RU210702U1 - Униполярный генератор - Google Patents
Униполярный генератор Download PDFInfo
- Publication number
- RU210702U1 RU210702U1 RU2022101530U RU2022101530U RU210702U1 RU 210702 U1 RU210702 U1 RU 210702U1 RU 2022101530 U RU2022101530 U RU 2022101530U RU 2022101530 U RU2022101530 U RU 2022101530U RU 210702 U1 RU210702 U1 RU 210702U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- stator
- excitation
- winding coils
- coils
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/24—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K19/00—Synchronous motors or generators
- H02K19/16—Synchronous generators
- H02K19/18—Synchronous generators having windings each turn of which co-operates only with poles of one polarity, e.g. homopolar generators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
- H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к электрическим машинам, и может быть использована в разного рода генераторах, в том числе в ветрогенераторах и генераторах автономных объектов. Технический результат - обеспечение возможности бесщеточного регулирования напряжения на выходе генератора изменением потока возбуждения. Униполярный генератор содержит неподвижный статор с магнитопроводами из ферромагнитного материала, обмотку возбуждения и выходную обмотку, ротор, выполненный из ферромагнитного материала. Катушки выходной обмотки устанавливаются раздельно на магнитопроводах статора и являются зубцовыми, а катушки обмотки возбуждения охватывают каждая по два магнитопровода, на каждом из которых установлено по одной катушке выходной обмотки. Ротор выполнен цилиндрическим и имеет комплекты полюсов, расположенных с его торцов и имеющих в два раза меньшее количество полюсов, чем магнитопроводов статора. Все катушки обмоток соединяются между собой последовательно, причем катушки обмотки возбуждения - согласно, а катушки выходной обмотки - встречно. 9 ил.
Description
Область техники, к которой относится полезная модель. Полезная модель относится к электрическим машинам и может быть использована в разного рода генераторах, в том числе в ветрогенераторах и генераторах автономных объектов.
Уровень техники. Из уровня техники известен униполярный генератор тока [патент РФ на изобретение №2518461], содержащий вращающийся ротор и неподвижный статор. В качестве вращающегося в перпендикулярном магнитном поле ротора используется наборный диск из металлических пластин (секторов диска), разделенных диэлектрическими прокладками, со скользящими контактами на оси вращения диска. В качестве неподвижного статора используются полюса вращающегося постоянного или переменного магнитного поля, а количество секторов ротора равно количеству полюсов статора или больше, причем полюса статора вращающегося магнитного поля могут быть созданы вращающимися магнитами, либо электромагнитами, либо неподвижными обмотками с магнитопроводом внутри, в которых создается вращающееся постоянное или переменное поле. Количество вращающихся полюсов может быть 2 или больше при соблюдении условия, что направления ЭДС, создаваемые в роторе диаметрально расположенными полюсами, сонаправлены, а соседние полюса (по периметру) создают чередования направлений диаметральной полярности ЭДС на роторе.
К недостаткам этого решения можно отнести наличие скользящего контактного аппарата (токосъемников), что снижает надежность.
Также известен бесщеточный генератор [патент РФ на полезную модель №195231], содержащий неподвижный статор с выходной обмоткой, состоящей из катушек, оснащенный цилиндрическим постоянным магнитом ротор, комплекты полюсов из ферромагнитного материала, установленные с его торцов и имеющие по сквозному отверстию в своем центре каждый, с диэлектрическими прокладками изнутри для изоляции пластин комплекта полюсов от вала ротор, ротор выполнен составным с валом из немагнитного материала в центре, а статор выполняется из немагнитного материала и оснащается прорезями для магнитопроводов, каждый магнитопровод установлен в соответствующей ему прорези продольно к направлению оси вращения ротора и имеет два выступающих внутрь полости статора зубца, соответственно комплектам полюсов. Количество полюсов в комплекте на один больше половины количества магнитопроводов статора, при количестве магнитопроводов статора кратному двум.
К недостаткам этого решения можно отнести отсутствие возможности плавного регулирования выходного напряжения, что делает невозможным его стабилизацию при колебаниях скорости вращения ротора.
Также известен генератор на постоянных магнитах [патент РФ на полезную модель №195699], содержащий неподвижный статор с выходной обмоткой, ротор с постоянными магнитами, отличающийся тем, что ротор оснащается двумя комплектами магнитов, причем магниты одного комплекта располагаются по окружности в одинаковой полярности, комплекты магнитов имеют взаимно обратную полярность и разделяются воздушным зазором, неподвижный статор оснащается двумя комплектами катушек, устанавливаемых на его зубцах, причем зубцы разных комплектов катушек разделены воздушным зазором, катушки в каждом комплекте соединяются последовательно и согласно, комплекты катушек включаются последовательно и согласно, образуя выходную обмотку.
К недостаткам этого решения можно отнести отсутствие возможности плавного регулирования выходного напряжения, что делает невозможным его стабилизацию при колебаниях скорости вращения ротора. Наличие двух комплектов магнитов усложняет сборку и удорожает конструкцию.
Данное решение принимается основным прототипом, наиболее близким по своей технической сущности.
Раскрытие полезной модели. Из уровня техники известны различные конструкции электрических машин [1, 2]. Во многих из них используются постоянные магниты для получения магнитного потока возбуждения, который приводит к появлению переменной ЭДС в обмотках генератора при их механическом вращении. Возможны и решения, использующие обмотки возбуждения для получения магнитного потока - большинство из них для своей работы требует механического контакта, например колец на роторе со щетками. Таким образом, применение постоянных магнитов для получения магнитного потока упрощает конструкцию, и позволяет исключить контакты для передачи тока в обмотку возбуждения. Кроме того, постоянные магниты позволяют улучшить КПД электрической машины, и зачастую существенно снизить массу и габариты - поскольку современные материалы для магнитов имеют высокое значение коэрцитивной силы и способны в малых габаритах заменить обмотки возбуждения с высокими значениями тока возбуждения, причем обмотки возбуждения определяют машины на габариты в целом.
Однако, обеспечение регулирования уровня выходного напряжения в широком диапазоне в генераторах с возбуждением от постоянных магнитов крайне затруднено, либо невозможно [1]. Это не является непреодолимым препятствием в случае наличия преобразователя частоты со стабилизацией напряжения скважностью широтно-импульсной модуляции, однако работа на сеть в этом случае исключена.
Даже для нужд ветроэнергетики может быть востребовано решение с возможностью регулировки выходного напряжения, что обусловлено крайне широким диапазоном скоростей вращения ротора, зависящей от скорости ветра. Кратность между минимальной и максимальной скоростью вращения вала ротора может достигать 10 или более, что сложно компенсировать при помощи скважности широтно-импульсной модуляции.
Наличие в конструкции классических генераторов щеточного аппарата ведет к износу щеток и необходимости их обслуживания, а также к выделению в окружающий воздух угольной пыли.
Предлагаемое решение направлено на обеспечение регулирования по выходному напряжению генератора, что обеспечивает стабилизацию уровня при колебаниях скорости вращения ротора. Как известно, в генераторах для электрических сетей и электроэнергетических систем автономных объектов, необходима возможность изменения частоты выходного напряжения для синхронизации с питаемой сетью при включении на параллельную работу. Это актуально и для ветроэнергетики при значительных колебаниях скорости вращения ротора, для стабилизации уровня напряжения в звене постоянного тока. Существующие в настоящее время генераторы либо имеют щетки и контактные кольца на роторе (что снижает надежность и требует частого их обслуживания), либо выполнены на постоянных магнитах без возможности плавного регулирования уровня выходного напряжения.
Подобный недостаток свойственен и решению, принятому за основной технический прототип и уже известный из уровня техники. На фигуре 1 для упомянутого прототипа показан общий вид трехмерной модели в сборе и при наличии немагнитного корпуса статора. На фигуре 2 показана магнитная система статора и ротора, без корпуса статора. Из рисунка видно, что катушки установленны на стержневых магнитопроводах статора, и полюса - на роторе, которые осуществляют коммутацию магнитного потока между катушками на статоре. На фигуре 3 показан продольный вдоль оси вращения ротора разрез конструкции прототипа. Очевидно продольное направление замыкания магнитных силовых линий, постоянный магнит в центре ротора, а также полюсные наконечники. Данный генератор является униполярным, так как магнитный поток в воздушном зазоре только пульсирует, никогда не меняя своей полярности. Определение “униполярный” закрепилось в отечественной технической литературе, известны различные его виды, однако все они ранее требовали контактного аппарата для регулирования тока возбуждения на роторе [2]. На фигуре 4 показан поперечный разрез конструкции основного прототипа, где видно, что катушки выходной обмотки установлены на каждом стержневом магнитопроводе статора.
На фигуре 5 показан поперечный разрез основного прототипа в районе полюсов ротора, установленных с двух концов ротора. Это отличает его от разного рода микромашин с когтеобразным ротором [2].
На фигуре 6 показан продольный разрез предлагаемого решения, где видно наличие двух типов катушек на статоре - выходной и обмотки возбуждения, причем обе обмотки располагаются на статоре. Это отличает предлагаемое решение от любых других прототипов, и обеспечивает отказ от контактного аппарата на роторе. Поскольку катушки обмотки возбуждения расположены на самом статоре, совместно с катушками выходной обмотки, то контактный аппарат для передачи тока возбуждения не требуется. Роль ротора в таком случае аналогична прототипу, обеспечивая коммутацию для магнитного потока, однако ротор уже не содержит постоянного магнита.
На фигуре 7 показан внешний вид трехмерной модели предлагаемого решения в программной среде АНСИС. На фигуре 8 показан график для этой модели, показывающий форму выходного напряжение. Искажения, видные на графике, не являются критичными, и могут быть устранены оптимизацией формы полюсов и воздушного зазора под ними. Данные меры известны из теории электрических машин и могут обеспечить улучшение напряжения на выходе генератора. Автором использовалась простейшая модель.
На фигуре 9 показана плоская двухмерная развертка для конструкции магнитной системы предлагаемого решения, являющаяся наглядным видом и поясняющая принцип его работы.
Из рисунка видно, что полюсные наконечники ротора с двух торцов его обеспечивают коммутацию магнитного потока возбуждения, а обе обмотки (возбуждения, и выходная) установлены на стержневых магнитопроводах статора. При вращении ротора, магнитный поток обмотки возбуждения переходит из стержня в стержень, поскольку каждая катушка обмотки возбуждения охватывает два магнитопровода на статоре. Магнитный поток, как известно, проходит по пути минимального магнитного сопротивления, и будет стремиться пройти через ферромагнитный материал на всем пути [1].
Таким образом, поток возбуждения будет коммутироваться от катушки выходной обмотки, к ее следующей катушке, обеспечивая изменения потока через магнитопроводы на статоре.
Представленное решение является простым и потому промышленно применимо, обеспечивая простоту изготовления составных частей и процесса сборки униполярного генератора с продольным возбуждением. Достигнуто исключение из конструкции контактных щеток и колец, путем размещения обмотки возбуждения на статоре совместно с катушками выходной обмотки. При вращении ротора его полюсные наконечники, расположенные с торцов, переключают магнитный поток. Полярность магнитного потока неизменна, а генерация ЭДС на выходе генератора достигается путем однополярного колебания магнитного потока, а сам генератор является униполярным.
Предлагаемое техническое решение является новым и имеет следующие принципиальные отличия от основного прототипа:
- катушки выходной обмотки устанавливаются раздельно на магнитопроводах из ферромагнитного материала, а катушки обмотки возбуждения охватывают каждая по два магнитопровода из ферромагнитного материала, на каждом из них установлено по одной катушке выходной обмотки;
- ротор выполняется цилиндрическим из ферромагнитного материала и имеет комплекты полюсов, расположенных с его торцов, и имеющие в два раза меньшее количество полюсов, чем магнитопроводов из ферромагнитного материала расположено на статоре;
- катушки обмоток соединяются между собой последовательно, причем катушки обмотки возбуждения согласно, а катушки выходной обмотки встречно.
Таким образом, вся совокупность существенных признаков полезной модели ранее неизвестна и приводит к новому техническому результату - возможности плавного регулирования выходного напряжения.
Краткое описание чертежей. На фигуре 1 изображен вид основного прототипа в сборе. На фигуре 2 изображен вид основного прототипа без корпуса статора. На фигуре 3 изображено продольное сечение основного прототипа. Здесь 1 - корпус статора, 2 - ферромагнитный магнитопровод, 3 - комплект полюсов ротора, 4 - магнит, 5 - катушка выходной обмотки. На фигуре 4 изображено поперечное сечение основного прототипа в районе установки катушек выходной обмотки. На фигуре 5 изображено поперечное сечение основного прототипа в районе комплекта полюсов ротора. На фигуре 6 изображено продольное сечение предлагаемого униполярного генератора. Здесь 1 - корпус статора, 2 - ферромагнитный магнитопровод, 3 - комплект полюсов ротора, 5 - катушка выходной обмотки, 6 - катушка обмотки возбуждения. На фигуре 7 изображен трехмерный вид модели предлагаемого униполярного генератора. На фигуре 8 изображен график напряжения на выходе предлагаемого униполярного генератора. На фигуре 9 изображена плоская развертка магнитной системы предлагаемого генератора с установленными обмотками.
Список использованной литературы.
1. Копылов И.П. Проектирование электрических машин. М.: Изд-во «Юрайт», 2014.
2. Штелтинг Г., Байссе А. Электрические машины. М.: Изд-во «Энергоатомиздат», 2015.
Claims (1)
- Униполярный генератор, содержащий неподвижный статор с пазами для магнитопроводов из ферромагнитного материала с катушками обмоток на них, обмотку возбуждения и выходную обмотку, ротор, выполненный из ферромагнитного материала и имеющий зубцы, и отличающийся тем, что катушки выходной обмотки устанавливаются раздельно на магнитопроводах из ферромагнитного материала и являются зубцовыми, а катушки обмотки возбуждения охватывают каждая по два магнитопровода из ферромагнитного материала, на каждом из которых установлено по одной катушке выходной обмотки, ротор выполняется цилиндрическим из ферромагнитного материала и имеет комплекты полюсов, расположенных с его торцов и имеющих в два раза меньшее количество полюсов, чем магнитопроводов из ферромагнитного материала расположено на статоре, все катушки обмоток соединяются между собой последовательно, причем катушки обмотки возбуждения - согласно, а катушки выходной обмотки – встречно.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2022101530U RU210702U1 (ru) | 2022-01-24 | 2022-01-24 | Униполярный генератор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2022101530U RU210702U1 (ru) | 2022-01-24 | 2022-01-24 | Униполярный генератор |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU210702U1 true RU210702U1 (ru) | 2022-04-28 |
Family
ID=81459155
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2022101530U RU210702U1 (ru) | 2022-01-24 | 2022-01-24 | Униполярный генератор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU210702U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU211722U1 (ru) * | 2022-03-19 | 2022-06-21 | Евгений Николаевич Коптяев | Однофазный бесконтактный униполярный генератор |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3264504A (en) * | 1960-06-15 | 1966-08-02 | Evr Eclairage Vehicules Rail | Electrical generator and devices for supplying electric current to lighting, air-conditioning and other apparatus |
RU2518461C2 (ru) * | 2011-12-07 | 2014-06-10 | Бурдин Борис Юрьевич | Униполярный генератор тока |
RU2546970C1 (ru) * | 2014-01-28 | 2015-04-10 | Эдвид Иванович Линевич | Униполярный генератор постоянного тока |
RU168624U1 (ru) * | 2016-05-31 | 2017-02-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Вентильно-реактивный генератор |
RU197778U1 (ru) * | 2020-03-04 | 2020-05-28 | Евгений Николаевич Коптяев | Генератор с продольным возбуждением |
RU198522U1 (ru) * | 2020-04-07 | 2020-07-14 | Евгений Николаевич Коптяев | Улучшенный генератор с продольным возбуждением |
-
2022
- 2022-01-24 RU RU2022101530U patent/RU210702U1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3264504A (en) * | 1960-06-15 | 1966-08-02 | Evr Eclairage Vehicules Rail | Electrical generator and devices for supplying electric current to lighting, air-conditioning and other apparatus |
RU2518461C2 (ru) * | 2011-12-07 | 2014-06-10 | Бурдин Борис Юрьевич | Униполярный генератор тока |
RU2546970C1 (ru) * | 2014-01-28 | 2015-04-10 | Эдвид Иванович Линевич | Униполярный генератор постоянного тока |
RU168624U1 (ru) * | 2016-05-31 | 2017-02-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Вентильно-реактивный генератор |
RU197778U1 (ru) * | 2020-03-04 | 2020-05-28 | Евгений Николаевич Коптяев | Генератор с продольным возбуждением |
RU198522U1 (ru) * | 2020-04-07 | 2020-07-14 | Евгений Николаевич Коптяев | Улучшенный генератор с продольным возбуждением |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU211722U1 (ru) * | 2022-03-19 | 2022-06-21 | Евгений Николаевич Коптяев | Однофазный бесконтактный униполярный генератор |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11784523B2 (en) | Multi-tunnel electric motor/generator | |
US20220302811A1 (en) | Multi-tunnel electric motor/generator | |
CN107925328B (zh) | 多通道电动马达/发电机 | |
US7385330B2 (en) | Permanent-magnet switched-flux machine | |
CN110729873B (zh) | 一种气隙磁场可调式混合励磁磁力丝杠 | |
JPS63140647A (ja) | 全磁束可逆可変リラクタンスブラシレス装置 | |
EP3375080A1 (en) | Axial flux electric machine | |
CN110855034B (zh) | 一种机械调磁永磁同性极式感应子电机 | |
RU195231U1 (ru) | Бесщеточный генератор | |
RU210702U1 (ru) | Униполярный генератор | |
RU197778U1 (ru) | Генератор с продольным возбуждением | |
WO2003017451A1 (en) | Magneto-electric machine of linear type | |
RU211722U1 (ru) | Однофазный бесконтактный униполярный генератор | |
RU211796U1 (ru) | Однофазный униполярный генератор | |
RU212791U1 (ru) | Конструкция однофазного униполярного генератора | |
US4608505A (en) | Commutatorless d.c. electric motor | |
RU2359392C1 (ru) | Коллекторная электрическая машина с полюсным якорем | |
US5010268A (en) | Electrical multi-pole machine | |
RU2124799C1 (ru) | Самовозбуждающийся бесколлекторный генератор постоянного тока | |
RU195702U1 (ru) | Улучшенный генератор на постоянных магнитах | |
RU2716815C1 (ru) | Улучшенный генератор на постоянном магните | |
US5952759A (en) | Brushless synchronous rotary electrical machine | |
RU195699U1 (ru) | Генератор на постоянных магнитах | |
RU2316881C2 (ru) | Электрический мотор на постоянных магнитах | |
RU214309U1 (ru) | Конструкция статора электродвигателя |