RU210032U1

RU210032U1 - LINEAR ELECTRIC GENERATOR

Info

Publication number: RU210032U1
Application number: RU2021139666U
Authority: RU
Inventors: Екатерина Павловна Курбатова; Андрей Андреевич Дроздов; Павел Александрович Курбатов; Олег Николаевич Молоканов
Priority date: 2021-12-29
Filing date: 2021-12-29
Publication date: 2022-03-25

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике, а более конкретно к линейным электрическим генераторам, работающим по принципу Вернье, и в частности может быть использована для работы с тихоходными линейными приводами возвратно-поступательного действия. Техническим результатом полезной модели является улучшение удельных энергетических показателей генератора и достигается тем, что линейный электрический генератор содержит цилиндрические коаксиально расположенные верхний статор [1] из магнитомягкого материала с зубцами [4] и трехфазной обмоткой [5], транслятор [2], выполненный из чередующихся постоянных магнитов [8] и стальных сегментов [9], нижний статор [3] из магнитомягкого материала с зубцами [6], между которыми помещены вставки [7] из высокотемпературного сверхпроводящего материала, трехфазная обмотка [5] распределена в пазах между зубцами [4] верхнего статора [1], шаг зубцов [4] верхнего статора [1] равен шагу зубцов [6] нижнего статора [3], при этом нижний статор [3] смещен по оси относительно верхнего статора [1] на одно полюсное деление транслятора [2]. 2 ил.The utility model relates to electrical engineering, and more specifically to linear electric generators operating according to the Vernier principle, and in particular can be used to work with low-speed reciprocating linear drives. The technical result of the utility model is to improve the specific energy performance of the generator and is achieved by the fact that the linear electric generator contains a cylindrical coaxial upper stator [1] made of soft magnetic material with teeth [4] and a three-phase winding [5], a translator [2] made of alternating permanent magnets [8] and steel segments [9], the lower stator [3] is made of soft magnetic material with teeth [6], between which inserts [7] of high-temperature superconducting material are placed, the three-phase winding [5] is distributed in the grooves between the teeth [4 ] of the upper stator [1], the pitch of the teeth [4] of the upper stator [1] is equal to the pitch of the teeth [6] of the lower stator [3], while the lower stator [3] is axially displaced relative to the upper stator [1] by one pole division of the translator [2]. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, а более конкретно к линейным электрическим генераторам, работающим по принципу Вернье, и в частности может быть использована для работы с тихоходными линейными приводами возвратно-поступательного действия.The utility model relates to electrical engineering, and more specifically to linear electric generators operating according to the Vernier principle, and in particular can be used to work with low-speed reciprocating linear drives.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является цилиндрический линейный генератор Вернье (Noman Baloch, Salman Khaliq and Byung-Il Kwon «A high force density HTS tubular Vernier machine» IEEE Transactions on magnetics, Vol. 53, No. 11, 2017, 8111205), который содержит верхний статор из магнитомягкого материала с зубцами и трехфазной обмоткой сосредоточенного типа. Нижний статор из магнитомягкого материала с зубцами расположен со смещением на половину полюсного деления относительно верхнего статора. Между верхним статором и нижним статором располагается транслятор, выполненный из магнитов чередующейся полярности и стальных сегментов.The closest in technical essence to the proposed technical solution is a cylindrical linear Vernier generator (Noman Baloch, Salman Khaliq and Byung-Il Kwon "A high force density HTS tubular Vernier machine" IEEE Transactions on magnetics, Vol. 53, No. 11, 2017, 8111205), which contains an upper stator made of soft magnetic material with teeth and a lumped three-phase winding. Lower stator made of soft magnetic material with teeth is displaced by half of the pole division relative to the upper stator. Between the upper stator and the lower stator there is a translator made of alternating polarity magnets and steel segments.

Недостатками данного технического решения являются низкие удельные энергетические и эксплуатационные показатели, высокие значения реактивных сил и потокосцеплений, низкие значения электродвижущей силы на холостом ходе, неэффективное распределение магнитных полей в магнитопроводе генератора.The disadvantages of this technical solution are low specific energy and performance indicators, high values of reactive forces and flux linkages, low values of the electromotive force at idle, inefficient distribution of magnetic fields in the generator magnetic circuit.

Технической задачей полезной модели является эффективное распределения магнитных полей в магнитопроводе генератора.The technical task of the utility model is the efficient distribution of magnetic fields in the magnetic circuit of the generator.

Техническим результатом полезной модели является повышение удельных энергетических характеристик генератора, повышение КПД генератора.The technical result of the utility model is to increase the specific energy characteristics of the generator, increase the efficiency of the generator.

Это достигается тем, что линейный электрический генератор, содержащий цилиндрические коаксиально расположенные верхний статор из магнитомягкого материала с зубцами и трехфазной обмоткой, транслятор, выполненный из чередующихся постоянных магнитов и стальных сегментов, нижний статор из магнитомягкого материала с зубцами, между которыми помещены вставки из высокотемпературного сверхпроводящего материала, согласно полезной модели трехфазная обмотка распределена в пазах между зубцами верхнего статора, шаг зубцов верхнего статора равен шагу зубцов нижнего статора, при этом нижний статор смещен по оси относительно верхнего статора на одно полюсное деление транслятора.This is achieved by the fact that a linear electric generator containing a cylindrical coaxially located upper stator made of soft magnetic material with teeth and a three-phase winding, a translator made of alternating permanent magnets and steel segments, a lower stator made of soft magnetic material with teeth, between which are placed inserts of high-temperature superconducting material, according to the utility model, the three-phase winding is distributed in the grooves between the teeth of the upper stator, the pitch of the teeth of the upper stator is equal to the pitch of the teeth of the lower stator, while the lower stator is axially displaced relative to the upper stator by one pole division of the translator.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид цилиндрического линейного электрического генератора с распределенной обмоткой возбуждения на верхнем статоре, на фиг. 2 - продольный разрез линейного электрического генератора.The essence of the utility model is illustrated by the drawings, where in Fig. 1 shows a general view of a cylindrical linear electric generator with a distributed excitation winding on the upper stator, in Fig. 2 is a longitudinal section of a linear electrical generator.

Линейный электрический генератор имеет цилиндрическую форму и содержит цилиндрические коаксиально расположенные верхний статор 1, транслятор 2 и нижний статор 3. Верхний статор 1 выполнен с зубцами 4 и собран из листов магнитомягкого материала, скрепленных, например, бандажом по внешнему радиусу, и включает расположенную в пазах между зубцами 4 трехфазную распределенную обмотку 5. Нижний статор 3 с зубцами 6 собран из листов магнитомягкого материала, скрепленных, например, бандажом по внешнему радиусу, и включает закрепленные между зубцами 6 вставки 7 из высокотемпературного сверхпроводящего материала. Шаг зубцов 4 верхнего статора 1 равен шагу зубцов 6 нижнего статора 3. Между верхним статором 1 и нижним статором 3 располагается транслятор 2, выполненный из чередующихся постоянных магнитов 8 с осевой намагниченностью и стальных сегментов 9, скрепленных между собой. Нижний статор 3 смещен по оси относительно верхнего статора 1 на одно полюсное деление транслятора 2, т.е. на расстояние между ближайшими его северным и южным полюсами. Транслятор 2 выполнен с возможностью свободного перемещения между верхним 1 и нижним 4 статорами из-за наличия воздушных зазоров между ними.The linear electric generator has a cylindrical shape and contains a cylindrical coaxially located upper stator 1, a translator 2 and a lower stator 3. The upper stator 1 is made with teeth 4 and is assembled from sheets of magnetically soft material, fastened, for example, with a bandage along the outer radius, and includes a between the teeth 4 a three-phase distributed winding 5. The lower stator 3 with teeth 6 is assembled from sheets of soft magnetic material fastened, for example, with a bandage along the outer radius, and includes inserts 7 fixed between teeth 6 made of high-temperature superconducting material. The pitch of the teeth 4 of the upper stator 1 is equal to the pitch of the teeth 6 of the lower stator 3. Between the upper stator 1 and the lower stator 3 there is a translator 2 made of alternating permanent magnets 8 with axial magnetization and steel segments 9 fastened together. The lower stator 3 is axially displaced relative to the upper stator 1 by one pole division of the translator 2, i.e. the distance between its nearest north and south poles. The translator 2 is made with the possibility of free movement between the top 1 and bottom 4 stators due to the presence of air gaps between them.

Линейный электрический генератор работает по принципу магнитной передачи. Число пар полюсов постоянных магнитов 8 транслятора 2 Р_пм, число пар полюсов трехфазной распределенной обмотки 5 верхнего статора 1 Р и число зубцов 4 верхнего статора 1 (N_з), осуществляющих модуляцию магнитного потока, в предлагаемом генераторе удовлетворяют соотношению:The linear electric generator works on the principle of magnetic transmission. The number of pairs of poles of permanent magnets 8 of the translator 2 R _pm , the number of pairs of poles of the three-phase distributed winding 5 of the upper stator 1 R and the number of teeth 4 of the upper stator 1 ( _{N C} ) that modulate the magnetic flux in the proposed generator satisfy the relationship:

Изменение магнитного сопротивления для магнитных потоков отдельных постоянных магнитов 8 транслятора 2 из-за смещения зубцов 4 и 6 статоров 1 и 3 по отношению к полюсам транслятора 2 приводят к модуляции магнитной индукции по длине воздушного зазора генератора, создаваемой транслятором 2. Период изменения магнитной индукции по длине для ее основной составляющей равен двум полюсным делениям трехфазной распределенной обмотки 5. Возникающее потокосцепление с трехфазной распределенной обмоткой 5 индуцирует в ней ЭДС. Частота ƒ возникающей ЭДС зависит от скорости v перемещения транслятора 2 и определяется формулойThe change in the magnetic resistance for the magnetic fluxes of individual permanent magnets 8 of the translator 2 due to the displacement of the teeth 4 and 6 of the stators 1 and 3 with respect to the poles of the translator 2 leads to the modulation of the magnetic induction along the length of the air gap of the generator, created by the translator 2. the length for its main component is equal to two pole divisions of the three-phase distributed winding 5. The emerging flux linkage with the three-phase distributed winding 5 induces an EMF in it. The frequency ƒ of the emerging EMF depends on the speed v of the translator 2 and is determined by the formula

где р_т - длина полюсного деления транслятора 2.where p _t is the length of the pole division of the translator 2.

Вставки из высокотемпературного сверхпроводящего материала 7 между зубцами 6 нижнего статора 3 позволяют вытеснить магнитные потоки из межзубцового пространства, тем самым уменьшить магнитные потоки рассеяния и обеспечить боле эффективную модуляцию магнитного потокаInserts of high-temperature superconducting material 7 between the teeth 6 of the lower stator 3 make it possible to displace magnetic fluxes from the interdental space, thereby reducing stray magnetic fluxes and providing more efficient modulation of the magnetic flux

Использование полезной модели позволяет повысить удельные энергетические характеристики генератора за счет эффективного распределения магнитных полей в магнитопроводе генератора, повысить КПД генератора.The use of the utility model makes it possible to increase the specific energy characteristics of the generator due to the efficient distribution of magnetic fields in the generator's magnetic circuit, and to increase the efficiency of the generator.

Claims

A linear electric generator containing a cylindrical coaxially arranged upper stator made of soft magnetic material with teeth and a three-phase winding, a translator made of alternating permanent magnets and steel segments, a lower stator made of soft magnetic material with teeth, between which inserts of high-temperature superconducting material are placed, characterized in that that the three-phase winding is distributed in the grooves between the teeth of the upper stator, the pitch of the teeth of the upper stator is equal to the pitch of the teeth of the lower stator, while the lower stator is axially displaced relative to the upper stator by one pole division of the translator.