RU2097902C1 - Генератор электрической энергии - Google Patents

Генератор электрической энергии Download PDF

Info

Publication number
RU2097902C1
RU2097902C1 RU95107317A RU95107317A RU2097902C1 RU 2097902 C1 RU2097902 C1 RU 2097902C1 RU 95107317 A RU95107317 A RU 95107317A RU 95107317 A RU95107317 A RU 95107317A RU 2097902 C1 RU2097902 C1 RU 2097902C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stator
rotor
annular
toroidal
inductors
Prior art date
Application number
RU95107317A
Other languages
English (en)
Other versions
RU95107317A (ru
Inventor
Борис Тимофеевич Тучин
Original Assignee
Борис Тимофеевич Тучин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Борис Тимофеевич Тучин filed Critical Борис Тимофеевич Тучин
Priority to RU95107317A priority Critical patent/RU2097902C1/ru
Publication of RU95107317A publication Critical patent/RU95107317A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2097902C1 publication Critical patent/RU2097902C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

Использование: в народном хозяйстве и в быту для получения электроэнергии. Сущность изобретения: статор 1 выполнен разъемным с кольцевой полостью и имеет разрез для размещения ступицы ротора, в каждой половине статора размещены секторы кольцевых постоянных магнитов 2, установленных по окружности статора одноименными полюсами друг к другу. Ротор выполнен в виде тороидального кольца на магнитопроводах которого размещены кольцевые катушки индуктивности 3, последовательно соединенные с конденсаторами 7. Катушки индуктивности 3 индуктивно связаны с неподвижной тороидальной катушкой индуктивности 8 проводником. 7 ил.

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в народном хозяйстве и в быту.
Известен генератор электрической энергии, содержащий корпус со статором с постоянными магнитами, закрепленный на валу ротор с катушками обмотки (Гусев С.А. Очерки по истории развития электрических машин, М-Л. ГЭИ, 1955, с. 80 81, фиг. 2 8).
Недостатком такого генератора электрической энергии является низкий коэффициент мощности, cosΦ которого меньше единицы, и недостаточный КПД.
Задача, достигаемая изобретением, состоит в том, чтобы обеспечить в генераторе электрической энергии cosΦ, равным единицы, и увеличить КПД генератора электрической энергии.
Указанная задача достигается тем, что статор выполнен разъемным с кольцевой полостью и имеет разрез для размещения ступицы ротора, в каждой половине статора размещены секторы кольцевых постоянных магнитов, установленных по окружности статора одноименными полюсами друг к другу, а ротор выполнен в виде тороидального кольца, на магнитопроводах которого размещены кольцевые катушки индуктивности обмотки якоря и конденсаторы, имеющие последовательное соединение с катушками индуктивности, индуктивно связанные с неподвижной тороидальной катушкой индуктивности, проводником.
Изобретение имеет признаки новизны, так как в отличие от прототипа статор выполнен разъемным с кольцевой полостью и имеет разрез для размещения ступицы ротора, в каждой половине статора размещены секторы кольцевых постоянных магнитов, установленных по окружности статора одноименными полюсами друг к другу, а ротор выполнен в виде тороидального кольца, на магнитопроводах которого размещены кольцевые катушки обмотки якоря и конденсаторы, имеющие последовательное соединение с катушками индуктивности, индуктивно связанные с неподвижной тороидальной катушкой индуктивности, проводником, в результате этого в генераторе электрической энергии cosΦ становится равным единицы и увеличивается КПД генератора электрической энергии.
Предлагаемый генератор электрической энергии поясняется на фиг. 1 7.
Генератор состоит (фиг.1) из алюминиевого корпуса 1, состоящего из двух разъемных частей, постоянных кольцевых секторных магнитов 2, армированных в разъемных частях корпуса, катушек индуктивности 3, намотанных на ферросплавном каркасе, ферросплавного диска 4, являющегося ротором, опорных подшипников 5, вала 6, несущего ротор, конденсаторов 7, неподвижной катушки индуктивности 8, подшипниковых щитов 9, изготовленных из диэлектрического материала.
Генератор электрической энергии работает следующим образом (фиг. 1).
При вращении вала 6, ротор 4 с установленными на нем катушками индуктивности колебательных контуров 3 и конденсаторами 7 начнет совершать вращательное движение во внутренней полости секторных кольцевых постоянных магнитов 2, образующих систему возбуждения на статоре.
При достижении ротором частоты вращения, равной резонансной частоте последовательных колебательных контуров, установленных на роторе 4, в катушках индуктивности 3 начнет индуктироваться электродвижущая сила, которая посредством индуктивной связи будет индуктироваться в тороидальной катушке индуктивности 8, установленной на корпусе генератора электрической энергии неподвижно, к выводам которой может быть подключен потребитель тока.
Рассмотрим, как в генераторе электрической энергии при помощи кольцевых секторных постоянных магнитов образуется система возбуждения, при помощи которой наводится электродвижущая сила в катушках индуктивности последовательных колебательных контуров, а также, каким образом происходит трансформирование ЭДС в неподвижную тороидальную катушку индуктивности.
Так как отдельный кольцевой постоянный магнит (фиг. 2) содержит две зоны, в которых магнитное поле меняет свое направление, то установив постоянные кольцевые магниты на статоре по окружности с минимальным зазором, с одинаковым шаговым расстоянием, одноименными полюсами друг к другу, во внутренней кольцевой полости статора получают сфокусированный магнитный поток, одинаковый по величине и переменный по направлению, в котором магнитно-силовые линии от кольцевого постоянного магнита к рядом стоящему кольцевому магниту меняют свое направление, как показано на (фиг. 3 и фиг. 4), имея дугообразную форму, в результате проводники катушек индуктивности ротора при движении по внутренней кольцевой полости статора пересекают магнитно-силовые линии поперек магнитного потока возбуждения, а ферросплавный сердечник, на котором намотана катушка индуктивности, пересекает магнитно-силовые линии вдоль магнитно-силовых линий потока возбуждения. Поэтому элементарные магнетики внутри ферросплавного сердечника будут стремиться ориентироваться вдоль магнитно-силовых линий потока возбуждения периодически от магнита к рядом стоящему магниту, меняя свою ориентацию, перемагничиваться. Иначе говоря, в проводниках катушек индуктивности последовательных колебательных контуров будет индуктироваться ток, стремящийся по закону Ленца задерживать перемену магнитного поля в катушках индуктивности.
Применение такого механизма индуктирования ЭДС увеличивает силу тока и мощность генератора электрической энергии, потому что действующее значение тока, изменяясь по направлению, не изменяется по величине, так как магнитный поток переменный по направлению, но одинаковый по величине. Но с другой стороны, чем больший ток протекает через индуктивное сопротивление катушек индуктивности по сравнению с током, протекающим через активное сопротивление, тем больше ток в проводе отстает по фазе от напряжения.
Для исключения этого недостатка катушки индуктивности, установленные на роторе генератора электрической энергии, соединены последовательно с конденсаторами, образующими кольцевую замкнутую цепь.
В такой последовательно замкнутой цепи емкостное и индуктивное сопротивление при резонансе сравняются друг с другом.
В цепи возникает резонанс напряжений, при котором результирующее реактивное сопротивление последовательной цепи
Figure 00000002

равно нулю. Полное сопротивление цепи равно активной составляющей.
Figure 00000003

Следовательно, при частоте резонанса сопротивление цепи становится наименьшим, а сила тока в цепи становится наибольшей.
Коэффициент мощности при резонансе напряжений равен единице.
Figure 00000004

(Федосеев П.Г. Электротехника, М. Госкиноиздат, 1951, с. 266).
Так как катушки индуктивности колебательных контуров возбуждаются в одной фазе, то образующиеся магнитно-силовые линии магнитного потока колебательных контуров будут стремиться к сращиванию, образуя кольцевые линии магнитного поля внутри тороидальной неподвижной катушки индуктивности.
Каждый раз при смене полярности, при перемагничивании сердечников катушек индуктивности последовательных колебательных контуров, ток в катушках индуктивности последовательных колебательных контуров будет менять свое направление, а магнитно-силовые линии магнитного поля внутри тороидальной катушки индуктивности (фиг. 5 и фиг. 6) будут периодически смыкаться и размыкаться, в результате в тороидальной неподвижной катушке индуктивности будет индуктироваться ток, стремящийся по закону Ленца задержать спадание магнитного поля, вызываемое перемагничиванием сердечников катушек индуктивности последовательных колебательных контуров во время движения в переменном магнитном потоке внутри кольцевой полости статора.
Подобный случай электромагнитной индукции описан в литературе (Говорков А.В. Электрические и магнитные поля, М: Энергия, 1969, с. 243).
Если сравнивать обмотки индуктивности прототипа с обмотками индуктивности заявленного генератора электрической энергии, то хорошо видно, что при одном и том же количестве числа витков активное сопротивление катушек индуктивности, установленных на роторе, будет намного меньше, чем в прототипе, что является важным необходимым условием для создания резонанса напряжений при последовательном соединении индуктивности и емкости.
В заявленном генераторе электрической энергии конструкция катушек индуктивности колебательных контуров в технологическом плане намного проще, чем у прототипа и содержит (фиг. 7) ферросплавный каркас 1, внутренняя поверхность которого имеет изоляцию из диэлектрического материала 2, которым может служить стеклотекстолит или фторопласт. Катушка содержит обмотку из медного провода 3.
Установку катушек индуктивности на ферросплавном диске 4 можно осуществлять как показано на (фиг. 7) при помощи кронштейнов с резьбовым соединением.
Ввиду того, что кольцевой постоянный магнит содержит две магнитные зоны, в которых магнитное поле меняет свое направление, то при поступательном движении катушки индуктивности внутри магнитного кольца в ее витках будет индуктироваться ЭДС отрицательной и положительной величины при минимальной затрате времени
Figure 00000005

где W число витков в катушке индуктивности;
Φ величина магнитного потока,
и так как время, в течение которого изменяется магнитный поток, равно
t S/V
где S путь, равный толщине кольцевого постоянного магнита;
U скорость перемены магнитного потока,
то установив секторные постоянные магниты в статоре одноименными полюсами друг к другу с одинаковым шаговым расстоянием, с минимальным зазором между торцами магнитов, тогда время, в течение которого будет изменяться магнитный поток, окажется равным
Figure 00000006

где h путь, равный шаговому расстоянию между постоянными секторными кольцевыми магнитами;
U скорость перемены магнитного потока.
В результате формула величины ЭДС примет вид:
Figure 00000007

Но так как секторные постоянные магниты установленные по окружности друг к другу одноименными полюсами с одинаковым шаговым расстоянием, то в результате этого в катушках индуктивности 3 будет наводиться периодическая ЭДС, тогда формула величины ЭДС примет вид:
Figure 00000008

где F количество кольцевых постоянных магнитов.
Сравнивая новую конструкцию генератора электрической энергии с прототипом, ясно видно, что затраченная механическая работа
A P•S
где P сила;
S путь,
при преобразовании механической энергии в электрическую будет минимальной, так как путь S, за который образуется положительной и отрицательной величины ЭДС, равны величине h ширине шагового расстояния между магнитами, а в прототипе этот путь S равен расстоянию πD длине окружности, по которой вращается катушка индуктивности со скоростью V, где
Figure 00000009

В результате того, что электрическая машина преобразует механическую энергию в электрическую, то КПД генератора электрической энергии можно выразить соотношением электрической мощности к механической мощности
Figure 00000010

где P электрическая полезная мощность генератора электрической энергии равна P U•J,
заменяя
Figure 00000011
,
тогда формула электрической мощности примет вид:
Figure 00000012

а затраченная механическая мощность в генераторе электрической энергии равна произведенной механической работе за единицу времени
Figure 00000013

исходя из этого, КПД генератора электрической энергии можно выразить соотношением:
Figure 00000014

преобразуя полученное выражение, получим
Figure 00000015

но так как в прототипе время, в течение которого происходит преобразование механической энергии в электрическую, равно
Figure 00000016

где S путь, равный расстоянию пД длине окружности, за которое образуется положительная и отрицательная величина ЭДС, а в новом генераторе электрической энергии время, в течение которого происходит преобразование механической энергии в электрическую, равно
Figure 00000017

где S путь равный величине h, равной шаговому расстоянию между кольцевыми постоянными магнитами, в течение которого образуется положительная и отрицательная величина ЭДС, то полученная разница в пути дает основание утверждать, что КПД генератора электрической энергии
Figure 00000018

увеличится в несколько раз, так как пД больше h.
Генератор электрической энергии предполагается использовать для выработки электроэнергии постоянного тока, для этого к нему необходимо установить выпрямитель.

Claims (1)

  1. Генератор электрической энергии, содержащий статор, ротор, подшипниковые узлы, отличающийся тем, что статор выполнен разъемным с кольцевой полостью для размещения тороидального кольца ротора и с разрезом, обеспечивающим зазор для размещения ферросплавного диска ротора со ступицей, в каждой половине статора размещены секторы кольцевых постоянных магнитов, установленных по окружности статора одноименными полюсами друг к другу, в тороидальном кольце ротора на ферросплавных каркасах кольцевые катушки индуктивности, последовательно соединенные с конденсаторами, образуя колебательные контуры, причем катушки индуктивности индуктивно связаны с неподвижной тороидальной катушкой статора.
RU95107317A 1995-05-06 1995-05-06 Генератор электрической энергии RU2097902C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95107317A RU2097902C1 (ru) 1995-05-06 1995-05-06 Генератор электрической энергии

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95107317A RU2097902C1 (ru) 1995-05-06 1995-05-06 Генератор электрической энергии

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95107317A RU95107317A (ru) 1996-12-27
RU2097902C1 true RU2097902C1 (ru) 1997-11-27

Family

ID=20167501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95107317A RU2097902C1 (ru) 1995-05-06 1995-05-06 Генератор электрической энергии

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2097902C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020095098A1 (ru) * 2018-11-11 2020-05-14 Сергей Сергеевич ЛАГУТИН Способ преобразования энергии магнитного поля в электрическую энергию и механическую энергию
RU2727709C2 (ru) * 2018-12-24 2020-07-23 Олег Абрамович Чаусовский Асинхронный электродвигатель поперечного магнитного потока

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Гусев С.А. Очерки по истории развития электрических машин. - М.-Л.: ГЭИ, 1995, с.80-81, фиг.2-8. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020095098A1 (ru) * 2018-11-11 2020-05-14 Сергей Сергеевич ЛАГУТИН Способ преобразования энергии магнитного поля в электрическую энергию и механическую энергию
RU2727709C2 (ru) * 2018-12-24 2020-07-23 Олег Абрамович Чаусовский Асинхронный электродвигатель поперечного магнитного потока

Also Published As

Publication number Publication date
RU95107317A (ru) 1996-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4148647B2 (ja) 軸方向磁束を有する多極電動発電機
KR940001180B1 (ko) 영구자석 가변 자기저항형 발전기
KR101531728B1 (ko) 코일이 독립적이고, 부품이 모듈형이며 자기베어링이 달린 전자기 기계
WO1999019962A1 (en) Generators and transformers with toroidally wound stator winding
EP3375080A1 (en) Axial flux electric machine
CN213185663U (zh) 一种轴向同步磁阻电机
WO2022160514A1 (zh) 无换向装置超导直流电机
Anitha et al. Design and analysis of axial flux permanent magnet machine for wind power applications
CN110855034B (zh) 一种机械调磁永磁同性极式感应子电机
RU2097902C1 (ru) Генератор электрической энергии
Sani et al. The Influence of Rotor Shape and Air Gap Position on the Characteristics of the Three-phase Axial Flux Permanent Magnet Generator
Eastham et al. Double disc alternators with hybrid excitation
Curiac Preliminary evaluation of a megawatt-class low-speed axial flux PMSM with self-magnetization function of the armature coils
RU2073299C1 (ru) Генератор электрической энергии
RU2073298C1 (ru) Генератор электрической энергии
RU2331792C2 (ru) Магнитоэлектрический обращенный ветрогенератор
RU2406212C2 (ru) Бесконтактная электрическая машина
RU2127939C1 (ru) Электрический торцевой наборный генератор
RU2085010C1 (ru) Индукторная электрическая машина
RU2716489C2 (ru) Электромеханический преобразователь
RU2359392C1 (ru) Коллекторная электрическая машина с полюсным якорем
CN118589795B (zh) 一种四相空心Halbach永磁补偿盘式脉冲发电机
RU2716815C1 (ru) Улучшенный генератор на постоянном магните
RU203278U1 (ru) Генератор дисковый аксиальный на постоянных магнитах
RU189529U1 (ru) Электрический генератор