RU216073U1

RU216073U1 - MAGNETOELECTRIC GENERATOR WITH BIFILAR WINDING

Info

Publication number: RU216073U1
Application number: RU2022118402U
Authority: RU
Inventors: Роберт Радилович Саттаров; Артур Валерьевич Махиянов; Тимур Рахимович Зиганшин
Filing date: 2021-11-02
Publication date: 2023-01-16

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники и электромашиностроения, а именно к генераторам электрической энергии автономных источников питания.The utility model relates to the field of electrical engineering and electrical engineering, namely to generators of electrical energy of autonomous power sources.

Сущность полезной модели: магнитоэлектрический генератор с бифилярной обмоткой содержит ротор с постоянными магнитами, который имеет возможность вращения в воздушном зазоре статора. В зубцово-пазовой зоне статора расположена статорная (якорная) обмотка. Секции статорной обмотки выполнены бифилярным проводом. В свою очередь к магнитоэлектрическому генератору подключена система стабилизации напряжения, включающая статический силовой блок и систему управления. Две части обмоток с бифилярным проводом каждой фазы включаются или последовательно или параллельно с помощью статического силового блока на основании управляющих воздействий со стороны системы управления в зависимости от режима генератора и нагрузки.

The essence of the utility model: magnetoelectric generator with bifilar winding contains a rotor with permanent magnets, which can rotate in the air gap of the stator. The stator (anchor) winding is located in the tooth-groove zone of the stator. Sections of the stator winding are made of bifilar wire. In turn, a voltage stabilization system is connected to the magnetoelectric generator, which includes a static power unit and a control system. Two parts of the windings with a bifilar wire of each phase are connected either in series or in parallel using a static power unit based on control actions from the control system, depending on the generator mode and load.

Description

Известен генератор переменного тока с комбинированным возбуждением (патент РФ №2439770, H02K 19/16, H02K 21/14, H02K 1/27, Опубл. 10.10.2010. Бюл. №1), состоящий из двух шихтованных пакетов с многофазной обмоткой, впрессованных в массивный магнитопровод, неподвижной обмотки возбуждения, расположенной между шихтованными пакетами статора и ротор с укороченными полюсами. При этом полюса выполнены в виде намагниченных радиально и укороченных в аксиальном направлении постоянных магнитов, причем укорочение для полюсов разной полярности выполнено с противоположных сторон и на место укорочения добавлена вставка из магнитомягкого материала, число полюсов ротора отличается от числа зубцов статора на один или два, обмотка статора состоит из катушек, каждая из которых надета на два расположенных друг против друга зубца обоих шихтованных пакетов.Known alternator with combined excitation (RF patent No. 2439770, H02K 19/16, H02K 21/14, H02K 1/27, Published 10.10.2010. Bull. No. 1), consisting of two laminated packages with a multi-phase winding, pressed in a massive magnetic circuit, a fixed excitation winding located between the laminated stator packs and a rotor with shortened poles. In this case, the poles are made in the form of permanent magnets magnetized radially and shortened in the axial direction, and the shortening for poles of different polarity is made from opposite sides and an insert from a magnetically soft material is added to the shortening site, the number of rotor poles differs from the number of stator teeth by one or two, the winding The stator consists of coils, each of which is put on two teeth located opposite each other of both laminated packages.

Недостатком аналога является сложность конструкции, в которой содержится два шихтованных пакета с многофазной обмоткой.The disadvantage of analog is the complexity of the design, which contains two laminated package with a multi-phase winding.

Известен магнитоэлектрический генератор (патент РФ №2053591, H02K 21/12, Опубл. 27.01.1996), содержащий установленный в корпусе с возможностью поворота индуктор в виде аксиально намагниченного магнита с явнополюсными наконечниками, а также рабочую обмотку, расположенную на магнитопроводах статора, магнитопроводы статора выполнены П-образными, равномерно распределенными по окружности с соответствием полюсов противоположным явнополюсным наконечникам индуктора, число магнитопроводов равно удвоенному числу полюсов явнополюсного наконечника индуктора, а соседние обмотки включены последовательно и встречно в случае обеспечения переменного напряжения либо согласно в случае обеспечения однополярного пульсирующего напряжения.Known magnetoelectric generator (RF patent No. 2053591, H02K 21/12, publ. 01/27/1996), containing installed in the housing with the ability to rotate the inductor in the form of an axially magnetized magnet with salient pole tips, as well as a working winding located on the stator magnetic circuits, stator magnetic circuits are made U-shaped, evenly distributed around the circumference with the poles corresponding to the opposite salient pole tips of the inductor, the number of magnetic cores is equal to twice the number of poles of the salient pole tip of the inductor, and adjacent windings are connected in series and oppositely in case of providing alternating voltage or according to in case of providing unipolar pulsating voltage.

Недостатком аналога является невысокая надежность.The disadvantage of analog is the low reliability.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой полезной модели является магнитоэлектрический генератор с распределенной обмоткой на статоре и постоянными магнитами на роторе. (Д.А. Бут, Бесконтактные электрические машины, 1990, стр. 76).The closest in technical essence and the achieved result to the claimed utility model is a magnetoelectric generator with a distributed winding on the stator and permanent magnets on the rotor. (D.A. Booth, Contactless Electric Machines, 1990, p. 76).

Недостатками прототипа являются зависимость напряжения от частоты вращения ротора и невозможность регулирования напряжения.The disadvantages of the prototype are the dependence of the voltage on the rotor speed and the inability to regulate the voltage.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание нового устройства - магнитоэлектрического генератора с бифилярной обмоткой с достижением следующего технического результата: увеличение диапазона регулирования напряжения за счет изменения схемы соединения бифилярной обмотки с помощью системы стабилизации напряжения.The task to be solved by the claimed utility model is the creation of a new device - a magnetoelectric generator with a bifilar winding with the following technical result: an increase in the voltage regulation range by changing the bifilar winding connection scheme using a voltage stabilization system.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что магнитоэлектрический генератор, содержащий статор с распределенной обмоткой, ротор с постоянными магнитами, в отличие от прототипа содержит систему стабилизации напряжения, состоящую из системы управления и статического силового блока с возможностью подключения двух частей обмоток статора с бифилярным проводом последовательно или параллельно.The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that the magnetoelectric generator containing a stator with a distributed winding, a rotor with permanent magnets, unlike the prototype, contains a voltage stabilization system consisting of a control system and a static power unit with the ability to connect two parts of the stator windings with bifilar wire in series or in parallel.

Существо полезной модели поясняется чертежами.The essence of the utility model is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлено поперечное сечение магнитоэлектрического генератора с бифилярной обмоткой и системой стабилизации напряжения, на фиг. 2 показано сечение паза с проводниками бифилярной обмотки. На фиг. 3 показана структурная схема магнитоэлектрического генератора и системы стабилизации напряжения.In FIG. 1 shows a cross section of a magnetoelectric generator with a bifilar winding and a voltage stabilization system, FIG. 2 shows a section of a groove with conductors of a bifilar winding. In FIG. 3 shows a block diagram of a magnetoelectric generator and a voltage stabilization system.

Магнитоэлектрический генератор с бифилярной обмоткой содержит ротор 1 с постоянными магнитами, который имеет возможность вращения в воздушном зазоре 2 статора 3. В свою очередь к магнитоэлектрическому генератору подключена система 4 стабилизации напряжения. В зубцово-пазовой зоне 5 статора 3 расположена статорная (якорная) обмотка 6. Секции статорной обмотки 6 выполнены бифилярным проводом 7.The magnetoelectric generator with a bifilar winding contains a rotor 1 with permanent magnets, which can rotate in the air gap 2 of the stator 3. In turn, a voltage stabilization system 4 is connected to the magnetoelectric generator. The stator (anchor) winding 6 is located in the tooth-groove zone 5 of the stator 3. The sections of the stator winding 6 are made with a bifilar wire 7.

Магнитоэлектрический генератор работает следующим образом. При вращении ротора 1 генератора, постоянные магниты образуют вращающееся магнитное поле в воздушном зазоре 2. Это поле пересекает проводники бифилярной обмотки 6 статора 3 и наводит в них ЭДС:Magnetoelectric generator operates as follows. When the rotor 1 of the generator rotates, the permanent magnets form a rotating magnetic field in the air gap 2. This field crosses the conductors of the bifilar winding 6 of the stator 3 and induces an EMF in them:

Е=k⋅Ф⋅n,Е=k⋅Ф⋅n,

где: k - величина, зависящая в основном от числа витков в фазовой обмотке статора и числа пар полюсов;where: k is a value that depends mainly on the number of turns in the stator phase winding and the number of pole pairs;

Ф - действующая величина магнитного потока (ротора), пронизывающего две катушки обмотки статора;Ф - effective value of the magnetic flux (rotor) penetrating two coils of the stator winding;

n - число оборотов ротора.n is the number of revolutions of the rotor.

В магнитоэлектрическом генераторе величина магнитного потока остается неизменной, поэтому ЭДС изменятся при изменении скорости вращения ротора 1. При скоростях вращения, близких к номинальным, величина ЭДС также близка к номинальному значению. В этом режиме генератор может питать большое количество электрических нагрузок, поэтому две части бифилярной статорной обмотки 6 соединяются параллельно. При малых скоростях вращения, ЭДС существенно меньше номинального значения, поэтому обмотки 6 соединяются последовательно, что позволяет увеличить ЭДС в два раза. В то же время величина тока и отдаваемой мощности ограничивается пропускной способностью одной части бифилярной статорной обмотки 6.In a magnetoelectric generator, the magnitude of the magnetic flux remains unchanged, therefore, the EMF will change with a change in the speed of rotation of the rotor 1. At rotation speeds close to the nominal, the magnitude of the EMF is also close to the nominal value. In this mode, the generator can supply a large number of electrical loads, so the two parts of the bifilar stator winding 6 are connected in parallel. At low rotation speeds, the EMF is significantly less than the nominal value, so the windings 6 are connected in series, which makes it possible to double the EMF. At the same time, the magnitude of the current and output power is limited by the capacity of one part of the bifilar stator winding 6.

Система 4 стабилизации напряжения, включающая статический силовой блок 8 и систему 9 управления, работает следующим образом. Две части обмоток 6 с бифилярным проводом 7 каждой фазы включаются или последовательно или параллельно с помощью статического силового блока 8 на основании управляющих воздействий со стороны системы 9 управления в зависимости от режима генератора 10, содержащего ротор 1 и статор 2, в зубцово-пазовой зоне которого расположена статорная обмотка 6, и нагрузки 11.The voltage stabilization system 4, including the static power unit 8 and the control system 9, operates as follows. Two parts of the windings 6 with a bifilar wire 7 of each phase are connected either in series or in parallel using a static power unit 8 based on control actions from the control system 9, depending on the mode of the generator 10, containing the rotor 1 and the stator 2, in the tooth-groove zone of which the stator winding 6 is located, and the load 11.

Таким образом, заявляемая полезная модель обеспечивает расширение функциональных возможностей магнитоэлектрического генератора в увеличении диапазона регулирования напряжения за счет изменения схемы соединения бифилярной обмотки.Thus, the claimed utility model provides for the expansion of the functionality of the magnetoelectric generator in increasing the range of voltage regulation by changing the connection scheme of the bifilar winding.

Claims

Magnetoelectric generator containing a stator with a distributed winding, a rotor with permanent magnets, characterized in that it contains a voltage stabilization system consisting of a control system and a static power unit with the ability to connect two parts of the stator windings with a bifilar wire in series or in parallel.