RU2146849C1 - Overhung current generator - Google Patents
Overhung current generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2146849C1 RU2146849C1 RU98122495A RU98122495A RU2146849C1 RU 2146849 C1 RU2146849 C1 RU 2146849C1 RU 98122495 A RU98122495 A RU 98122495A RU 98122495 A RU98122495 A RU 98122495A RU 2146849 C1 RU2146849 C1 RU 2146849C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- permanent magnets
- coils
- magnets
- rotor
- current generator
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкциям магнитоэлектрических генераторов тока торцевого типа, приводимых во вращение, например, ветровым лопастным колесом. The invention relates to electrical engineering, in particular to designs of magnetoelectric current generators of the end type, driven into rotation, for example, by a wind impeller.
Известны магнитоэлектрические торцевые генераторы переменного тока, содержащие корпус, приводной вал, на котором закреплен ротор с магнитопроводами и постоянными магнитами, размещенными по окружности магнитопровода, статор в виде диска с катушками рабочих обмоток [1]. Known magnetoelectric end alternators containing a housing, a drive shaft, on which a rotor is fixed with magnetic circuits and permanent magnets placed around the circumference of the magnetic circuit, a stator in the form of a disk with coils of working windings [1].
Существенными недостатками этих устройств являются низкий КПД и низкая удельная мощность генератора. Significant disadvantages of these devices are low efficiency and low power density of the generator.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является "Торцевой генератор переменного тока" [2], содержащий корпус с опорными подшипниками и приводным валом, на котором жестко закреплен ротор, выполненный в виде двух связанных между собой дисковых магнитопроводов и аксиально намагниченных постоянных магнитов, которые расположены дискретно по окружности обращенных одна к другой стороне магнитопроводов, статор в виде диска из электроизоляционного материала с катушками рабочей обмотки, с элементами для регулирования величины воздушных зазоров между ротором и статором. The closest in technical essence to the proposed solution is the “Face alternator” [2], containing a housing with thrust bearings and a drive shaft, on which the rotor is rigidly mounted, made in the form of two interconnected disk magnetic circuits and axially magnetized permanent magnets, which located discretely around the circumference facing one side of the magnetic circuits, the stator in the form of a disk of electrical insulation material with coils of the working winding, with elements for regulation air gaps between the rotor and the stator.
Недостатками устройства, как и аналога, являются низкий КПД и низкая удельная мощность генератора. The disadvantages of the device, as well as the analogue, are low efficiency and low specific power of the generator.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание торцевых генераторов с высоким КПД и высокой удельной мощностью. The objective of the invention is to eliminate these disadvantages and the creation of end generators with high efficiency and high specific power.
Задача решается тем, что предлагаемый торцевой генератор тока (ТГТ), содержащий корпус с опорными подшипниками и приводным валом, на котором жестко закреплен ротор, выполненный в виде двух дисковых магнитопроводов и закрепленных на них аксиально намагниченных с чередующейся полярностью основных постоянных магнитов, выводы секций обмотки статора пропущены за пределы корпуса, отличается тем, что он снабжен датчиками положения ротора, блоком управления, дополнительными рядами постоянных магнитов, размещенных между основными постоянными магнитами, постоянные магниты закреплены на втулках, сидящих на валу ротора, причем статор выполнен в виде чередующихся с рядами дополнительных постоянных магнитов электрических блоков, содержащих плату и радиатор, в пазах которого установлены датчики положения ротора и секции обмоток, выполненных в виде квазикольцевых катушек, причем постоянные магниты установлены с образованием тороидальных зазоров, в пространстве которых размещены электрические блоки, причем чередующиеся магнитные поля постоянных магнитов направлены навстречу друг другу, а выводы датчиков положения ротора и катушек соединены в фазовые секции, а в рядах электрических блоков выводы фазовых секций катушек соединены последовательно или параллельно или последовательно-параллельно и через выводы платы и корпуса подключены к электрической нагрузке, а другими выводами к силовым и управляющим входам блока управления. The problem is solved in that the proposed face current generator (TGT), comprising a housing with thrust bearings and a drive shaft, on which a rotor is rigidly mounted, made in the form of two disk magnetic circuits and axially magnetized with alternating polarity of the main permanent magnets, the conclusions of the winding sections the stator are passed outside the housing, characterized in that it is equipped with rotor position sensors, a control unit, additional rows of permanent magnets located between the main constants magnets, permanent magnets are mounted on bushings sitting on the rotor shaft, and the stator is made in the form of alternating with rows of additional permanent magnets of electrical units containing a circuit board and a radiator, in the grooves of which are installed rotor position sensors and winding sections made in the form of quasi-ring coils, Permanent magnets are installed with the formation of toroidal gaps, in the space of which electrical blocks are placed, and alternating magnetic fields of permanent magnets are directed towards to a friend, and the conclusions of the rotor and coil position sensors are connected in phase sections, and in the rows of electrical blocks, the conclusions of the phase sections of the coils are connected in series or in parallel or in series-parallel and connected to the electrical load through the terminals of the board and housing, and to the power and control terminals by other terminals inputs of the control unit.
Торцевой генератор тока может отличаться тем, что постоянные магниты и электрические блоки установлены тороидальными зазорами под углом к оси вала. The end current generator may differ in that the permanent magnets and electrical units are mounted with toroidal gaps at an angle to the axis of the shaft.
Торцевой генератор тока может отличаться тем, что постоянные магниты и электрические блоки установлены тороидальными зазорами параллельно оси вала. The end current generator may differ in that the permanent magnets and electrical units are mounted with toroidal gaps parallel to the axis of the shaft.
Такие конструкции дают возможность создавать ТГТ малых габаритов с повышенной удельной мощностью. Such designs make it possible to create TGT of small dimensions with increased specific power.
Торцевой генератор тока может отличаться тем, что катушки обмоток выполнены из электропроводной ленты, например сверхпроводящей, покрытой изоляцией. При этом уменьшается активное сопротивление обмоток и соответственно значительно повышаются КПД и удельная мощность генератора. The end current generator may differ in that the winding coils are made of an electrically conductive tape, for example a superconducting, coated insulation. At the same time, the active resistance of the windings decreases and, accordingly, the efficiency and specific power of the generator increase significantly.
Торцевой генератор тока (ТГТ) может отличаться тем, что магниты выполнены в виде отдельных секций постоянных магнитов. The end current generator (TGT) may differ in that the magnets are made in the form of separate sections of permanent magnets.
При этом повышается технологичность производства генераторов и снижается его стоимость, особенно для мощностей от 10 кВт и более. At the same time, the manufacturability of the production of generators is increased and its cost is reduced, especially for capacities of 10 kW or more.
Конструкция и принцип работы торцевого генератора тока поясняются чертежами, где:
- на фиг. 1 показан один из вариантов реализации ТГТ, состоящий из трех тороидальных магнитов, установленных на втулках, закрепленных на валу ротора, чередующимися с двумя электрическими блоками, закрепленными между собой и статором, при этом тороидальные зазоры установлены под прямым углом к оси вала;
- на фиг. 2 приведена схема электрическая принципиальная ТГТ с блоком управления, состоящим из силовых ключей, коммутирующих секции катушек к электрической нагрузке;
- на фиг. 3 - конструктивное исполнение электрического блока, содержащего печатную плату и радиатор, в пазах которого установлены ленточные катушки и датчики положения чередующегося магнитного поля ротора, например датчики Холла;
- на фиг. 4 - топология печатной платы, обеспечивающей электрическое соединение катушек в три фазовые секции и соединение датчиков положения ротора между собой и блоком управления;
- на фиг. 5 - эпюры напряжений в электрических блоках в зависимости от положения фазовых секций катушек и чередующегося магнитного поля ротора;
- на фиг. 6 и 7 приведены схемы размещения магнитов и электрических блоков, установленных в тороидальных зазорах горизонтально и под углом к оси вала соответственно.The design and principle of operation of the face current generator are illustrated by drawings, where:
- in FIG. 1 shows one of the options for the implementation of TGT, consisting of three toroidal magnets mounted on bushings mounted on the rotor shaft, alternating with two electrical units fixed between themselves and the stator, while the toroidal gaps are set at right angles to the axis of the shaft;
- in FIG. 2 is a schematic diagram of the electrical principle TGT with a control unit consisting of power switches, switching sections of the coils to an electrical load;
- in FIG. 3 is a design of an electrical unit containing a printed circuit board and a radiator, in the grooves of which are mounted ribbon coils and rotational position sensors of the rotor magnetic field, for example Hall sensors;
- in FIG. 4 - the topology of the printed circuit board, providing electrical connection of the coils in three phase sections and the connection of the rotor position sensors between themselves and the control unit;
- in FIG. 5 - voltage diagrams in electrical units depending on the position of the phase sections of the coils and the alternating magnetic field of the rotor;
- in FIG. Figures 6 and 7 show the arrangement of magnets and electrical units installed in toroidal gaps horizontally and at an angle to the axis of the shaft, respectively.
Торцевой генератор тока содержит корпус 1 с опорными подшипниками 2 и приводным валом 3, на котором жестко закреплен ротор, выполненный в виде двух дисковых магнитопроводов 4 и закрепленныx на втулках 5 аксиально намагниченных с чередующейся полярностью двух основных постоянных магнитов 6. Третий дополнительный тороидальный постоянный магнит 6 установлен между основными магнитами и жестко закреплен на втулке 5, установленной на приводном валу 3. Все магниты установлены на втулках 5 с образованием двух тороидальных зазоров 7, в пространстве которых размещены два электрических блока 8. При этом чередующиеся магнитные поля магнитов 6 (см. фиг. 5) направлены навстречу друг другу, замыкаются магнитопроводами 4, суммируются и взаимодействуют с обмотками фазовых секций катушек 11, установленных в электрических блоках 8 статора. The end current generator comprises a
Статор выполнен в виде двух электрических блоков 8, содержащих плату 9 и радиатор 10, в пазах которого установлены три фазовыe секции квазикольцевых катушек 11 по две катушки в каждой секции и три датчика Холла 12, регистрирующих положение ротора по изменению чередующегося поля магнитов 6. Радиатор 10 обеспечивает отвод тепла от обмоток и механическую прочность электрических блоков 8. The stator is made in the form of two
Фазовые секции катушек 11 сдвинуты в плоскости радиатора 10 и относительно друг друга на 60o, а датчики положения 12 на 120o.The phase sections of the
При выполнении обмоток катушек из ленты, например изготовленной из сверхпроводящего материала, активное сопротивление обмотки уменьшается, а величина напряженности электромагнитного поля увеличивается, соответственно увеличиваются КПД и удельная мощность генератора. Выводы датчиков 12 положения ротора подключены к входам силовых тиристорных ключей 13 блока управления 14 и в процессе перемещения ротора формируют три группы сигналов, сдвинутых по фазе на 120o для управления силовыми ключами 13, которые обеспечивают подключение фазовых секций катушек 9 к общему проводу, другие концы фазовых секций катушек через выводы платы и корпуса подключены к потребителю энергии, например электрической сети или аккумулятору, т.е. к нагрузке.When winding coils from a tape, for example, made of a superconducting material, the active resistance of the winding decreases, and the magnitude of the electromagnetic field increases, respectively, the efficiency and specific power of the generator increase. The findings of the
Фазовые секции катушек 11 в различных рядах электрических блоков 8 в предлагаемом варианте подключены параллельно, возможно последовательное подключение, а также последовательно-параллельное, при этом индуцированное напряжение в обмотках будет суммироваться,
Изменение схемы подключения фазовых секций в рядах электрических блоков 8 дает возможность управлять величиной и формой индуцированного напряжения, т. е. величиной и формой выходного тока генератора, создавая на нагрузке постоянный или переменный ток.The phase sections of the
Changing the connection diagram of the phase sections in the rows of
Силовые ключи 13 могут быть выполнены на основе симметричных тиристоров, что дает возможность формировать на нагрузке переменную электродвижущую силу, т.е. создавать генераторы переменного тока.
Когда силовые ключи 13 включаются только на одну, например, положительную фазу ЭДС, на нагрузке создается постоянный ток. When the
Торцевой генератор тока предлагаемой конструкции работает следующим образом. End generator of the proposed design works as follows.
При вращении ротора в фазовых секциях катушек 11 электрических блоков 8 возникает ЭДС, которая суммируется при соответствующем подключении секций катушек в фазовое напряжение на нагрузке 15. When the rotor rotates in the phase sections of the
Поскольку предложенное объединение рядов электрических блоков и расположение тороидальных магнитов с чередующейся полярностью формирует в зазоре 7 напряженность поля, которая вызывает срабатывание датчиков 12 положения ротора, соответственно происходит срабатывание силовых ключей 13, которые подключают ЭДС, возникающую в обмотках фазовых секций катушек 11, в соответствующих фазовых состояниях к электрической нагрузке 15 (см. фиг. 5). При этом возникает фазовое суммарное напряжение на нагрузке 15, обеспечивающее высокий КПД генератора и высокую удельную мощность. Since the proposed combination of the rows of electric blocks and the arrangement of toroidal magnets with alternating polarity forms a field strength in the
Потокосцепление магнитного поля с обмотками приводит к возникновению ЭДС в зависимости от положения чередующегося поля ротора, автоматически определяющего возникновение в фазовых обмотках электродвижущей силы с помощью датчиков положения ротора по сигналам управления I1, I2, I3. Это приводит к появлению напряжения индукции в катушках и на нагрузке по синусоидальному закону. В течение периода оно дважды меняет знак, т.е. является переменным током:
Посредством блока управления по сигналам датчиков положения ротора может формироваться и однополярное напряжение, т.е. на нагрузке будет выделяться постоянный ток.The flux linkage of the magnetic field with the windings leads to the emergence of an EMF depending on the position of the alternating rotor field, which automatically determines the occurrence of an electromotive force in the phase windings using rotor position sensors using the control signals I 1 , I 2 , I 3 . This leads to the appearance of induction voltage in the coils and on the load according to a sinusoidal law. During the period, it changes sign twice, i.e. is an alternating current:
By means of the control unit, unipolar voltage can also be generated from the signals of the rotor position sensors, i.e. a constant current will be generated at the load.
Суммирование в тороидальных зазорах 7 напряженности полей нескольких постоянных магнитов 6, а также суммирование индуцированных напряжений нескольких электрических блоков 5 позволяет получить высокую удельную мощность генератора. The summation in the
Изобретение позволяет путем набора стандартных электрических блоков и постоянных магнитов создавать необходимую мощность генератора при высоком уровне унификации узлов и деталей. The invention allows by creating a set of standard electrical units and permanent magnets to create the necessary generator power with a high level of unification of units and parts.
Список литературы
1. Заявка Великобритании N 1491026, кл. H 02 K 21/00, 1977 г.List of references
1. Application of Great Britain N 1491026, cl. H 02 K 21/00, 1977
2. Патент СССР N 1835116, кл. H 02 K 21/12, БИ 30, 1993 г. 2. USSR patent N 1835116, class. H 02 K 21/12, BI 30, 1993
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98122495A RU2146849C1 (en) | 1998-12-04 | 1998-12-04 | Overhung current generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98122495A RU2146849C1 (en) | 1998-12-04 | 1998-12-04 | Overhung current generator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2146849C1 true RU2146849C1 (en) | 2000-03-20 |
Family
ID=20213345
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98122495A RU2146849C1 (en) | 1998-12-04 | 1998-12-04 | Overhung current generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2146849C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2605204C1 (en) * | 2013-12-27 | 2016-12-20 | Сергей ОСТРОУХОВ | Shaftless generator |
CN108456955A (en) * | 2018-03-26 | 2018-08-28 | 杭州三相科技有限公司 | A kind of independent direct driving superspeed revolving cup structure and its cluster control system |
CN114123308A (en) * | 2021-10-26 | 2022-03-01 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | Single-wind-wheel double-winding motor direct-current series-parallel switching unified grid-connected system |
-
1998
- 1998-12-04 RU RU98122495A patent/RU2146849C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Кенио Т., Нагамори С. Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами. - М., 1989, с. 94-96, рис.5-27, 5-28. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2605204C1 (en) * | 2013-12-27 | 2016-12-20 | Сергей ОСТРОУХОВ | Shaftless generator |
CN108456955A (en) * | 2018-03-26 | 2018-08-28 | 杭州三相科技有限公司 | A kind of independent direct driving superspeed revolving cup structure and its cluster control system |
CN114123308A (en) * | 2021-10-26 | 2022-03-01 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | Single-wind-wheel double-winding motor direct-current series-parallel switching unified grid-connected system |
CN114123308B (en) * | 2021-10-26 | 2024-01-09 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | DC series-parallel switching unified grid-connected system of single wind wheel double winding motor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20220302811A1 (en) | Multi-tunnel electric motor/generator | |
US11258320B2 (en) | Multi-tunnel electric motor/generator | |
EP0712544B1 (en) | Electromagnetic machine with permanent magnet rotor | |
US6977454B2 (en) | Hybrid-secondary uncluttered permanent magnet machine and method | |
EP0319336A2 (en) | Brushless alternator and synchronous motor with optional stationary field winding | |
US20120139368A1 (en) | Pulsed multi-rotor constant air gap motor cluster | |
AU639191B2 (en) | Two-stator induction synchronous motor | |
CA2743160C (en) | Generator | |
CA2024384A1 (en) | Double air gap alternator | |
RU2147155C1 (en) | Current generator | |
KR102195432B1 (en) | One Body Electric Driving and Electric Power Generating Apparatus | |
RU2146849C1 (en) | Overhung current generator | |
RU2156191C2 (en) | Motorized wheel | |
EP2288006A2 (en) | A homopolar machine | |
EP0431178B1 (en) | Synchronous machine | |
US3372293A (en) | Discoidal electric rotary machines | |
RU2091969C1 (en) | Commutatorless dc motor | |
RU2141159C1 (en) | Permanent-magnet torque motor | |
RU2127939C1 (en) | End-mounted composite generator | |
RU2047936C1 (en) | Synchronous motor | |
RU2141158C1 (en) | Face-mounted permanent-magnet torque motor | |
US20230412023A1 (en) | Multi-tunnel electric motor/generator | |
RU2412518C1 (en) | Low-speed asynchronous electric motor | |
RU2147153C1 (en) | Magnetic current generator | |
RU2359392C1 (en) | Commutator machine with polar armature |