric motor mode.

Claims

A magnetoelectric generator including a stator with a toroidal magnetic circuit with radially spaced teeth, grouped by three teeth in each group, on which the stator windings are located, and a disk rotor mounted on the shaft with permanent magnets with axial magnetization and alternating polarity, characterized in that each group of teeth with the windings of the stator corresponds to a group consisting of two permanent magnets of the rotor, the distance ℓ _m between the outermost edges of each group of magnets in an arc concentric d relative to the rotor axis and passing through the middle of the magnets, is the distance ℓ _on the same arc between the outermost points of the stator windings in each group.