RU2394336C1 - Method and device for mutual compensation of braking forces in electric generator with permanent forces - Google Patents
Method and device for mutual compensation of braking forces in electric generator with permanent forces Download PDFInfo
- Publication number
- RU2394336C1 RU2394336C1 RU2009117346/09A RU2009117346A RU2394336C1 RU 2394336 C1 RU2394336 C1 RU 2394336C1 RU 2009117346/09 A RU2009117346/09 A RU 2009117346/09A RU 2009117346 A RU2009117346 A RU 2009117346A RU 2394336 C1 RU2394336 C1 RU 2394336C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- stator
- magnetic
- forces
- permanent
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к бесконтактным электрическим генераторам с постоянными магнитами для малых ветро- и гидроэнергетических установок (МЭУ). Особенностью МЭУ является относительно малые моменты трогания ветро- и гидродвижителей при малых скоростях потоков ветра и воды, что накладывает на электрический генератор специфическое требование - минимальный тормозящий момент на оси ротора электрогенератора со стороны магнитных систем статора. Кроме того, обязательно выполнение дополнительных требований, а именно:The invention relates to non-contact electric generators with permanent magnets for small wind and hydropower plants (MEU). A feature of the MEA is the relatively small moments of starting wind and hydraulic motors at low speeds of wind and water flows, which imposes a specific requirement on the electric generator - the minimum braking torque on the rotor axis of the generator from the side of the stator magnetic systems. In addition, it is imperative that additional requirements are met, namely:
- простота сборки/ разборки электрогенератора для МЭУ;- ease of assembly / disassembly of the electric generator for MEA;
- наличие полой оси ротора с отверстием для несущей оси ротора ветродвижителя или несущего троса ротора гидроустановки.- the presence of a hollow axis of the rotor with an opening for the bearing axis of the rotor of the wind turbine or the bearing cable of the rotor of the hydraulic installation.
Наиболее близким известным вариантом генераторов с постояннывми магнитами может служить электрическая машина с дисковым ротором по патенту RU №2340068, опубл. 27.11.2008 г., БИ №33. Прототип содержит немагнитный корпус статора в виде двух получаш с размещенными в них половинами О-образных магнитопроводов с обмотками, внутри статора - подвижно размещенный дисковый ротор с полой осью и размещенными по окружности секторами из магнитотвердого материала - постоянными магнитами с намагниченностью по короткой оси, причем число О-образных магнитопроводов статора и магнитных секторов ротора выбрано четным.The closest known variant of permanent magnet generators can be an electric machine with a disk rotor according to patent RU No. 2340068, publ. November 27, 2008, BI No. 33. The prototype contains a non-magnetic stator housing in the form of two half-shells with halves of O-shaped magnetic circuits with windings placed inside them, inside the stator there is a movable disk rotor with a hollow axis and sectors of magnetically hard material arranged around the circle - permanent magnets with magnetization on a short axis, and the number O-shaped stator magnetic circuits and magnetic sectors of the rotor are chosen even.
Прототип обеспечивает повышенный коэффициент преобразования энергии вращения момента ротора в электрическую энергию и наоборот, а также удовлетворяет обозначенным выше дополнительным требованиям к электрогенераторам для МЭУ. Существенным недостатком прототипа является наличие значительного тормозящего момента, передаваемого на ось ротора при втягивании магнитных секторов в зазоры О-образных магнитных систем статора. В этом положении магнитное сопротивление в замкнутом контуре «постоянный магнит - О-образная магнитная система» минимально, и любая попытка вывести из этого положения ротор вызывает торможение, пропорциональное намагниченности соответствующего магнитного сектора.The prototype provides an increased coefficient of conversion of the energy of rotation of the rotor moment into electrical energy and vice versa, and also satisfies the above additional requirements for electric generators for MEAs. A significant disadvantage of the prototype is the presence of a significant braking torque transmitted to the rotor axis when retracting the magnetic sectors into the gaps of the O-shaped stator magnetic systems. In this position, the magnetic resistance in the closed loop "permanent magnet - O-shaped magnetic system" is minimal, and any attempt to remove the rotor from this position causes braking proportional to the magnetization of the corresponding magnetic sector.
Техническим результатом изобретения является устранение торможения ротора путем взаимной компенсации (уравновешивания) воздействующих на ротор со стороны магнитных систем статора тормозящих сил.The technical result of the invention is to eliminate the braking of the rotor by mutual compensation (balancing) acting on the rotor from the side of the magnetic system of the stator braking forces.
Для достижения технического результата в способе обеспечивают компенсацию сил втягивания одних постоянных магнитов ротора в одни магнитные системы статора силами выталкивания других постоянных магнитов ротора в другие магнитные системы статора. В устройстве магнитопроводы магнитных систем статора выполнены намагниченными из магнитотвердого материала, а взаимное расположение полюсов намагниченности магнитных систем статора и постоянных магнитов ротора выполнено с обеспечением компенсации сил втягивания одних магнитных секторов в одни магнитные системы статора силами выталкивания других постоянных магнитов ротора из других магнитных систем статора.To achieve a technical result, the method provides compensation for the forces of retraction of one of the permanent rotor magnets in one stator magnetic system by forces of pushing the other permanent rotor magnets into other stator magnetic systems. In the device, the magnetic circuits of the stator magnetic systems are magnetized from hard magnetic material, and the relative positions of the magnetization poles of the magnetic systems of the stator and the permanent rotor magnets are made to compensate for the forces of retraction of one magnetic sector into one magnetic system of the stator by forces pushing other permanent rotor magnets from other magnetic systems of the stator.
Структура электрической машины, реализующей способ, приведена на фиг.1 (разрез по центральной оси), на фиг.2 показан один из вариантов ее ротора.The structure of an electric machine that implements the method is shown in figure 1 (section along the central axis), figure 2 shows one of the options for its rotor.
Устройство содержит немагнитный корпус из первой получаши 1 и второй получаши 2, в которых размещены П-образные части 3, 4 и 5, 6 О-образных магнитных систем с обмотками 7, 8 и 9, 10 соответственно, размещенными попарно по диаметру получаш 1 и 2. В рабочих зазорах О-образных магнитных систем находится немагнитный дисковый ротор 11 с размещенными по кольцу магнитопроводом, образованным секторными постоянными магнитами 12 с намагниченностью по короткой оси магнитов. Дисковый ротор 11 жестко закреплен на полом валу 13 с помощью крепежных элементов 14 и 15 (например, резьбовых втулок). В свою очередь, полый вал 13 размещен в подшипниках 16 и 17 получаш 1 и 2 таким образом, чтобы постоянные магниты 12 дискового ротора находились в середине рабочих зазоров О-образных магнитных систем статора. На полый вал 13 закреплена муфта 18 для соединения с ротором МЭУ. На нижней получаше 1 корпуса выполнены элементы 19 для крепления устройства к внешнему основанию. Места размещения подшипников 16 и 17 в получашах 1 и 2 закрыты заглушками 20 и 21. Отличительной особенностью устройства фиг.1 является исполнение магнитопроводов О-образных магнитных систем статора из магнитотвердого материала с постоянной намагниченностью, обозначенной на фиг.1 в кружочках для варианта из четного числа пар секторов 12 в виде постоянных магнитов, изображенного на фиг.2. В этом случае сила втягивания, например левого по фиг.1 сектора 12 в магнитный зазор между полюсами 3 и 4 компенсируется силой отталкивания правого сектора 12 из магнитного зазора между полюсами 5 и 6 и наоборот. Возможен другой вариант исполнения дискового ротора с нечетным числом пар магнитных секторов 12 (например, три пары секторов) с чередующимся вектором полярности намагничивания секторов 12, когда в каждой паре магнитных секторов окажутся постоянные магниты с противоположно ориентированными векторами полярности их намагничивания. Третий вариант размещения полюсов намагниченности секторов 12 и О-образных магнитных систем, когда магнитные секторы 12 в диске 11 размещены с одинаковыми векторами намагниченности, а полюсы О-образных магнитных систем ориентированы по первому варианту, изображенному на фиг.1.The device comprises a non-magnetic housing from the first half-half 1 and the second half-
При вращении полого вала 13 постоянные магниты 12, перемещаясь в рабочих зазорах О-образных магнитопроводов статора, наводят в обмотках 7…10 ЭДС, величина которой определяется величиной и знаком намагниченности как секторов 12, так и полюсов П-образныз половин 3…6 О-образных магнитных систем, значением воздушного зазора между торцами секторов 12 и О-образных магнитопроводов, числа витков в обмотках 5 и 6 и скоростью перемещения. Высокая намагниченность магнитных секторов 12 по короткой оси позволяет получать высокие значения ЭДС даже при малой скорости вращения ротора. За счет взаимокомпенсации сил втягивания одних постоянных магнитов 12 ротора в одни О-образные магнитные системы статора силой выталкивания других постоянных магнитов 12 ротора в другие О-образные магнитные системы статора в предложенном техническом решении обеспечена минимизация воздействия этих сил на ось 13 дискового ротора при отсутствии электрической нагрузки обмоток 7…10.When the
Число пар О-образных магнитных систем статора может быть выбрано от двух (для однофазного варианта) до любого числа Nc=2n, где n - необходимое число фаз выходного напряжения.The number of pairs of O-shaped stator magnetic systems can be selected from two (for a single-phase version) to any number N c = 2 n , where n is the required number of phases of the output voltage.
При однонаправленной ориентации векторов намагниченности постоянных магнитов в роторе возможно использование нечетного числа магнитных систем статора с соответствующим выбором их намагниченности. Например, когда сила втягивания создается двумя магнитными системами, сила выталкивания - одной магнитной системой статора. Главное условие - полная взаимокомпенсация сил втягивания и сил выталкивания.With the unidirectional orientation of the magnetization vectors of permanent magnets in the rotor, it is possible to use an odd number of stator magnetic systems with a corresponding choice of their magnetization. For example, when the retracting force is created by two magnetic systems, the ejection force is created by one stator magnetic system. The main condition is the complete mutual compensation of the retracting forces and the ejection forces.
Поскольку в реальных условиях, при наличии технологических допусков на величину намагниченности постоянных магнитов, на обеспечение геометрических размеров и зазоров между полюсами статора и магнитными секторами ротора, идеальная взаимокомпенсация сил втягивания силами выталкивания недостижима, возможно устранение остаточной силы торможения ротора путем подачи тока подмагничивания в одну или несколько обмоток магнитных систем статора. Величина и направление тока подмагничивания подбирают при балансировке ротора генератора (при ненагруженных других обмотках магнитных систем статора).Since in real conditions, with technological tolerances on the magnitude of magnetization of permanent magnets, on ensuring geometric dimensions and gaps between the stator poles and the magnetic sectors of the rotor, the ideal mutual compensation of the pulling forces by the ejection forces is unattainable, it is possible to eliminate the residual braking force of the rotor by applying a magnetization current of one or several windings of stator magnetic systems. The magnitude and direction of the bias current are selected when balancing the rotor of the generator (when other windings of the stator magnetic systems are unloaded).
По сравнению с прототипом положительный технический результат предложенного устройства заключается в минимизации силового воздействия на ротор генератора сил магнитного взаимодействия магнитных секторов ротора с магнитными системами статора при обеспечении высокого коэффициента преобразования механической энергии вращения ротора в электрическую в широком диапазоне как скоростей вращения ротора, так и величины вращающего момента, передаваемого с ветро- или гидродвижителя.Compared with the prototype, the positive technical result of the proposed device is to minimize the force acting on the rotor of the generator of the forces of magnetic interaction of the magnetic sectors of the rotor with the magnetic systems of the stator while ensuring a high coefficient of conversion of the mechanical energy of rotation of the rotor into electric energy in a wide range of both rotor speeds and rotational speeds torque transmitted from wind or hydraulic propulsion.
ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙLIST OF POSITIONS
1, 2 - нижняя и верхняя получаши корпуса статора1, 2 - lower and upper half of the stator housing
3…6 - половины магнитопроводов статора3 ... 6 - half of the stator magnetic cores
7…10 - обмотки магнитных систем статора7 ... 10 - windings of the stator magnetic systems
11 - немагнитный дисковый ротор11 - non-magnetic disk rotor
12 - постоянные магниты ротора12 - permanent magnet rotor
13 - полый вал ротора13 - hollow shaft of the rotor
14, 15 - крепежные элементы ротора14, 15 - rotor fasteners
16, 17 - элементы подвижного крепления ротора в статоре16, 17 - elements of the movable mounting of the rotor in the stator
18 - муфта для соединения с движителем МЭУ18 - coupling for connection with the propulsion MEA
19 - элементы крепления статора к внешнему основанию МЭУ19 - fastening elements of the stator to the external base of the MEU
20, 21 - заглушки элементов подвижного крепления ротора в статоре20, 21 - plugs of the elements of the movable mounting of the rotor in the stator
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009117346/09A RU2394336C1 (en) | 2009-05-06 | 2009-05-06 | Method and device for mutual compensation of braking forces in electric generator with permanent forces |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009117346/09A RU2394336C1 (en) | 2009-05-06 | 2009-05-06 | Method and device for mutual compensation of braking forces in electric generator with permanent forces |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2394336C1 true RU2394336C1 (en) | 2010-07-10 |
Family
ID=42684768
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009117346/09A RU2394336C1 (en) | 2009-05-06 | 2009-05-06 | Method and device for mutual compensation of braking forces in electric generator with permanent forces |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2394336C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2505910C2 (en) * | 2011-02-01 | 2014-01-27 | ООО "Научно-производственная фирма "Ноосферные технологии" | Electrical machine with disc rotor |
RU2534046C1 (en) * | 2013-06-10 | 2014-11-27 | Алексей Владимирович Дозоров | Electric power generator |
-
2009
- 2009-05-06 RU RU2009117346/09A patent/RU2394336C1/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2505910C2 (en) * | 2011-02-01 | 2014-01-27 | ООО "Научно-производственная фирма "Ноосферные технологии" | Electrical machine with disc rotor |
RU2534046C1 (en) * | 2013-06-10 | 2014-11-27 | Алексей Владимирович Дозоров | Electric power generator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7612463B2 (en) | Generator | |
US8917087B2 (en) | Moving magnetic field generating apparatus | |
KR20090074186A (en) | An alternator | |
US20100194251A1 (en) | Axial generator for Windcrank™ vertical axis wind turbine | |
CN105245073A (en) | Stator permanent-magnetic doubly salient disc-type motor | |
Wong et al. | A high torque density Halbach rotor coaxial magnetic gear | |
CN109716621B (en) | Complementary unidirectional magnetic rotor/stator assembly pair | |
RU2391761C1 (en) | Commutator-free dc motor | |
KR101324546B1 (en) | Time difference generator using balance of both poles | |
RU2394336C1 (en) | Method and device for mutual compensation of braking forces in electric generator with permanent forces | |
RU113892U1 (en) | ELECTRICITY GENERATION SYSTEM | |
RU2648677C1 (en) | Electric machine with permanent magnets and windings from high-temperature superconductor material | |
RU2340068C1 (en) | Electrical machine with disk rotor | |
Firdaus et al. | Improvement of power density spoke type permanent magnet generator | |
Liu et al. | A novel permanent magnet biased bearingless switched reluctance motor | |
RU2396672C1 (en) | Asynchronous motor with hollow rotor with outside excitation | |
US20140203766A1 (en) | Smt system | |
CN104953775A (en) | Permanent magnet DC magnetic reversing motor | |
Gao et al. | A Deflectable Switched Reluctance Motor/Generator for Wave Energy Conversion and Underwater Propulsion Systems | |
Tang et al. | Levitation control of novel bearingless switched reluctance motor with biased permanent magnet | |
TW201941520A (en) | Magnetic assisted power generator capable of generating magnetic assisted force by itself to help rotating and save driving power | |
RU2146849C1 (en) | Overhung current generator | |
GB2521653A (en) | Shaftless Magnetic Generator | |
RU131919U1 (en) | LOW-TURNING ELECTRIC CURRENT GENERATOR | |
RU2253178C1 (en) | Synchronous motor-generator set |