RU2513986C1

RU2513986C1 - Single-phase generator with annular armature winding

Info

Publication number: RU2513986C1
Application number: RU2012146792/07A
Authority: RU
Inventors: Михаил Фёдорович Ефимов; Владислав Алексеевич Алексеев; Роман Викторович Романов; Николай Аркадьевич Столяров; Анатолий Витальевич Яруткин
Original assignee: Михаил Фёдорович Ефимов; Николай Аркадьевич Столяров
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2012-11-01
Publication date: 2014-04-27

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and design of electrical machines, particularly single-phase alternating current generators. The technical result achieved by using the present invention is considerably high efficiency and improved electromechanical properties of single-phase generators. Said technical result is achieved due to that in a single-phase synchronous generator with an annular armature winding, consisting of an armature and an inductor, separated by an air gap, according to the invention the armature consists of two series-connected annular windings with semi-annular ferromagnetic cores, the nearest rectangular ends of which are attached by nonmagnetic bushings, and the inductor consists of a central cylindrical core mounted on a rotating shaft, wherein on diametrically opposite surfaces of the core there are two rod-shaped permanent magnets with concave like poles. During operation of the generator, turns of the annular windings are penetrated by induction field lines of one direction, originating from like poles of the permanent magnets of the inductor.

EFFECT: structure of the armature enables to direct magnetic field lines thereof around a circle and considerably reduces not only active, but inductive resistance armature windings as well.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области электрических машин, в частности к машинам переменного тока.The invention relates to the field of electrical machines, in particular to AC machines.

Наиболее близким аналогом предложенного является однофазный синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов.The closest analogue to the proposed one is a single-phase synchronous generator with excitation from permanent magnets.

Названный генератор наряду с известными достоинствами обладает и некоторыми недостатками. У него относительно низкий КПД и плохая регулируемость скорости ротора в двигательном режиме. Это связано прежде всего с тем, что его индуктор в ходе вращения индуцирует в витках обмотки якоря токи таких направлений, что сзади его магнитных полюсов на якоре всегда будут электромагнитные полюса противоположных полярностей первым, а спереди их - одноименные полюса. Кроме того, у его якорных обмоток достаточно большие активное и индуктивное сопротивления.The named generator along with well-known advantages has some disadvantages. It has a relatively low efficiency and poor rotor speed in motor mode. This is primarily due to the fact that during the rotation, its inductor induces currents in the windings of the armature winding in such directions that the back of its magnetic poles will always have the electromagnetic poles of opposite polarities first, and the same poles in front of them. In addition, its anchor windings have sufficiently large active and inductive resistances.

Технический результат заявленного изобретения - существенное повышение КПД, улучшение его электромеханических характеристик.The technical result of the claimed invention is a significant increase in efficiency, an improvement in its electromechanical characteristics.

Технический результат достигается тем, что обмотки якоря в предложенной конструкции генератора кольцевые вместо обычно применяемых петлевых, а ферромагнитный сердечник разделен на два полуцилиндра и имеет с двух сторон немагнитные зазоры между собой. Кроме того, их витки пронизываются в ходе работы силовыми линиями - индукции одного направления, исходящими от одноименных полюсов постоянных магнитов индуктора. Такая конструкция якоря позволяет направить его магнитные силовые линии по кругу, а не по диаметру, как это обычно происходит у аналога с петлевыми обмотками и с замкнутым магнитопроводом. Она же позволяет существенно снизить не только активное, но и индуктивное сопротивления обмоток его якоря.The technical result is achieved by the fact that the armature windings in the proposed generator design are ring instead of the commonly used loop ones, and the ferromagnetic core is divided into two half-cylinders and has non-magnetic gaps on both sides. In addition, their turns are pierced during work by force lines - induction of one direction, emanating from the same poles of the permanent magnets of the inductor. This design of the armature allows you to direct its magnetic lines of force in a circle, and not in diameter, as is usually the case with an analog with loop windings and with a closed magnetic circuit. It also allows you to significantly reduce not only the active, but also the inductive resistance of the windings of its armature.

Предложенный однофазный генератор с кольцевой якорной обмоткой, выполненный в виде однофазного синхронного генератора, состоящий из якоря и индуктора, разделенных воздушным зазором, отличается тем, что якорь состоит из двух соединенных последовательно кольцевых обмоток с полукольцевыми ферромагнитными сердечниками, ближайшие прямоугольные концы которых приклеены немагнитными вкладышами, а индуктор состоит из размещенного на валу вращения центрального цилиндрического магнитопровода, на диаметрально противоположных поверхностях которого установлены два стержневые постоянные магниты с одноименными вогнутыми полюсами.The proposed single-phase generator with a ring anchor winding, made in the form of a single-phase synchronous generator, consisting of an armature and an inductor separated by an air gap, characterized in that the armature consists of two annular windings connected in series with semicircular ferromagnetic cores, the nearest rectangular ends of which are glued with non-magnetic inserts, and the inductor consists of a central cylindrical magnetic circuit located on the rotation shaft, on diametrically opposite surfaces to two rod permanent magnets with the same concave poles are installed.

На фиг.1 и 2 показаны соответственно поперечный и продольный разрезы предложенного генератора.Figures 1 and 2 respectively show transverse and longitudinal sections of the proposed generator.

На фиг.1 и 2 приняты следующие обозначения: 1 - проводник электрического тока, 2 - немагнитный зазор, 3 - незамкнутый магнитопровод якоря, 4 - кольцевая обмотка якоря, 5 - постоянный стержневой магнит с выпуклым и вогнутым полюсами индуктора, 6 - центральный магнитопровод индуктора, 7 - электрический вывод генератора.Figures 1 and 2 take the following notation: 1 - conductor of electric current, 2 - non-magnetic gap, 3 - open magnetic core of the armature, 4 - ring winding of the armature, 5 - permanent core magnet with convex and concave poles of the inductor, 6 - central magnetic core of the inductor , 7 - electrical output of the generator.

Однофазный генератор с кольцевой якорной обмоткой работает следующим образом. При вращении с внешним двигателем индуктор генератора начинает вращаться, например, по часовой стрелке. В этом случае в витках обмотки 4 якоря наводятся ЭДС одного знака. Но на электрическом выводе 7 будет поддерживаться определенное переменное напряжение. Это связано тем, что в каждый раз, когда магнитные полюса постоянных магнитов 5 индуктора проходят немагнитные зазоры 2 сердечника якоря, происходит его перемагничивание, что вызывает в обмотках 4 якоря ЭДС другого знака. При этом индукционные переменные токи, протекающие по виткам обмотки 4 якоря, намагничивают его ферромагнитные сердечники 3 так, что магнитные силовые линии будут всегда направлены по кругу через немагнитные зазоры 2, где будут электромагнитные полюса обоих полярностей. В этом случае по всему кругу в течение всего цикла вращения индуктора не будут возникать отдельные магнитные полюса, препятствующие движению последнего, как это происходит обычно в случае с петлевыми обмотками.A single-phase generator with a ring anchor winding operates as follows. When rotating with an external motor, the generator inductor begins to rotate, for example, clockwise. In this case, EMF of the same sign is induced in the turns of the winding 4 of the armature. But at the electrical terminal 7, a certain alternating voltage will be supported. This is due to the fact that every time when the magnetic poles of the permanent magnets 5 of the inductor pass through the nonmagnetic gaps 2 of the armature core, its magnetization reversal occurs, which causes EMF of a different sign in the windings 4 of the armature. In this case, induction alternating currents flowing through the turns of the winding 4 of the armature magnetize its ferromagnetic cores 3 so that the magnetic lines of force will always be directed in a circle through non-magnetic gaps 2, where there will be electromagnetic poles of both polarities. In this case, separate magnetic poles will not occur throughout the entire cycle of rotation of the inductor, preventing the latter from moving, as is usually the case with loop windings.

Предложенный генератор может работать и в двигательном режиме. Если подать от специального источника или от неподвижного коллектора на электрический вывод 7 генератора переменное напряжение одного знака с частотой, двухкратной частоте вращения ротора, то в каждый раз, когда полюса постоянных магнитов 5 будут находиться в области обмоток 4 якоря, по его виткам будут всегда протекать токи в одном направлении. Это приводит к электромагнитному взаимодействию их с постоянными магнитами 5 ротора, который при этом начинает вращаться, направление которого определяется правилом левой руки. В то же время ферромагнитные сердечники 3 статора не будут насыщаться от токов сети одного направления. Это достигается тем, что при каждом прохождении постоянных магнитов 5 ротора области немагнитных зазоров 2 они будут перемагничиваться.The proposed generator can operate in motor mode. If an alternating voltage of the same sign with a frequency of two times the rotor speed is applied from a special source or from a fixed collector to the generator’s output 7, then each time the poles of the permanent magnets 5 are in the region of the armature windings 4, they will always flow through its turns currents in one direction. This leads to their electromagnetic interaction with the permanent magnets 5 of the rotor, which at the same time begins to rotate, the direction of which is determined by the rule of the left hand. At the same time, the ferromagnetic cores 3 of the stator will not be saturated from the currents of the network in one direction. This is achieved by the fact that with each passage of permanent magnets 5 of the rotor of the region of non-magnetic gaps 2 they will be magnetized.

Источники информацииInformation sources

1. Бертинов А.И. и др. Униполярные электрические машины с жидкометаллическими токосъемниками. - М.-Л.: Энергия, 1966.1. Bertinov A.I. and others. Unipolar electric machines with liquid metal current collectors. - M.-L.: Energy, 1966.

2. Бертинов А.И. Специальные электрические машины. - М.: Энергия, 1982.2. Bertinov A.I. Special electric cars. - M .: Energy, 1982.

3. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. - М.: ВШ, 1990.3. Booth D.A. Contactless electric machines. - M .: VSH, 1990.

4. Иродов И.А. Электромагнетизм. - М.: Бином, 2003.4. Herod I.A. Electromagnetism. - M .: Binom, 2003.

5. Калашников С.Г. Электричество. - М.: Наука, 1985.5. Kalashnikov S.G. Electricity. - M.: Science, 1985.

Claims

A single-phase generator with a ring anchor winding, made in the form of a single-phase synchronous generator, consisting of an armature and an inductor separated by an air gap, characterized in that the armature consists of two annular windings connected in series with semicircular ferromagnetic cores, the nearest rectangular ends of which are glued with non-magnetic inserts, and the inductor consists of a central cylindrical magnetic circuit located on the rotation shaft, on the diametrically opposite surfaces of which Two rod permanent magnets with the same concave poles were installed.