RU2687964C1 - Brushless synchronous generator with permanent magnets - Google Patents
Brushless synchronous generator with permanent magnets Download PDFInfo
- Publication number
- RU2687964C1 RU2687964C1 RU2018136868A RU2018136868A RU2687964C1 RU 2687964 C1 RU2687964 C1 RU 2687964C1 RU 2018136868 A RU2018136868 A RU 2018136868A RU 2018136868 A RU2018136868 A RU 2018136868A RU 2687964 C1 RU2687964 C1 RU 2687964C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- permanent magnets
- electromagnets
- horseshoe
- stator
- rotor
- Prior art date
Links
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 title claims abstract description 19
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 22
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 17
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 8
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 6
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/02—Details of the magnetic circuit characterised by the magnetic material
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
- H02K11/04—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for rectification
- H02K11/049—Rectifiers associated with stationary parts, e.g. stator cores
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, а именно к бесколлекторным электрическим машинам, в частности электрогенераторам переменного тока, и может быть использовано в областях науки и техники, где требуются автономные источники питания. The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to brushless electric machines, in particular electric generators of alternating current, and can be used in the fields of science and technology that require autonomous power sources.
Близкое к заявляемому техническому решению является «Бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами» [патент №2565775, опубл. 20.10.2015], состоящий из одной или нескольких секций, каждая из которых включает ротор, на котором закреплено четное количество постоянных магнитов, статор, несущий четное число подковообразных электромагнитов, устройство для выпрямления электрического тока. Постоянные магниты образуют два параллельных ряда полюсов с продольно и поперечно чередующейся полярностью. Электромагниты ориентированы поперек названных рядов полюсов так, что каждая из обмоток 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. Количество электромагнитов в бесколлекторном синхронном генераторе, как правило, не меньше (n+2).Close to the claimed technical solution is the "Brushless synchronous generator with permanent magnets" [patent number 2565775, publ. 10/20/2015], consisting of one or several sections, each of which includes a rotor on which an even number of permanent magnets is fixed, a stator carrying an even number of horseshoe-shaped electromagnets, a device for rectifying electric current. Permanent magnets form two parallel rows of poles with longitudinally and transversely alternating polarities. Electromagnets are oriented across the said rows of poles so that each of the electromagnet windings is located above one of the parallel rows of rotor poles. The number of poles in the same row, equal to n, satisfies the relation n = 6 + 2k, where k is an integer. The number of electromagnets in a brushless synchronous generator, as a rule, is not less (n + 2).
Основным недостатком указанного бесколлекторного синхронного генератора с постоянными магнитами является применение большого количества выпрямительных блоков, каждый из которых соединен с обмоткой электромагнита. Это обуславливает дополнительные потери мощности в синхронном генераторе и, соответственно, повышает его активное сопротивление. The main disadvantage of this brushless synchronous generator with permanent magnets is the use of a large number of rectifier units, each of which is connected to a winding of an electromagnet. This causes additional power losses in the synchronous generator and, accordingly, increases its resistance.
Задачей изобретения является одновременное улучшение пусковых и эксплуатационных характеристик генератора за счет уменьшения момента страгивания и снижения электрических и магнитных потерь и уменьшения количества выпрямительных блоков, подключаемых к обмоткам электромагнитов. Общим критерием является оптимизация конструкции магнитной системы, исходя из условия обеспечения минимума массы используемых активных материалов для изготовления бесколлекторного синхронного генератора. The objective of the invention is the simultaneous improvement of the starting and operational characteristics of the generator by reducing the moment of moving and reducing electrical and magnetic losses and reducing the number of rectifier units connected to the windings of the electromagnets. A common criterion is the optimization of the design of the magnetic system, based on the condition of ensuring a minimum mass of used active materials for the manufacture of a brushless synchronous generator.
На фиг. приведен внешний вид предлагаемого бесколлекторного синхронного генератора с постоянными магнитами в сборе, а также отдельно ротор генератора.FIG. shows the appearance of the proposed brushless synchronous generator with permanent magnets assembly, as well as separately the generator rotor.
Предложен бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами, в котором каждый электромагнит образует независимую от других электромагнитов замкнутую магнитную цепь, в состав которой входит неподвижный подковообразный электромагнит 3 с одной или двумя обмотками 4 (на фиг. показана одна обмотка), подвижные постоянные магниты 5, расположенные на роторе двумя параллельными рядами с продольно-поперечной чередующейся полярностью и удерживаемые относительно друг друга алюминиевыми стаканами 6, снабженными крышками 7, ферромагнитная пластина 9, шунтирующая разноименные полюса постоянных магнитов и служащая для проведения магнитного потока по замкнутому пути. Постоянные магниты 5 закреплены на роторе таким образом, что образуют два ряда полюсов. Например, для синхронного генератора с шестью подковообразными электромагнитами 3 и девятью постоянными магнитами 5 в одном ряду порядок полюсов постоянных магнитов выбирается N-N-S-N-N-S-N-N-S или то же, но с противоположной полярностью. В конструкции генератора имеется две группы подковообразных электромагнитов 3, полюса которых ориентированы в пространстве относительно друг друга на угол 120 градусов. На внешней боковой поверхности ротора 2 двумя рядами расположены постоянные магниты 5 таким образом, что постоянные магниты одного и другого ряда обращены к полюсам подковообразных электромагнитов противоположными полюсами. При вращении ротора в обмотках 4 подковообразных электромагнитов 3, относящихся к одной группе, индуктируются ЭДС, совпадающие по фазе. Совпадение начальных фаз наводимых ЭДС в обмотках подковообразных электромагнитов каждой группы позволяет исключить присоединение выпрямительного блока к выводам каждой обмотки электромагнита, а значит использовать один выпрямительный блок на выходе синхронного генератора, соединив выводы обмоток, соответствующих одной группе, последовательно/параллельно. A permanent-magnet brushless synchronous generator is proposed, in which each electromagnet forms a closed magnetic circuit independent of other electromagnets, which includes a fixed horseshoe-shaped electromagnet 3 with one or two windings 4 (one winding shown in Fig. 1), movable
Постоянные магниты 5 закреплены на внешней боковой поверхности ротора любым образом, например, размещены в пазах и/или удерживаются специальным устройством (на фиг. не показано). Сердечники подковообразных электромагнитов 3 закреплены на статоре 1 в прорезях при помощи удерживающих скоб или иного удерживающего устройства (на фиг. не показано).
На роторе 2 с одинаковым шагом закреплено n постоянных магнитов 5, на статоре 1 выполнены прорези для установки в них n-3 подковообразных электромагнитов 3, имеющих по одной или две обмотки 4, устройство для выпрямления электрического тока (на фиг. не показано). Постоянные магниты 5 размещены в стаканах 6, снабженными крышками 7, которые закреплены с одной стороны стакана 6, таким образом, чтобы постоянные магниты 5 были закрыты внутри стакана 6, стаканы закреплены между двумя жесткими пластинами 8 (на фиг. показана только одна пластина), имеющих центральное отверстие для размещения вала бесколлекторного синхронного генератора (вал на фиг. 1 не показан), для создания замкнутого магнитного потока от двух постоянных магнитов через подковообразный электромагнит со стороны обращенной к валу генератора закреплена ферромагнитная пластина 9, шунтирующая разноименные полюса постоянных магнитов и служащая для проведения магнитного потока по замкнутому пути. Две жесткие пластины 8, между которыми размещены стаканы 6 с крышками 7, ферромагнитные пластины 9 и постоянные магниты 5 образуют ротор 2, располагаемый на валу бесколлекторного генератора, согласно предложенному техническому решению, подковообразные электромагниты 3 выполнены из аморфного железа закреплены на статоре, количество постоянных магнитов в одном ряду, равное n, удовлетворяет соотношению: n=6+3k, где k - целое число из натурального ряда, принимающее значения 1, 2, 3 и т.д., количество подковообразных электромагнитов в генераторе, не меньше (n-3), причем для случая n=9 порядок чередования полюсов постоянных магнитов расположенных на основании 9 по окружности в одном ряду и обращенных к подковообразным электромагнитам должен быть следующим: N-N-S-N-N-S-N-N-S, так как указанное чередование полюсов постоянных магнитов позволяет уменьшить момент страгивания и исключить при последовательном/параллельном соединении обмоток электромагнитов, относящихся к одной группе операцию выпрямления напряжения на каждой обмотке подковообразного электромагнита, т.е. позволит установить только один выпрямительный блок на выходе последовательно/параллельно соединенных обмоток электромагнитов, относящихся к одной группе.On the
Применение аморфного железа для изготовления сердечников подковообразных электромагнитов позволяет повысить технологичность изготовления генератора, уменьшить его массу и габаритные размеры, снизить потери на вихревые токи на используемых частотах вращения ротора генератора до 800 об/мин, вследствие высокого удельного сопротивления, большой магнитной индукции технического насыщения и низкой коэрцитивной силы аморфного железа по сравнению с магнитными свойствами электротехнической стали.The use of amorphous iron for the manufacture of horseshoe-shaped electromagnets makes it possible to improve the manufacturability of the generator, reduce its weight and overall dimensions, reduce eddy current losses at the used rotor speeds of the generator to 800 rpm, due to high specific resistance, high magnetic induction of technical saturation and low the coercive force of amorphous iron compared with the magnetic properties of electrical steel.
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 (источника механической энергии), например, ветроколеса (на фиг. не показано) момент вращения передается на вал синхронного бесколлекторного генератора. Под действием вращающего момента приводного двигателя ротор 2 генератора вращается, т.е. вал вместе с закрепленными на нем ротором 2 приводится во вращение. На роторе 2 закреплены постоянные магниты 5, которые при вращении создают переменный магнитный поток в сердечниках подковообразных электромагнитов, изготовленных из аморфного железа, размещенных на неподвижном статоре 1, и в соответствии с законом электромагнитной индукции в обмотках 4 наводится ЭДС, причем начальные фазы индуктированной ЭДС в обмотках электромагнитов, относящихся к одной группе, будут одинаковыми. В процессе вращения ротора магнитное поле постоянного магнита вращается с некоторой частотой, поэтому один из полюсов каждого подковообразного электромагнита оказываются в зоне либо северного (N) магнитного полюса, либо в зоне южного (S) магнитного полюса. При этом смена полюсов сопровождается изменением направления магнитного потока в сердечниках электромагнитов и индуктированных ЭДС в обмотках подковообразных электромагнитов. Выводы обмоток 4 электромагнитов, относящихся к одной группе, соединяют последовательно/параллельно, а затем подключают к выпрямительному устройству для выпрямления электрического тока (на фиг. не показано).From an external drive motor (source of mechanical energy), for example, a wind wheel (not shown in Fig.), The torque is transmitted to the shaft of a synchronous brushless generator. Under the action of the torque of the drive motor, the
Полученное на выводах устройства выпрямленное напряжение может быть использовано, например, для зарядки аккумуляторной батареи с последующим преобразованием постоянного напряжения в переменное с заданными параметрами амплитуды и частоты. The rectified voltage obtained at the terminals of the device can be used, for example, to charge the battery and then convert the DC to AC voltage with the specified amplitude and frequency parameters.
Предложенная конструкция магнитной системы удовлетворяет выбранным критериям оптимальности, обеспечивает возможность регулирования положения подковообразных электромагнитов и изменение межполюсного зазора между подковообразными электромагнитами статора и закрепленными на роторе постоянными магнитами, а также улучшает технологичность сборки магнитной системы генератора в целом, снижает момент страгивания и уменьшает число выпрямительных блоков.The proposed design of the magnetic system satisfies the selected optimality criteria, provides the ability to control the position of the horseshoe-shaped electromagnets and change the interpolar gap between the horseshoe-shaped electromagnets of the stator and permanent magnets mounted on the rotor, and also improves the manufacturability of the magnetic system of the generator, reduces the moment of moving and reduces the number of rectifier units.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018136868A RU2687964C1 (en) | 2018-10-19 | 2018-10-19 | Brushless synchronous generator with permanent magnets |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018136868A RU2687964C1 (en) | 2018-10-19 | 2018-10-19 | Brushless synchronous generator with permanent magnets |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2687964C1 true RU2687964C1 (en) | 2019-05-17 |
Family
ID=66579066
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018136868A RU2687964C1 (en) | 2018-10-19 | 2018-10-19 | Brushless synchronous generator with permanent magnets |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2687964C1 (en) |
Citations (5)
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 |
US20040021390A1 (en) * | 2002-07-31 | 2004-02-05 | Kim Houng Joong | Rotary electric machine and automobile provided with the same |
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 |
RU2565775C1 (en) * | 2014-10-02 | 2015-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Brushless synchronous generator with permanent magnets |
-
2018
- 2018-10-19 RU RU2018136868A patent/RU2687964C1/en active
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 |
US20040021390A1 (en) * | 2002-07-31 | 2004-02-05 | Kim Houng Joong | Rotary electric machine and automobile provided with the same |
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 |
RU2516373C2 (en) * | 2008-01-21 | 2014-05-20 | Авио С.П.А. | Electromagnetic device with reversible generator and motor operation |
RU2565775C1 (en) * | 2014-10-02 | 2015-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" | Brushless synchronous generator with permanent magnets |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2450411C1 (en) | Axial two-input contactless dynamo | |
JP4873671B1 (en) | Power generator | |
CN105790456B (en) | A kind of three-phase hybrid excitation flux switch motor structure | |
JP6639810B2 (en) | Rotating electric machines and non-contact generators | |
CN101438485A (en) | Electric power generator, method for generating electric power, and motor | |
CN105048740A (en) | Permanent magnet and variable reluctance parallel hybrid excitation brushless motor | |
CN104821668A (en) | Novel stator permanent magnet type motor | |
US9184647B2 (en) | High efficiency high output density electrical power generator | |
CN102843008A (en) | Parallel type mixed excitation alternating-current generator | |
JP2016518172A (en) | Fixed exercise equipment generator | |
RU2515998C1 (en) | Magnetoelectric generator | |
RU2356154C1 (en) | Electrical machine with double-pack inductor (versions) | |
RU2687964C1 (en) | Brushless synchronous generator with permanent magnets | |
Tatevosyan | The calculation of the magnetic field of the synchronous magnetoelectric generator | |
RU2693011C1 (en) | Collectorless synchronous generator of modular type with permanent magnets | |
RU2565775C1 (en) | Brushless synchronous generator with permanent magnets | |
CN202395551U (en) | Electric excitation brushless starting generator | |
WO2009072623A1 (en) | Generator | |
CN101931348A (en) | Compositely excited magnetic ring-based double-magnetic ring type inductive magnetic energy generator | |
RU131919U1 (en) | LOW-TURNING ELECTRIC CURRENT GENERATOR | |
RU53828U1 (en) | MULTIPLE MAGNETIC ELECTRIC MACHINE | |
RU127265U1 (en) | MAGNETO-ELECTRIC GENERATOR | |
RU2414790C1 (en) | Synchronous electric machine with modulated magnetomotive force of armature | |
RU2716815C1 (en) | Improved permanent magnet generator | |
CN103731000A (en) | Reversing direct-current motor with magnetic poles formed by combined permanent magnets |