RU81395U1

RU81395U1 - MAGNETO-ELECTRIC GENERATOR

Info

Publication number: RU81395U1
Application number: RU2008145961/22U
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Лаптев; Александр Владимирович Левин; Владимир Маркович Довгаленок; Михаил Федорович Ходунов
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Агрегатное Конструкторское Бюро "Якорь"; Николай Николаевич Лаптев; Александр Владимирович Левин; Владимир Маркович Довгаленок; Михаил Федорович Ходунов
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2009-03-10

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к электромашиностроению, и может быть использована при изготовлении генераторов, предназначенных для автономных электростанций, паровых либо газовых турбин. Устройство содержит статор 1 и установленный на валу 2 ротор с постоянными магнитами. Ротор состоит из двух частей с одинаковым числом полюсов. Первая из частей (ведущая) 3 жестко связана с валом 2, а вторая (ведомая) 4, имеющая возможность свободного вращения на валу, соединена с валом 2 либо с первой его частью 3 посредством упругой муфты 5. Упругая муфта обеспечивает (при неизменности оборотов вала) взаимный угловой сдвиг между частями ротора, минимальное значение которого соответствует максимальной нагрузке, а максимальное - минимальной. Из-за того, что выходное напряжение формируется как сумма напряжений, сдвинутых по фазе, величина которой пропорциональна угловому сдвигу между частями ротора, появилась возможность стабилизации выходных параметров генератора при изменении величины нагрузки (при сохранении оптимальных масса-габаритных показателей и высокого КПД), что является техническим результатом полезной модели. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.The utility model relates to the field of electrical engineering, in particular, to electrical engineering, and can be used in the manufacture of generators designed for stand-alone power plants, steam or gas turbines. The device comprises a stator 1 and a rotor with permanent magnets mounted on the shaft 2. The rotor consists of two parts with the same number of poles. The first part (leading) 3 is rigidly connected to the shaft 2, and the second (driven) 4, which is capable of free rotation on the shaft, is connected to the shaft 2 or to its first part 3 by means of an elastic coupling 5. An elastic coupling provides (if the shaft rotations are constant ) mutual angular shift between the parts of the rotor, the minimum value of which corresponds to the maximum load, and the maximum to the minimum. Due to the fact that the output voltage is formed as the sum of phase-shifted voltages, the magnitude of which is proportional to the angular shift between the parts of the rotor, it became possible to stabilize the generator output parameters when the load changes (while maintaining the optimal mass-dimensional parameters and high efficiency), which is the technical result of a utility model. 1 s.p. f-ly, 3 ill.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к электромашиностроению, и может быть использована при изготовлении генераторов, предназначенных для автономных электростанций, паровых либо газовых турбин.The utility model relates to the field of electrical engineering, in particular, to electrical engineering, and can be used in the manufacture of generators designed for stand-alone power plants, steam or gas turbines.

Известны электрические машины с электромагнитным возбуждением (1), содержащие обмотку возбуждения с охватывающей ее скобой (индуктор), и жестко закрепленный на валу ротор на постоянных магнитах, который размещен внутри неподвижного статора с обмотками. С помощью изменения тока в катушке можно регулировать (стабилизировать) выходные параметры агрегата, однако в его конструкции должны быть предусмотрены большие воздушные зазоры, что неизбежно ведет к ухудшению масса-габаритных показателей. Кроме того, наличие индуктора влечет за собой появление больших потерь мощности, т.е. снижению КПД.Known electrical machines with electromagnetic excitation (1), containing an excitation winding with a bracket around it (inductor), and a rotor with permanent magnets rigidly fixed to the shaft, which is placed inside a fixed stator with windings. By changing the current in the coil, it is possible to regulate (stabilize) the output parameters of the unit, however, large air gaps should be provided for in its design, which inevitably leads to a deterioration in the mass-dimensional parameters. In addition, the presence of an inductor entails the appearance of large power losses, i.e. lower efficiency.

Наиболее близким к полезной модели устройством является магнитоэлектрический генератор, содержащий ротор на постоянных магнитах и статор с соответствующими фазными обмотками (2). Достоинством данной конструкции является высокий КПД, обусловленный практически полным отсутствием потерь в роторе. Однако машина имеет существенный недостаток, заключающийся в невозможности регулирования выходных параметров, например, выходного напряжения при работе в режиме генерирования электроэнергии, т.е. узкие функциональные возможности. Возможность регулирования выходных параметров (при изменении нагрузки от ее минимального значения до максимального) можно обеспечить за счет существенного усложнения конструкции, что приведет к ухудшению масса-габаритных показателей и снижению КПД.The device closest to the utility model is a magnetoelectric generator containing a permanent magnet rotor and a stator with corresponding phase windings (2). The advantage of this design is its high efficiency, due to the almost complete absence of losses in the rotor. However, the machine has a significant drawback in that it is impossible to control the output parameters, for example, the output voltage when operating in the power generation mode, i.e. narrow functionality. The ability to control the output parameters (when the load changes from its minimum value to the maximum) can be ensured due to a significant complication of the design, which will lead to a deterioration in mass-dimensional parameters and a decrease in efficiency.

Техническим результатом, которого можно достичь при использовании полезной модели, является обеспечение возможности стабилизации выходных параметров генератора в случае изменения величины нагрузки при сохранении оптимальных масса-габаритных показателей и высокого КПД.The technical result that can be achieved using the utility model is to provide the possibility of stabilizing the output parameters of the generator in case of a change in the load while maintaining optimal mass-dimensional parameters and high efficiency.

Технический результат достигается тем, что в магнитоэлектрическом генераторе, содержащем статор и установленный на валу ротор с постоянными магнитами (2), ротор состоит из двух частей с одинаковым The technical result is achieved in that in a magnetoelectric generator containing a stator and a rotor with permanent magnets mounted on the shaft (2), the rotor consists of two parts with the same

числом полюсов, первая из частей ротора жестко связана с валом, а вторая, имеющая возможность свободного вращения на валу, соединена с валом либо с первой частью ротора посредством упругой муфты, обеспечивающей взаимный угловой сдвиг между частями ротора, минимальное значение которого соответствует максимальной нагрузке, а максимальное - минимальной, причем упругая муфта может быть выполнена в виде жестко закрепленного на валу либо на первой части ротора коромысла, соединенного с одним из концов пружины, второй конец которой неподвижно скреплен со шпонкой, жестко связанной со второй частью ротора.by the number of poles, the first part of the rotor is rigidly connected to the shaft, and the second, with the possibility of free rotation on the shaft, is connected to the shaft or to the first part of the rotor by means of an elastic coupling that provides mutual angular shift between the parts of the rotor, the minimum value of which corresponds to the maximum load, and maximum - minimum, and the elastic coupling can be made in the form of a rocker rigidly fixed on the shaft or on the first part of the rotor connected to one of the ends of the spring, the second end of which is stationary Mounting by keyed rigidly connected with the second part of the rotor.

На Фиг.1 изображена конструктивная схема устройства (продольный разрез).Figure 1 shows a structural diagram of the device (longitudinal section).

На Фиг.2 изображена конструктивная схема устройства (поперечный разрез) при максимальной нагрузке.Figure 2 shows a structural diagram of the device (cross section) at maximum load.

На Фиг.3 изображена конструктивная схема устройства (поперечный разрез) при минимальной нагрузке.Figure 3 shows a structural diagram of the device (cross section) with minimal load.

Устройство содержит статор 1 и установленный на валу 2 ротор с постоянными магнитами. Ротор состоит из двух частей с одинаковым числом полюсов. Первая из частей (ведущая) 3 жестко связана с валом 2, а вторая (ведомая) 4, имеющая возможность свободного вращения на валу, соединена с валом 2 либо с первой его частью 3 посредством упругой муфты 5. Упругая муфта обеспечивает (при неизменности оборотов вала) взаимный угловой сдвиг между частями ротора, минимальное значение которого соответствует максимальной нагрузке, а максимальное - минимальной.The device comprises a stator 1 and a rotor with permanent magnets mounted on the shaft 2. The rotor consists of two parts with the same number of poles. The first part (leading) 3 is rigidly connected to the shaft 2, and the second (driven) 4, which is capable of free rotation on the shaft, is connected to the shaft 2 or to its first part 3 by means of an elastic coupling 5. An elastic coupling provides (if the shaft rotations are constant ) mutual angular shift between the parts of the rotor, the minimum value of which corresponds to the maximum load, and the maximum to the minimum.

Упругая муфта 5 может иметь различные конструкции, например, в виде (Фиг.2, 3) жестко закрепленного на валу 2 либо на ведущей части 3 ротора коромысла 6, соединенного с одним из концов пружины 7. Второй конец пружины прикреплен к шпонке 8, жестко связанной со второй частью ротора 4 либо с ее обоймой. Жестко соединенный с коромыслом (при помощи шпонки 9) поводок 10 и регулировочная втулка 11 позволяют выставить выходное напряжение в режиме минимальной нагрузки.The elastic coupling 5 may have various designs, for example, in the form (Fig. 2, 3) rigidly mounted on the shaft 2 or on the leading part 3 of the rotor of the rocker arm 6 connected to one of the ends of the spring 7. The second end of the spring is attached to the key 8, rigidly associated with the second part of the rotor 4 or with its clip. The lead 10 and the adjusting sleeve 11, rigidly connected to the beam (with the help of the key 9), allow the output voltage to be set in the minimum load mode.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При вращении вала 2 начинает вращаться жестко связанная с ним первая (ведущая) 3 часть ротора. Одновременно приходит в движение коромысло 6, которое через пружину 7 и шпонку 8 передает вращательное движение на обойму ведомой части 4. В результате обе части начинают синхронно вращаться, а в обмотках статора 1 возникают напряжения, создаваемые переменными магнитными потоками частей. Выходное напряжение формируется как сумма напряжений, сдвинутых по фазе. При максимальной нагрузке пружина 7 сжимается (Фиг.2), а при минимальной - разжимается (Фиг.3). В результате угол между коромыслом 6 и шпонкой 9 When the shaft 2 rotates, the first (leading) 3 part of the rotor rigidly connected with it begins to rotate. At the same time, the rocker 6 starts to move, which through the spring 7 and the key 8 transmits rotational motion to the clip of the driven part 4. As a result, both parts begin to rotate synchronously, and in the stator windings 1 there are voltages created by the alternating magnetic fluxes of the parts. The output voltage is formed as the sum of the phase-shifted voltages. At maximum load, the spring 7 is compressed (Figure 2), and at minimum - it is unclenched (Figure 3). As a result, the angle between the beam 6 and the key 9

изменяется от λ₁ до λ₂, при этом фазовый сдвиг между напряжениями на обмотках статора 1 изменяется в такой же степени.varies from λ ₁ to λ ₂ , while the phase shift between the voltages on the stator windings 1 changes to the same extent.

При максимальной нагрузке эти напряжения синфазны, т.к. упругая муфта обеспечивает совпадение полюсов обеих частей. Синфазность напряжений влечет за собой отдачу генератором максимальной мощности.At maximum load, these voltages are in phase because the elastic coupling ensures the coincidence of the poles of both parts. Common-mode voltages entail the return of maximum power by the generator.

При уменьшении нагрузки увеличивается угловой между полюсами (пружина 7 сжимается) и напряжения пропорционально сдвигаются по фазе друг относительно друга, в результате чего выходное напряжение генератора уменьшается.When the load decreases, the angular between the poles increases (the spring 7 is compressed) and the voltages are proportionally phase-shifted relative to each other, as a result of which the generator output voltage decreases.

Выходное напряжение может изменяться от максимального до нуля при фазовом сдвиге 360/р, где р - число полюсов ротора, и равенстве активных длин обеих частей 3 и 4 ротора. При различных величинах активных длин частей ротора (l₃ и l₄) выходное напряжение меняется от максимального (Uмах) до Uмах (l₃-l₄)/(l₃+l₄).The output voltage can vary from maximum to zero with a phase shift of 360 / p, where p is the number of poles of the rotor, and the equality of the active lengths of both parts 3 and 4 of the rotor. For various values of the active lengths of the parts of the rotor (l ₃ and l ₄ ), the output voltage varies from maximum (Umax) to Umax (l ₃ -l ₄ ) / (l ₃ + l ₄ ).

Особенностью данной конструкции является то, что выходное напряжение генератора стабилизируется как при граничных (минимальных и максимальных) величинах нагрузки, так и при ее промежуточных значениях. Это объясняется тем, что косинусоидальный закон зависимости изменения выходного напряжения от величины углового сдвига между частями ротора хорошо апроксимируется с внешней характеристикой генератора.A feature of this design is that the output voltage of the generator is stabilized both at the boundary (minimum and maximum) values of the load, and at its intermediate values. This is because the cosine law of the dependence of the change in the output voltage on the magnitude of the angular shift between the parts of the rotor is well approximated with the external characteristic of the generator.

Таким образом, разделение ротора на две части, одна из которых соединена с валом через упругую муфту, обеспечивающую угловой сдвиг между частями ротора, позволяет стабилизировать выходные параметры генератора при изменении величины нагрузки (при сохранении оптимальных масса-габаритных показателей и высокого КПД).Thus, the separation of the rotor into two parts, one of which is connected to the shaft through an elastic coupling, which provides an angular shift between the parts of the rotor, makes it possible to stabilize the output parameters of the generator when the load value changes (while maintaining the optimal mass-dimensional parameters and high efficiency).

Устройство может найти применение при изготовлении электрических генераторов широкого назначения.The device may find application in the manufacture of electric generators for general purposes.

Составитель описания: Н.Н.ЛаптевCompiled by description: N.N. Laptev

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания: «Электрооборудование летательных аппаратов» Москва, МЭИ, с.180, р.6.15 и 6.16, 2005 г.Sources of information taken into account when compiling the description: “Electrical equipment of aircraft” Moscow, MPEI, p.180, p.6.15 and 6.16, 2005

Claims

1. A magnetoelectric generator containing a stator and a rotor with permanent magnets mounted on the shaft, the rotor consisting of two parts with the same number of poles, the first part of the rotor is rigidly connected to the shaft, and the second, which has free rotation on the shaft, is connected to the shaft or with the first part of the rotor by means of an elastic coupling that provides mutual angular shift between the parts of the rotor, the minimum value of which corresponds to the maximum load and the maximum to the minimum.

2. The magnetoelectric generator according to claim 1, characterized in that the elastic coupling is made in the form of a rocker rigidly fixed to the shaft or on the first part of the rotor, connected to one of the ends of the spring, the second end of which is fixedly attached to the key, rigidly connected to the second part of the rotor .