RU175507U1 - Синхронный генератор переменного тока с торцевым возбуждением - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к индукторным генераторам, и может быть использована для выработки электрической энергии при вращении ротора, в частности для получения постоянного, однофазного и трехфазного переменного тока нормальной и повышенной частоты.Синхронный генератор переменного тока с торцевым возбуждением включает неподвижный статор с силовыми обмотками и ротор с обмотками возбуждения постоянным током, при этом ротор генератора выполнен составным в виде центральной металлической основы и сформированной на ней из ленточной электротехнической стали многослойной навивки, при этом на торцевых сторонах навивки, напротив обмоток статора, выполнены выступы, на которых выполнены индуктивные обмотки электрически связанные с контактными кольцами, смонтированными через изоляторы на боковых сторонах основы. Каждую пару индуктивных обмоток ротора на правой и левой его сторонах, расположенных напротив друг друга, выполняют последовательно одним проводом, начало которого соединяют с контактным правым кольцом, а конец провода с контактным левым кольцом.В настоящее время автором осуществляется изготовление опытного образца генератора, испытания которого намечено провести в четвертом квартале 2017 года.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к индукторным генераторам, и может быть использована для выработки электрической энергии при вращении ротора, в частности для получения постоянного, однофазного и трехфазного переменного тока нормальной и повышенной частоты.

Известен индукторный генератор, предназначенный для выработки электрической энергии при вращении ротора, см. патент RU 2085010 С1, 20.08.1997. Известный генератор предназначен для получения электрической энергии переменного и постоянного тока и содержит цилиндрический явнополюсный ротор, неподвижный статор с силовыми обмотками, расположенными на его полюсах, и обмоткой возбуждения.

К недостаткам известного генератора можно отнести то, что он имеет сложную конструкцию, и ограниченные возможности применения и низкий коэффициент полезного действия.

Известен более совершенный индукторный генератор с торцевым возбуждением см. патент РФ №2454775, М. кл. Н02K 19/24, содержащий неподвижный статор с силовыми обмотками, расположенными на его полюсах, и с обмоткой возбуждения, питаемой от источника постоянного тока, цилиндрический явнополюсный ротор, расположенный соосно со статором, при этом статор выполнен в виде центрального цилиндрического сердечника и боковых стержней, расположенных вокруг и симметрично по отношению к сердечнику и имеющих с ним общее основание, торцевые поверхности стержней имеют вид секторов с длиной дуги равной π/2, ротор содержит центральную часть, примыкающую с зазором к сердечнику статора, и два полюса, выполненных в виде секторов с длиной дуги, равной длине дуги секторов стержней статора и примыкающих с зазором к торцевым поверхностям боковых стержней, причем площадь сечения сектора полюса ротора равна площади сечения сектора стержня статора. Торцевые поверхности боковых стержней статора направлены перпендикулярно или к оси сердечника. Число стержней статора равно двум или трем. Обмотка сердечника подключена к приемнику электрической энергии через выпрямители, установленные на выходе силовых обмоток стержней статора. В качестве материала для изготовления статора использован магнитотвердый материал магнитодиэлектрик. Цилиндрический сердечник содержит вал, на котором установлен ротор.

К недостаткам прототипа можно отнести низкие технологические возможности, заключающиеся в невысоком к.п.д.

Техническим результатом является устранение недостатков прототипа, в частности создание индукторного генератора с расширенными технологическими возможностями и способного вырабатывать электрическую энергию в виде однофазного, или трехфазного тока с повышенным коэффициентом полезного действия.

Поставленный технический результат достигается использованием сочетания известных, общих с прототипом признаков включающих неподвижный статор с силовыми обмотками и ротор с обмотками возбуждения постоянным током и новых признаков, заключающихся в том, что ротор генератора выполнен составным в виде центральной металлической основы и сформированной на ней из ленточной электротехнической стали многослойной навивки, при этом на торцевых сторонах навивки, напротив обмоток статора, выполнены выступы, на которых выполнены индуктивные обмотки электрически связанные с контактными кольцами, смонтированными через изоляторы на боковых сторонах основы.

Витки ленточной навивки изолированы друг от друга и жестко соединены с центральной частью основы ротора.

Каждую пару индуктивных обмоток ротора на правой и левой его сторонах, расположенных напротив друг друга, выполняют последовательно одним проводом, начало которого соединяют с контактным правым кольцом, а конец провода с контактным левым кольцом.

Противоположно расположенные обмотки ротора одной пары выполняют чередованием - одну по часовой стрелке, а следующую пару выполняют против часовой стрелки.

Обмотки статора наматывают зеркально, одну по часовой стрелке, а противоположную против часовой стрелки, при этом подключение обмоток также выполняют зеркально.

Количество обмоток каждого статора на одну треть больше количества обмоток ротора.

В качестве материала для изготовления навивки ротора используют электротехническую сталь с содержанием кремния 2,5-3,0%.

Новизной предложенного генератора является выполнение ротора генератора составным в виде центральной металлической основы и сформированной на ней из ленточной электротехнической стали многослойной навивки, при этом на торцевых сторонах навивки, напротив обмоток статора, выполнены выступы, на которых выполнены индуктивные обмотки электрически связанные с контактными кольцами, смонтированными через изоляторы на боковых сторонах основы.

Так, выполнение ротора составным в виде центральной металлической основы и сформированной на ней из ленточной электротехнической стали многослойной навивки позволяет создавать более эффективный и более мощный магнитный поток и как результат повышает к.п.д.

Выполнение обмоток статора напротив выступов ротора, на которых выполнены силовые обмотки электрически связанные с контактными кольцами, смонтированными через изоляторы на боковых сторонах основы, позволяет без потерь использовать магнитный поток для выработки большей мощности.

Признаки выполнения витков ленточной навивки, изолированных друг от друга и жестко соединенных с центральной частью основы ротора, выполнение каждой пары индуктивных обмоток ротора на правой и левой его сторонах, расположенных напротив друг друга, последовательно одним проводом, начало которого соединяют с контактным правым кольцом, а конец провода с контактным левым кольцом, выполнение противоположно расположенных обмоток ротора одной пары чередованием - одну по часовой стрелке, а следующую пару выполняют против часовой стрелки, наматывание обмоток статора зеркально, одну по часовой стрелке, а противоположную против часовой стрелки, при этом подключение обмоток также выполняют зеркально, выполнение количества обмоток каждого статора на одну треть больше количества обмоток ротора, использование в качестве материала для изготовления навивки ротора используют электротехническую сталь с содержанием кремния 2,5-3,0% - являются признаками дополнительными, направленными на более полное раскрытие основных признаков и на достижение поставленного технического результата.

Проведенные патентно-информационные исследования, сочетания известных и новых признаков предполагаемой полезной модели в источниках патентной и научно-технической информации не выявили, что позволяет отнести признаки к обладающим новизной.

Поскольку предложенное сочетание признаков не известно из существующего уровня техники и не вытекает из него явным образом, и позволяет получить более высокий технический результат, то предлагаемые существенные признаки и их сочетание можно считать имеющими изобретательский уровень.

Описание осуществления предлагаемого устройства, в том числе в работе, позволяет отнести его к промышленно-выполнимым.

На фиг. 1 схематично представлен предлагаемый генератор в разрезе.

На фиг. 2 представлена многослойная навивка ротора из ленточной электротехнической стали с выполненными с правой и левой сторон выступами и впадинами.

На фиг. 3 показана ленточная навивка ротора с торца.

Синхронный генератор переменного тока с торцевым возбуждением состоит из ротора выполненного составным из центральной основы 1 смонтированной на валу 2 с размещенной на ее наружной цилиндрической поверхности ленточной навивки 3, выполненной из электротехнической кремнистой стали. На боковых поверхностях основы 1 через изоляторы 4 закреплены контактные медные кольца 5, с которыми контактируют щетки щеткодержателя 6. Щеткодержатель установлен в направляющей жестко закрепленной на корпусе каждого статора трубке 7. На ленточной навивке ротора выполнены выступы 8 и впадины 9 образующие пазы. На выступах 8 выполнены обмотки 10 ротора. С обеих торцовых сторон ротора на ленточной навивке 11 статора выполнены обмотки 12. На наружной стороне левого 13 и правого 14 корпусов статора выполнены клеммники 15. Корпуса 13 и 14 статора соединены между собой при помощи обечайки 16. Вал 2 ротора смонтирован на подшипниках 17, положение которых фиксируется гайками 18.

Синхронный генератор переменного тока с торцевым возбуждением работает следующим образом:

При подаче постоянного тока на медные кольца 4 ротора происходит возбуждение всех обмоток 10 ротора. Образовалось магнитное поле в обмотках на каждом выступе 8 (индукторе) ротора, которое возбуждает в силовых боковых обмотках 12 (якорях) статора переменный ток. Переменный ток снимаем с клеммников 15. Количество обмоток на каждом статоре больше количества обмоток на роторе на 1/3. Переменный ток с одной обмотки статора является одной фазой. Три обмотки подряд образуют три фазы переменного тока. Так, при вращении ротора по кругу создаем переменный ток в обмотках статора. Наличие с торцов ротора двух статоров позволяет снимать переменный ток в два раза больше чем в прототипе и чем в обычном генераторе. Практически на одном валу получается два генератора - правый и левый. Таким образом, при подаче постоянного тока на обмотки (индукторы) возбуждения ротора, в силовых обмотках статора индуцируется переменный ток, который и снимается с клеммников 15 статоров на общий рубильник.

Обмотки ротора выполняют цельным проводом попарно, путем навивки, например, обмотки на одном правом выступе 8 ротора с переходом и выполнением обмотки на левом выступе ротора, при этом начало правой обмотки соединено с контактным медным кольцом 4, смонтированным на правой стороне ротора и выход обмотки, выполненной на выступе левой стороны, соединен с контактным медным кольцом, смонтированным на левой стороне ротора. Таким образом, все обмотки с правой стороны соединены с токопроводящим контактным медным правым кольцом, а все обмотки левой стороны соединены с токопроводящим медным кольцом, смонтированным на роторе с левой стороны.

Выполнение витков ленточной навивки изолированными друг от друга и жестко соединенными с центральной частью основы ротора обеспечивает надежную работу генератора.

Выполнение противоположно расположенных обмоток ротора одной пары чередованием - одну по часовой стрелке, а следующую пару выполняют против часовой стрелки, позволяет получать переменный ток.

Обмотки статора наматывают зеркально, одну по часовой стрелке, а противоположную против часовой стрелки, при этом подключение обмоток также выполняют зеркально для совместимости фаз.

Количество обмоток каждого статора на одну треть больше количества обмоток ротора для выработки трехфазного тока и получения кривой напряжения под углом в 120°.

В качестве материала для изготовления навивки ротора используют электротехническую сталь с содержанием кремния 2,5-3,0% обеспечивает быстрое перемагничивание.

Катушки ротора через одну на одной стороне ротора наматывают в обратном направлении, чтобы создать чередующееся и противоположно направленное магнитное поле.

В настоящее время автором осуществляется изготовление опытного образца генератора, испытания которого намечено провести в четвертом квартале 2017 года.

Claims (7)

1. Синхронный генератор переменного тока с торцевым возбуждением, включающий неподвижный статор с силовыми обмотками и ротор с обмотками возбуждения постоянным током, отличающийся тем, что ротор генератора выполнен составным в виде центральной металлической основы и сформированной на ней из ленточной электротехнической стали многослойной навивки, при этом на торцевых сторонах навивки, напротив обмоток статора, выполнены выступы, на которых выполнены индуктивные обмотки электрически связанные с контактными кольцами, смонтированными через изоляторы на боковых сторонах основы.

2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что витки ленточной навивки изолированы друг от друга и жестко соединены с центральной частью основы ротора.

3. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что каждую пару индуктивных обмоток ротора на правой и левой его сторонах, расположенных напротив друг друга, выполняют последовательно одним проводом, начало которого соединяют с контактным правым кольцом, а конец провода с контактным левым кольцом.

4. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что противоположно расположенные обмотки ротора одной пары выполняют чередованием - одну по часовой стрелке, а следующую пару выполняют против часовой стрелки.

5. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что обмотки статора наматывают зеркально, одну по часовой стрелке, а противоположную против часовой стрелки, при этом подключение обмоток также выполняют зеркально.

6. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что количество обмоток каждого статора на одну треть больше количества обмоток ротора.

7. Генератор по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала для изготовления навивки ротора используют электротехническую сталь с содержанием кремния 2,5-3,0%.

Images