RU2708370C1 - Многообмоточный низкооборотный генератор - Google Patents
Многообмоточный низкооборотный генератор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2708370C1 RU2708370C1 RU2019101661A RU2019101661A RU2708370C1 RU 2708370 C1 RU2708370 C1 RU 2708370C1 RU 2019101661 A RU2019101661 A RU 2019101661A RU 2019101661 A RU2019101661 A RU 2019101661A RU 2708370 C1 RU2708370 C1 RU 2708370C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coils
- generator
- windings
- stator
- magnets
- Prior art date
Links
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
- H02K21/24—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets axially facing the armatures, e.g. hub-type cycle dynamos
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K23/00—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
- H02K23/26—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by the armature windings
- H02K23/36—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by the armature windings having two or more windings; having two or more commutators; having two or more stators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
- H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике, к низкооборотным бесколлекторным электрическим машинам, преобразующим механическое вращательное движение в переменный электрический ток, и может быть использовано в энергетике, на транспорте или в качестве автономного источника электрического тока. Технический результат заключается в повышении КПД, магнитного потока, мощности, обеспечении возможности регулирования вольт-амперных характеристик генератора, снижении материалоемкости и веса. Многообмоточный низкооборотный генератор содержит вал, закрепленный на валу ротор, выполненный в виде двух дисковых магнитопроводов, на которых размещены аксиально намагниченные постоянные магниты с чередующейся полярностью. Статор выполнен в виде диэлектрического диска с катушками обмоток и расположен между двумя дисковыми магнитопроводами. Катушки обмоток имеют форму трапеции, выполнены изогнутыми в вертикальной плоскости таким образом, что прямолинейные участки соседних обмоток расположены друг над другом. На каждую катушку приходится четыре магнита. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электротехнике, а именно к низкооборотным бесколлекторным электрическим машинам, преобразующим механическое вращательное движение в переменный электрический ток, и может быть использовано в энергетике, на транспорте или в качестве автономного источника электрического тока.
Уровень техники
Известен дисковый электрогенератор (RU 2627031 C1, опубл. 03.08.2017), содержащий первый корпус и второй корпус, а также первый комплект магнитов и второй комплект магнитов. Плоскость, где расположен первый комплект магнитов, параллельна плоскости, где расположен второй комплект магнитов, и однонаправленное магнитное поле формируется между первым комплектом магнитов и вторым комплектом магнитов. Якорь расположен параллельно к плоскости, где расположен первый комплект магнитов и размещен между первым комплектом магнитов и вторым комплектом магнитов. Якорь содержит панель, на которой расположены многочисленные катушки, неподвижно установленные в центре панели через равные интервалы по кругу на одной плоскости. Катушки имеют спиральную форму. Многочисленные катушки электрически соединены друг с другом посредством контуров на панели.
К недостаткам данного генератора следует отнести: большие массогабаритные показатели и невысокий КПД.
Известен тихоходный торцевой синхронный генератор (RU 2446548 C1, опубл. 27.03.2012), содержащий ротор, выполненный в виде диска из немагнитного материала с системой возбуждения на постоянных магнитах, и статор с катушками, состоящий из секций, при этом в каждой секции статор выполнен из одного кольцевого магнитопровода, расположенного параллельно ротору и закрепленного на ребрах жесткости каркаса бескорпусного генератора, катушки статора размещены полностью в пазах, не выступая за пределы магнитопровода, в системе возбуждения постоянные магниты расположены на диске ротора с одной его боковой стороны параллельно магнитопроводу статора, причем роторы каждой секции расположены на одном валу.
К недостаткам данного генератора следует отнести: 1) использование схемы с одним статором и одним ротором, что увеличивает материалоемкость и габариты устройства; 2) отсутствие магнитопровода статора, что приводит к снижению величины магнитного потока и, как следствие, индуцируемой ЭДС и КПД устройства; 3) высокий момент страгивания.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является "Торцевой генератор переменного тока" (SU 1835116 А3, опубл. 15.08.1993), содержащий корпус с опорными подшипниками и приводным валом, на котором жестко закреплен ротор, выполненный в виде двух связанных между собой дисковых магнитопроводов и аксиально намагниченных постоянных магнитов, которые расположены дискретно по окружности обращенных одна к другой стороне магнитопроводов, статор в виде диска из электроизоляционного материала с катушками рабочей обмотки, с элементами для регулирования величины воздушных зазоров между ротором и статором.
Недостатком устройства являются низкий КПД и низкая удельная мощность генератора, вызванные как потерей магнитной энергии в зазоре магнитопровода, так и неэффективной работой цилиндрических катушек статора из-за того, что часть времени один магнитный поток наводит встречную ЭДС в обоих половинках катушки, высокая материалоемкость и вес.
Заявленное изобретение устраняет указанные недостатки и позволяет достичь заявленный технический результат.
Раскрытие изобретения
Технической задачей, которую решает предлагаемое решение, является создание высоконадежного и высокоэффективного многообмоточного низкооборотного генератора с повышенным КПД, увеличенной величиной магнитного потока, повышенной отдаваемой генератором мощностью и пониженной материалоемкостью, работающего с более широким диапазоном частот вращения.
Технический результат заключается в повышении его КПД, увеличении величины магнитного потока, повышении отдаваемой генератором мощности, обеспечении возможности регулирования вольт-амперных характеристик генератора, снижении материалоемкости и веса.
Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата многообмоточный низкооборотный генератор содержит вал, закрепленные на валу ротор, выполненный в виде двух дисковых магнитопроводов, на которых размещены аксиально намагниченные постоянные магниты с чередующейся полярностью, и статор, выполненный в виде диэлектрического диска с катушками обмоток, расположенный между двумя дисковыми магнитопроводами, причем катушки обмоток имеют форму трапеции, выполнены изогнутыми в вертикальной плоскости таким образом, что прямолинейные участки соседних обмоток расположены друг над другом, при этом на каждую катушку приходится четыре магнита.
Катушки обмоток сгруппированы в четыре секции, каждая из которых состоит из трех катушек.
Четыре секции катушек выполнены синфазными.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - Конструкция генератора;
Фиг.2 - Схема расположения магнитов для 4-х фазного генератора;
Фиг.3 - Схема расположения 4-х секций катушек обмоток статора;
Фиг.4 - Форма катушки обмоток статора (вид с торца);
Фиг.5 - Схема взаимодействия магнитного потока и катушек обмоток статора;
Фиг.6 - Схема коммутации обмоток при различных скоростях вращения ротора.
На фигуре цифрами обозначены следующие элементы:
1 - верхний и нижний дисковый магнитопровод;
2 - аксиально намагниченные постоянные магниты;
3 - диэлектрический диск с катушками обмоток статора;
4 - полый вал генератора;
5 – подшипники;
6 - катушки обмоток статора;
7 - выводы статорных обмоток;
I - подключение обмоток при низкой частоте вращения;
II - подключение обмоток при номинальной;
III - подключение обмоток при повышенной частоте вращения.
Осуществление изобретения
Заявленный генератор содержит ротор с постоянными магнитами, статор с катушками обмоток, приводной вал, на котором закреплены ротор и статор.
Ротор выполнен внешним с возможностью вращения, в виде двух соосных дисковых магнитопроводов 1, на которых размещены аксиально намагниченные постоянные магниты 2 с чередующейся полярностью, при этом магниты на разных магнитопроводах обращены друг к другу противоположными полюсами. Магнитопроводы 1 через подшипники 5, опираются на вал 4 генератора (фиг.1,2).
Статор выполнен в виде диэлектрического диска 3 с высокой теплопроводностью, расположенного между магнитопроводами 1 с аксиально намагниченными постоянными магнитами 2, жестко закрепленного на валу 4 с помощью фланца.
Внутри диэлектрического диска 3 размещены катушки обмоток 6 статора, которые имеют форму трапеции, частично перекрываются друг другом и сгруппированы в четыре секции, каждая из которых состоит из трех катушек (фиг.3), причем каждая катушка 6 расположена между четырьмя аксиально намагниченными постоянными магнитами 2 (фиг.5).
Вал 4 выполнен полым, с отверстиями для выводов 7 наружу статорных обмоток.
Катушки обмоток 6 статора выполнены изогнутыми в вертикальной плоскости таким образом, что прямолинейные участки соседних обмоток расположены друг над другом (фиг.4), за счет чего достигается уменьшение толщины катушек и соответственно уменьшение общей толщины статора, при этом, в отличии от известных из уровня техники решений, в которых на каждую катушку приходится по два магнита, в заявленном решении на каждую катушку приходится по четыре магнита, т.е каждая катушка статора расположена между, установленными друг на против друга, парой соседних магнитов одного дискового магнитопровода ротора и парой соседних магнитов другого дискового магнитопровода ротора (по два сверху и снизу от статора), за счет чего достигается увеличение величины магнитного потока, пересекающего витки катушек.
Таким образом, за счет выполнения катушек обмоток вышеуказанным образом, достигается уменьшение толщины катушек и соответственно общей толщины статора, а также увеличение величины магнитного потока, пересекающего витки катушек, что в свою очередь обеспечивает повышение КПД генератора.
Кроме того, за счет частичного (в местах наложения друг на друга прямолинейных участков соседних обмоток) перекрытия катушек обмоток статора удалось увеличить общее число катушек при неизменных габаритах и повысить отдаваемую генератором мощность.
Поскольку все четыре секции синфазны, то обеспечивая их коммутацию можно достигать либо повышенного напряжения на выходе генератора при малых оборотах, либо повышенного тока при высоких оборотах. Получение большего напряжения при малых оборотах и большего тока при высоких за счет возможности автоматической коммутации обмоток обеспечивает дополнительное повышение КПД.
Подобного выполнения обмоток генератора для повышения его эффективности и возможности регулирования вольт-амперных характеристик не встречается ни в приведенных аналогах, ни в других источниках.
При показанном на Фиг.5 положении статора и ротора магнитный поток, пересекающий катушки обмоток статора максимален. При повороте ротора на угол α/2 (Фиг. 2) магнитный поток через обмотку минимален. Ещё через α/2 магнитный поток меняет направление на противоположное и формируется вторая полуволна переменного напряжения. Поскольку на каждую катушку приходится четыре магнита, то ЭДС наводится синхронно во всех катушках одной фазы удвоенным магнитным потоком, что повышает общий КПД генератора.
Таким образом, в каждой из четырех секций, состоящих из трех последовательно соединенных катушек, наводится ЭДС равное U и ток равный I. Поскольку ЭДС секций синфазно, то появляется возможность управлять суммарным напряжением и отдаваемым генератором током, как показано на Фиг. 6 и легко может быть реализовано автоматическое регулирование по алгоритму:
0<f вр <0,7f ном — режим I; 0,7f ном <f вр <1,4f ном — режим II; f вр >1,4f ном — режим III,
где f вр — частота вращения ротора.
В режиме I суммарное напряжение и ток генератора равняется U вых =4U, I вых =I;
В режиме II суммарное напряжение и ток генератора равняется U вых =2U, I вых =2I;
В режиме III суммарное напряжение и ток генератора равняется U вых =U, I вых =4I.
Учитывая линейную зависимость выходного напряжения генератора от частоты его вращения, данное решение позволило получить необходимое значение выходного напряжения и тока генератора в три раза более широком диапазоне частот вращения. например, от 10 до 400 об/мин, без использования ограничений по напряжению и току, а также балластной нагрузки. При этом созданный прототип мощностью 1 кВт весил всего 17 кг, в то время как аналоги от 36 кг до 150 кг.
Claims (3)
1. Многообмоточный низкооборотный генератор, содержащий вал, закрепленные на валу ротор, выполненный в виде двух дисковых магнитопроводов, на которых размещены аксиально намагниченные постоянные магниты с чередующейся полярностью, и статор, выполненный в виде диэлектрического диска с катушками обмоток, расположенный между двумя дисковыми магнитопроводами, отличающийся тем, что катушки обмоток имеют форму трапеции, выполнены изогнутыми в вертикальной плоскости таким образом, что прямолинейные участки соседних обмоток расположены друг над другом, причем на каждую катушку приходится четыре магнита.
2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что катушки обмоток сгруппированы в четыре секции, каждая из которых состоит из трех катушек.
3. Генератор по п.2, отличающийся тем, что четыре секции катушек выполнены синфазными.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019101661A RU2708370C1 (ru) | 2019-01-22 | 2019-01-22 | Многообмоточный низкооборотный генератор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019101661A RU2708370C1 (ru) | 2019-01-22 | 2019-01-22 | Многообмоточный низкооборотный генератор |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2708370C1 true RU2708370C1 (ru) | 2019-12-09 |
Family
ID=68836730
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019101661A RU2708370C1 (ru) | 2019-01-22 | 2019-01-22 | Многообмоточный низкооборотный генератор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2708370C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2810639C1 (ru) * | 2023-05-25 | 2023-12-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Торцевая электрическая машина |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2226312C2 (ru) * | 1996-05-21 | 2004-03-27 | Визьюал Компьютинг Системз Корп. | Сегментная матрица из взаимно соединенных катушек |
RU2427067C1 (ru) * | 2009-12-25 | 2011-08-20 | Сергей Михайлович Есаков | Магнитоэлектрический генератор |
WO2012121685A2 (ru) * | 2011-03-09 | 2012-09-13 | Chuhunov Viktor Fedorovych | Тихоходный многополюсный синхронный генератор |
RU2494520C2 (ru) * | 2011-12-26 | 2013-09-27 | Сергей Михайлович Есаков | Магнитоэлектрический генератор |
RU2559810C1 (ru) * | 2014-04-16 | 2015-08-10 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Проектно-Конструкторский и Технологический Институт Электромашиностроения" | Низкоскоростной вентильно-индукторный двигатель с концентрическими обмотками, управляемый двухфазным током синусоидальной формы |
-
2019
- 2019-01-22 RU RU2019101661A patent/RU2708370C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2226312C2 (ru) * | 1996-05-21 | 2004-03-27 | Визьюал Компьютинг Системз Корп. | Сегментная матрица из взаимно соединенных катушек |
RU2427067C1 (ru) * | 2009-12-25 | 2011-08-20 | Сергей Михайлович Есаков | Магнитоэлектрический генератор |
WO2012121685A2 (ru) * | 2011-03-09 | 2012-09-13 | Chuhunov Viktor Fedorovych | Тихоходный многополюсный синхронный генератор |
RU2494520C2 (ru) * | 2011-12-26 | 2013-09-27 | Сергей Михайлович Есаков | Магнитоэлектрический генератор |
RU2559810C1 (ru) * | 2014-04-16 | 2015-08-10 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Проектно-Конструкторский и Технологический Институт Электромашиностроения" | Низкоскоростной вентильно-индукторный двигатель с концентрическими обмотками, управляемый двухфазным током синусоидальной формы |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2810639C1 (ru) * | 2023-05-25 | 2023-12-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Торцевая электрическая машина |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7385330B2 (en) | Permanent-magnet switched-flux machine | |
US6664704B2 (en) | Electrical machine | |
US3319100A (en) | Dynamoelectric machines | |
EP0199496A2 (en) | Permanent magnet variable reluctance generator | |
CN108964396B (zh) | 定子分区式交替极混合励磁电机 | |
US20150236575A1 (en) | Magnetic shield for hybrid motors | |
JP2007043897A (ja) | 突極電気機械 | |
Zulu et al. | Topologies for wound-field three-phase segmented-rotor flux-switching machines | |
KR101230054B1 (ko) | 슬롯이 있는 소형 풍력발전기용 종축자속형 영구자석 동기발전기 | |
US4387335A (en) | Constant-frequency dynamo with stationary armature | |
Kouhshahi et al. | An axial flux-focusing magnetically geared motor | |
RU2708370C1 (ru) | Многообмоточный низкооборотный генератор | |
RU2152118C1 (ru) | Многополюсный тихоходный торцевой синхронный электрический генератор | |
CN210608875U (zh) | 一种径向磁场复合型磁通切换电机 | |
JP5460807B1 (ja) | 同期電動機 | |
RU2127939C1 (ru) | Электрический торцевой наборный генератор | |
KR101013404B1 (ko) | 플랫 로터리 발전기 | |
RU211722U1 (ru) | Однофазный бесконтактный униполярный генератор | |
KR102662688B1 (ko) | 다중 극수 발전기 | |
RU2810639C1 (ru) | Торцевая электрическая машина | |
RU2541427C1 (ru) | Торцевая электрическая машина (варианты) | |
WO2014021910A2 (en) | Multi-pole electric electrodynamic machine with a constant air gap to reduce back torque | |
CN112671122B (zh) | 一种定转子分块永磁电机 | |
RU212791U1 (ru) | Конструкция однофазного униполярного генератора | |
WO2015043609A1 (ru) | Дисковый двухстаторныи генератор переменного тока на постоянных магнитах |