RU2565775C1 - Brushless synchronous generator with permanent magnets - Google Patents
Brushless synchronous generator with permanent magnets Download PDFInfo
- Publication number
- RU2565775C1 RU2565775C1 RU2014140005/07A RU2014140005A RU2565775C1 RU 2565775 C1 RU2565775 C1 RU 2565775C1 RU 2014140005/07 A RU2014140005/07 A RU 2014140005/07A RU 2014140005 A RU2014140005 A RU 2014140005A RU 2565775 C1 RU2565775 C1 RU 2565775C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- poles
- permanent magnets
- electromagnets
- generator
- stator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, а именно к бесколлекторным электрическим машинам, в частности электрогенераторам постоянного тока, и может быть использована в любой области науки и техники, где требуются автономные источники питания.The invention relates to the field of electrical engineering, namely to brushless electric machines, in particular direct current generators, and can be used in any field of science and technology where autonomous power sources are required.
Известна синхронная магнитоэлектрическая машина [патент US 5117142 от 26.05.1992], в которой магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами, размещенными на секции ротора, пересекает витки обмоток, расположенных на П-образных магнитопроводах, в совокупности образующих электромагниты, установленные на неподвижном статоре. Количество электромагнитов соответствует количеству стержней ротора, снабженных постоянными магнитами. Секция ротора выполнена таким образом, что постоянные магниты в соседних стержнях ротора обращены к электромагнитам противоположными полюсами, тем самым обеспечивая чередующуюся полярность на роторе. Такая конструкций ротора позволяет увеличить мощность машины, кроме этого, указанная машина может работать как в двигательном, так и в генераторном режимах. Однако, для получения напряжения на выходе генератора определенной формы и для эффективного преобразования механической энергии в электрическую требуется использовать различную геометрию ротора и статора, а также подбирать оптимальное количество постоянных магнитных полюсов и число витков обмотки статора, что делает задачу изготовления синхронной магнитоэлектрической машины сложной и требующей индивидуального подхода к решению применительно к различным условиям эксплуатации и режимам работы.A synchronous magnetoelectric machine is known [patent US 5117142 from 05.26.1992], in which the magnetic flux generated by permanent magnets located on the rotor section intersects the turns of the windings located on the U-shaped magnetic circuits, together forming electromagnets mounted on a fixed stator. The number of electromagnets corresponds to the number of rotor rods equipped with permanent magnets. The rotor section is designed in such a way that the permanent magnets in the adjacent rotor rods face the electromagnets with opposite poles, thereby providing alternating polarity on the rotor. This design of the rotor allows you to increase the power of the machine, in addition, this machine can operate in both motor and generator modes. However, to obtain voltage at the output of a generator of a certain shape and to efficiently convert mechanical energy into electrical energy, it is necessary to use different geometry of the rotor and stator, as well as to select the optimal number of permanent magnetic poles and the number of turns of the stator winding, which makes the task of manufacturing a synchronous magnetoelectric machine difficult and requiring an individual approach to the solution in relation to various operating conditions and operating modes.
Известен бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами [патент №2303849 от 27.07.2007], который состоит из одной или нескольких секций, каждая из которых включает ротор с круговым магнитопроводом, на котором с одинаковым шагом закреплено четное количество постоянных магнитов, статор, несущий четное число подковообразных электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга и имеющих по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки, устройство для выпрямления электрического тока. Постоянные магниты закреплены на магнитопроводе таким образом, что образуют два параллельных ряда полюсов с продольно и поперечно чередующейся полярностью. Электромагниты сориентированы поперек названных рядов полюсов так, что каждая из катушек электромагнита расположена над одним из параллельных рядов полюсов ротора. Количество полюсов в одном ряду, равное n, удовлетворяет соотношению: n=10+4k, где k - целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д. Количество электромагнитов в генераторе обычно не превышает число (n-2).Known brushless synchronous generator with permanent magnets [patent No. 2303849 from 07.27.2007], which consists of one or more sections, each of which includes a rotor with a circular magnetic core, on which an even number of permanent magnets are fixed with the same step, a stator carrying an even number horseshoe-shaped electromagnets located in pairs opposite each other and having two coils with a successively opposite direction of the winding, a device for rectifying an electric current. Permanent magnets are mounted on the magnetic circuit in such a way that they form two parallel rows of poles with longitudinally and transversely alternating polarity. The electromagnets are oriented across the aforementioned rows of poles so that each of the coils of the electromagnet is located above one of the parallel rows of poles of the rotor. The number of poles in one row, equal to n, satisfies the relation: n = 10 + 4k, where k is an integer that takes
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является «Бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами» [патент №2303849 от 27.07.2007], который состоит из одной или нескольких секций, каждая из которых включает ротор, на котором с одинаковым шагом закреплено четное количество постоянных магнитов, статор, несущий четное число подковообразных электромагнитов, расположенных попарно напротив друг друга и имеющих по две катушки, устройство для выпрямления электрического тока, постоянные магниты 1 закреплены таким образом, что образуют два параллельных ряда полюсов с продольно и поперечно чередующейся полярностью, электромагниты сориентированы поперек названных рядов полюсов так, что каждая из катушек электромагнита расположена над одним из параллельных рядов полюсов ротора, количество полюсов в одном ряду равно n.Closest to the claimed technical solution is "Brushless permanent magnet generator with permanent magnets" [patent No. 2303849 from 07.27.2007], which consists of one or more sections, each of which includes a rotor, on which an even number of permanent magnets are fixed with the same step, a stator carrying an even number of horseshoe-shaped electromagnets located in pairs opposite each other and having two coils, a device for rectifying an electric current,
Основными недостатками известных бесколлекторных синхронных генераторов с постоянными магнитами является применение кругового магнитопровода секции ротора, что повышает массу ротора и требует повышенной мощности, подведенной к валу синхронного бесколлекторного генератора, применяемые в конструкции постоянные магниты прямоугольной формы снижают технологичность исполнения, однако, при использовании в конструкции бесколлекторного генератора постоянных магнитов, имеющих коэрцитивную силу больше 700 кАм, актуальным является поиск технологичной конструкции магнитной системы, обеспечивающей при значительных тяговых усилиях фиксацию электромагнитов на неподвижном статоре с возможностью регулирования положения электромагнитов с целью изменения межполюсного зазора между подковообразными магнитопроводами статора и закрепленными на роторе постоянными магнитами. Экспериментально было подтверждено, что возможно использовать постоянные магниты любой формы полюса, так как определяющим фактором является только площадь полюса, расположенного под электромагнитом, например, можно использовать круглую форму полюса постоянного магнита, что повышает технологичность не только исполнения постоянного магнита, но и сборки бесколлекторного синхронного генератора.The main disadvantages of the known permanent brushless permanent magnet synchronous generators is the use of a circular magnetic circuit of the rotor section, which increases the mass of the rotor and requires increased power supplied to the shaft of the synchronous brushless generator, the rectangular permanent magnets used in the design reduce the manufacturability, however, when using the brushless design a permanent magnet generator having a coercive force of more than 700 kAm, the search for -tech design of the magnetic system, providing significant tractive force when fixing the stator on the stationary electromagnets adjustably position the electromagnets to change the pole gap between the magnetic cores and the horseshoe-shaped stator fixed in the rotor permanent magnets. It was experimentally confirmed that it is possible to use permanent magnets of any shape of the pole, since the determining factor is only the area of the pole located under the electromagnet, for example, you can use the circular shape of the pole of the permanent magnet, which increases the manufacturability of not only the performance of the permanent magnet, but also the assembly of a brushless synchronous generator.
Задачей изобретения является оптимизация конструкции магнитной системы исходя из критерия минимума массы активных материалов при обеспечении максимального напряжения на выводах обмотки, а также повышение технологичности конструкции магнитной системы генератора в целом.The objective of the invention is to optimize the design of the magnetic system based on the criterion of the minimum mass of active materials while ensuring maximum voltage at the terminals of the winding, as well as improving the manufacturability of the design of the magnetic system of the generator as a whole.
На фиг. 1 приведен внешний вид бесколлекторного синхронного генератора с постоянными магнитами.In FIG. 1 shows the appearance of a brushless synchronous generator with permanent magnets.
На фиг. 2 приведена одна секция подвижной части бесколлекторного синхронного генератора с постоянными магнитами.In FIG. 2 shows one section of the movable part of a brushless permanent magnet synchronous generator.
На фиг. 3 представлен фрагмент конструкции бесколлекторного синхронного генератора с постоянными магнитами с указанием распределения поля магнитной индукции.In FIG. Figure 3 shows a fragment of the design of a brushless synchronous generator with permanent magnets indicating the distribution of the magnetic induction field.
Предложен бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами, постоянные магниты которого закреплены на роторе таким образом, что образуют два ряда полюсов с продольно и поперечно чередующейся полярностью. Электромагниты ориентированы поперек названных рядов полюсов, так что каждая из катушек электромагнита расположена над одним из параллельных рядов полюсов ротора. Количество полюсов в одном ряду, равное n, удовлетворяет соотношению n=6+2k, где k - целое число, принимающее значение 0, 1, 2, 3 и т.д. Количество электромагнитов в генераторе, как правило, не меньше n+2, причем с целью уменьшения момента строгания ротора относительно неподвижного статора число полюсов электромагнитов статора не должно быть кратно числу полюсов n ротора (например, при n=6 число электромагнитов не должно быть равно 12, 18, 24 и т.д.).A brushless synchronous generator with permanent magnets is proposed, the permanent magnets of which are mounted on the rotor in such a way that they form two rows of poles with longitudinally and transversely alternating polarity. The electromagnets are oriented across the aforementioned rows of poles, so that each of the coils of the electromagnet is located above one of the parallel rows of poles of the rotor. The number of poles in one row, equal to n, satisfies the relation n = 6 + 2k, where k is an integer that takes the
Бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами состоит из одной или нескольких секций, каждая из которых включает ротор, на котором с одинаковым шагом закреплено четное количество постоянных магнитов 1, статор 2, несущий четное число подковообразных электромагнитов 3, расположенных попарно напротив друг друга и имеющих по две катушки 4, устройство для выпрямления электрического тока (на фиг. 1, 2 не показано), постоянные магниты 1 закреплены таким образом, что образуют два параллельных ряда полюсов с продольно и поперечно чередующейся полярностью, электромагниты сориентированы поперек названных рядов полюсов так, что каждая из катушек электромагнита расположена над одним из параллельных рядов полюсов ротора, количество полюсов в одном ряду равно n, согласно предложенному техническому решению статор 2 выполнен из магнитопроводящего или из немагнитопроводящего материала, в котором выполнены прорези 5 для установки в них подковообразных электромагнитов 3 (например, П-образных), электромагниты выполнены шихтованными и закреплены на статоре при помощи скоб 6 и накладок 7, охватывающих каждый электромагнит, скоба крепится к накладке, причем в том случае, если скоба и накладка выполнены металлическими с целью исключения короткозамкнутого витка, между скобой и накладкой размещена не металлическая 8, накладки в свою очередь крепятся на статор 2, количество полюсов в одном ряду, равное n, удовлетворяет соотношению: n=6+2k, где k - целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д., количество электромагнитов в генераторе как правило не меньше (n+2), форма полюса постоянного магнита 1 может быть круглой или прямоугольной, определяющим фактором является площадь полюса под подковообразным магнитопроводом, например, в предлагаемой конструкции форма полюса постоянного магнита выбрана круглой, постоянные магниты размещены в стаканах 9, снабженных крышками 10, которые закреплены с двух сторон стакана 9 таким образом, что они закрывают постоянный магнит 1 внутри стакана 9, стаканы установлены в пазы 11 на основании 12 из магнитопроводящего или немагнитопроводящего материала, в том случае если основание 12 выполнено из немагнитопроводящего материала, то в пазах 11 между стаканом 9 и основанием 12 размещена металлическая пластина 16, ориентированная под полюсами подковообразного электромагнита 3, стаканы 9 и основание 12 зафиксированы дисками 13, образующими вместе с установленными на основании 12 стаканами 9, постоянными магнитами 1, пластинами 16 и крышками 10 одну секцию 14, располагаемую на валу 15 бесколлекторного генератора.A brushless permanent magnet synchronous generator consists of one or several sections, each of which includes a rotor, on which an even number of
Результаты моделирования подтверждают возможность размещения электромагнитов 3 внутри прорезей 5 магнитопроводящего статора 2 при отсутствии магнитного потока внутри статора, что позволяет делать магнитопроводящий статор цельным (т.е. не шихтованным), не оказывающим влияние на рабочий магнитный поток внутри шихтованных электромагнитов 3.The simulation results confirm the possibility of placing electromagnets 3 inside the slots 5 of the magnetically conducting stator 2 in the absence of magnetic flux inside the stator, which makes it possible to make the magnetically conducting stator solid (i.e., not charged), without affecting the working magnetic flux inside the charged electromagnets 3.
Рассмотрим работу предлагаемого бесколлекторного синхронного генератора с постоянными магнитами.Consider the work of the proposed brushless synchronous generator with permanent magnets.
От внешнего приводного двигателя, например, источника механической энергии, например, ветроколеса (не показано) момент вращения передается на вал 15 синхронного бесколлекторного генератора. Под действием вращающего момента приводного двигателя ротор генератора вращается, т.е. вал 15 вместе с закрепленными на нем секциями ротора 14 приводится во вращение. На секциях ротора 14 закреплены постоянные магниты 1, которые при вращении создают переменный магнитный поток, проходящий через подковообразные магнитопроводы, размещенные на неподвижном статоре 2, в соответствии с законом электромагнитной индукции в катушках 4 наводится ЭДС. В процессе вращения ротора магнитное поле постоянного магнита вращается с некоторой частотой, поэтому каждая из обмоток электромагнитов попеременно оказывается то в зоне северного (N) магнитного полюса, то в зоне южного (S) магнитного полюса. При этом смена полюсов сопровождается изменением направления ЭДС в обмотках электромагнитов. Выводы катушек 4 присоединены к устройству для выпрямления электрического тока (не показано).From an external drive motor, for example, a source of mechanical energy, for example, a wind wheel (not shown), the torque is transmitted to the shaft 15 of the synchronous brushless generator. Under the action of the drive motor torque, the generator rotor rotates, i.e. the shaft 15, together with the
Полученное на выводах устройства для выпрямления электрического тока напряжение может быть использовано, например, для зарядки аккумуляторной батареи с последующим преобразованием в переменное напряжение с заданными параметрами амплитуды и частоты.The voltage obtained at the terminals of the device for rectifying electric current can be used, for example, to charge a battery with subsequent conversion to alternating voltage with specified amplitude and frequency parameters.
Предложенная конструкция магнитной системы удовлетворяет выбранным критериям оптимальности, обеспечивает возможность регулирования положения электромагнитов с целью изменения межполюсного зазора между подковообразными магнитопроводами статора и закрепленными на роторе постоянными магнитами, а также улучшает технологичность сборки магнитной системы генератора в целом.The proposed design of the magnetic system satisfies the selected criteria of optimality, provides the ability to control the position of the electromagnets in order to change the interpolar gap between the horseshoe-shaped stator magnetic circuits and the permanent magnets fixed to the rotor, and also improves the manufacturability of the assembly of the generator magnetic system as a whole.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014140005/07A RU2565775C1 (en) | 2014-10-02 | 2014-10-02 | Brushless synchronous generator with permanent magnets |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014140005/07A RU2565775C1 (en) | 2014-10-02 | 2014-10-02 | Brushless synchronous generator with permanent magnets |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2565775C1 true RU2565775C1 (en) | 2015-10-20 |
Family
ID=54327346
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014140005/07A RU2565775C1 (en) | 2014-10-02 | 2014-10-02 | Brushless synchronous generator with permanent magnets |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2565775C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2687964C1 (en) * | 2018-10-19 | 2019-05-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" | Brushless synchronous generator with permanent magnets |
RU2693011C1 (en) * | 2018-12-27 | 2019-07-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" (ОмГТУ) | Collectorless synchronous generator of modular type with permanent magnets |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5117142A (en) * | 1989-11-20 | 1992-05-26 | 501 Ibk Ab | Permanent magnetized synchronous machine designed according to the transverse flux principle |
RU2096898C1 (en) * | 1996-02-16 | 1997-11-20 | Алексей Николаевич Белашов | Universal electrical machine |
RU2303849C1 (en) * | 2005-11-01 | 2007-07-27 | Василий Васильевич Шкондин | Commutatorless permanent-magnet synchronous generator |
WO2009093181A2 (en) * | 2008-01-21 | 2009-07-30 | Marco Cipriani | Electromagnetic device with reversible generator-motor operation |
RU2012138233A (en) * | 2012-09-06 | 2014-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | MAGNETO ELECTRIC MACHINE |
RU2515998C1 (en) * | 2012-11-06 | 2014-05-20 | Сергей Михайлович Есаков | Magnetoelectric generator |
-
2014
- 2014-10-02 RU RU2014140005/07A patent/RU2565775C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5117142A (en) * | 1989-11-20 | 1992-05-26 | 501 Ibk Ab | Permanent magnetized synchronous machine designed according to the transverse flux principle |
RU2096898C1 (en) * | 1996-02-16 | 1997-11-20 | Алексей Николаевич Белашов | Universal electrical machine |
RU2303849C1 (en) * | 2005-11-01 | 2007-07-27 | Василий Васильевич Шкондин | Commutatorless permanent-magnet synchronous generator |
WO2009093181A2 (en) * | 2008-01-21 | 2009-07-30 | Marco Cipriani | Electromagnetic device with reversible generator-motor operation |
RU2012138233A (en) * | 2012-09-06 | 2014-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | MAGNETO ELECTRIC MACHINE |
RU2515998C1 (en) * | 2012-11-06 | 2014-05-20 | Сергей Михайлович Есаков | Magnetoelectric generator |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2687964C1 (en) * | 2018-10-19 | 2019-05-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" | Brushless synchronous generator with permanent magnets |
RU2693011C1 (en) * | 2018-12-27 | 2019-07-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" (ОмГТУ) | Collectorless synchronous generator of modular type with permanent magnets |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Amara et al. | Analytical prediction of eddy-current loss in modular tubular permanent-magnet machines | |
RU2303849C1 (en) | Commutatorless permanent-magnet synchronous generator | |
RU2450411C1 (en) | Axial two-input contactless dynamo | |
CN101662193A (en) | Two-rotor axial magnetic flux switching type mixed excitation synchronous generator | |
WO2012026685A3 (en) | Linear motor | |
RU2395714C1 (en) | Electric generator stator | |
KR101324546B1 (en) | Time difference generator using balance of both poles | |
US20040232796A1 (en) | Electric synchronous machine comprising a toroidal winding | |
RU2014123641A (en) | UNIPOLAR MOTOR-GENERATOR | |
RU2565775C1 (en) | Brushless synchronous generator with permanent magnets | |
RU2310966C1 (en) | Modular gating electro-mechanical transformer | |
Tatevosyan | The calculation of the magnetic field of the synchronous magnetoelectric generator | |
US9831753B2 (en) | Switched reluctance permanent magnet motor | |
RU2571955C1 (en) | Switched reluctance electrical machine | |
RU2693011C1 (en) | Collectorless synchronous generator of modular type with permanent magnets | |
RU197778U1 (en) | LONGITUDINAL EXCITATION GENERATOR | |
US20200304000A1 (en) | Generator with reduced magnetic resistance | |
RU2393615C1 (en) | Single-phase contact-free electromagnetic generator | |
RU2687964C1 (en) | Brushless synchronous generator with permanent magnets | |
RU2585279C1 (en) | Magnetoelectric machine | |
US10164510B1 (en) | Low resistance generator | |
RU2507667C2 (en) | Magnetic generator | |
RU71189U1 (en) | LOW-TURNING ELECTRIC MACHINE | |
RU53828U1 (en) | MULTIPLE MAGNETIC ELECTRIC MACHINE | |
RU2604051C1 (en) | Magnetoelectric machine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181003 |