RU86811U1

RU86811U1 - MAGNETO-ELECTRIC GENERATOR

Info

Publication number: RU86811U1
Application number: RU2009116769/22U
Authority: RU
Inventors: Сергей Михайлович Есаков; Михаил Сергеевич Есаков; Екатерина Сергеевна Есакова
Original assignee: Сергей Михайлович Есаков; Михаил Сергеевич Есаков; Екатерина Сергеевна Есакова
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2009-09-10

Abstract

Магнитоэлектрический генератор, включающий ротор и статор с обмоткой, расположенный внутри ротора, при этом ротор включает два параллельных диска, соединенных цилиндрическим элементом, на котором укреплены с зазором относительно обмотки статора образующие кольцо постоянные магниты с продольной осью, параллельной оси симметрии ротора, и с намагниченностью, перпендикулярной этой оси, отличающийся тем, что статор выполнен в виде кольца, а его обмотка выполнена со спиральной навивкой, ротор снабжен валом, на котором он жестко укреплен, цилиндрический элемент расположен между валом ротора и статором концентрично относительно вала ротора, при этом постоянные магниты укреплены на его наружной поверхности, на дисках со стороны статора с зазором относительно обмотки статора укреплены дополнительные постоянные магниты с продольной осью, перпендикулярной оси симметрии ротора, образующие параллельные друг другу кольца и имеющие намагниченность, параллельную оси симметрии ротора, при этом все магниты обращены к статору одноименными полюсами.A magnetoelectric generator including a rotor and a stator with a winding located inside the rotor, the rotor includes two parallel disks connected by a cylindrical element on which are fixed with a gap relative to the stator winding permanent magnet forming a ring with a longitudinal axis parallel to the axis of symmetry of the rotor, and with magnetization perpendicular to this axis, characterized in that the stator is made in the form of a ring, and its winding is made with spiral winding, the rotor is equipped with a shaft on which it is rigidly mounted, cyl The core element is located concentrically relative to the rotor shaft between the rotor shaft and the stator, while the permanent magnets are fixed on its outer surface, additional permanent magnets with a longitudinal axis perpendicular to the axis of symmetry of the rotor are mounted on the disks on the side of the stator with a gap relative to the stator winding, forming parallel to each other rings and having a magnetization parallel to the axis of symmetry of the rotor, with all the magnets facing the stator with the same poles.

Description

Полезная модель относится к электромашиностроению и может быть применена в производстве генераторов постоянного тока.The utility model relates to electrical engineering and can be used in the manufacture of direct current generators.

Известен магнитоэлектрический генератор, включающий ротор и статор с зазором между ними, обмотку, расположенную в этом зазоре, а также выполненную на роторе или статоре совокупность отдельно расположенных постоянных магнитов, СА 2048719.A magnetoelectric generator is known, including a rotor and a stator with a gap between them, a winding located in this gap, and also a set of separately located permanent magnets made on the rotor or stator, CA 2048719.

При вращении ротора в обмотке индуцируется электродвижущая сила (ЭДС).When the rotor rotates, an electromotive force (EMF) is induced in the winding.

Недостатком устройства является высокая конструктивная сложность и низкий коэффициент полезного действия (КПД) из-за разрывов магнитопровода.The disadvantage of this device is the high structural complexity and low coefficient of performance (COP) due to breaks in the magnetic circuit.

Известен магнитоэлектрический генератор, содержащий статор с зубчатым магнитопроводом, якорь с обмоткой выходного напряжения, соединенной в последовательную цепочку, и индуктор; обмотка выходного напряжения выполнена неподвижной, а ее активные элементы размещены аксиально в пазах кольцевого магнитопровода статора, выполненного полым, а индуктор выполнен сдвоенным и снабжен обращенными встречно одноименнополюсными постоянными магнитами, RU 2124799 С1.Known magnetoelectric generator containing a stator with a toothed magnetic circuit, an armature with a winding of the output voltage connected in series, and an inductor; the output voltage winding is fixed, and its active elements are axially placed in the grooves of the annular stator magnetic circuit, made hollow, and the inductor is doubled and is equipped with reversed opposite-pole permanent magnets, RU 2124799 C1.

Недостатком этого генератора является большая сложность конструкции и недостаточный КПД, являющийся следствием разрыва магнитопровода, а также тем, что магниты взаимодействуют только с одной стороной обмотки, в которой генерируется ЭДС.The disadvantage of this generator is the great design complexity and insufficient efficiency, which is a consequence of a break in the magnetic circuit, as well as the fact that the magnets interact with only one side of the winding in which the emf is generated.

Известен магнитоэлектрический генератор, состоящий из полого вала статора, выводного провода, однослойной трехфазной обмотки, двух параллельных дисков (подшипниковых щитов) и закрепленного между ними с помощью наружных фланцев цилиндрического элемента (металлического барабана), на внутренней поверхности которого равномерно установлены призматические постоянные магниты с продольной осью, параллельной оси вращения, с радиальной намагниченностью N-S, закрепленные с двух сторон стопорными кольцами; статор расположен внутри ротора и состоит из цилиндрической ступицы с центральным отверстием, установленной соосно на полый вал, на которой по наружной поверхности металлической лентой, установленной на ребро, намотан цилиндрический пакет, сверху последнего уложена однослойная трехфазная обмотка, проводники которой параллельны оси вращения ветрогенератора, а на торцевых поверхностях статора установлены равномерно по окружности направляющие цилиндрические втулки с кольцевыми углублениями, в которые уложены проводники лобовых частей трехфазной обмотки и кольцевые направляющие сектора, в которые уложены проводники активной части трехфазной обмотки, и внутри полого вала проходит выводной провод для соединения с выводными концами однослойной трехфазной обмотки, RU 2331792.A magnetoelectric generator is known, consisting of a hollow shaft of a stator, a lead-out wire, a single-layer three-phase winding, two parallel disks (bearing shields) and fixed between them using the outer flanges of a cylindrical element (metal drum), on the inner surface of which prismatic permanent magnets with a longitudinal magnet are uniformly mounted an axis parallel to the axis of rotation, with a radial magnetization NS, fixed on both sides by snap rings; the stator is located inside the rotor and consists of a cylindrical hub with a central hole coaxially mounted on the hollow shaft, on which a cylindrical package is wound on the outer surface of the metal tape mounted on the rib, a single-layer three-phase winding is laid on top of the latter, the conductors of which are parallel to the axis of rotation of the wind generator, and guide cylindrical bushings with annular recesses are installed on the end surfaces of the stator evenly around the circumference, in which conductors of the frontal parts are laid of the three-phase winding and ring guiding sectors in which the conductors of the active part of the three-phase winding are laid, and a lead wire passes through the hollow shaft to connect to the output ends of the single-layer three-phase winding, RU 2331792.

Данное техническое решение является наиболее близким по конструкции к заявленной полезной модели и принято в качестве ее прототипа.This technical solution is the closest in design to the claimed utility model and adopted as its prototype.

В отличие от описанных выше аналогов устройство содержит замкнутый магнитопровод.Unlike the analogs described above, the device contains a closed magnetic circuit.

Недостатки прототипа состоят в следующем.The disadvantages of the prototype are as follows.

Прежде всего, следует отметить, что постоянные магниты взаимодействуют с обмоткой статора только с одной стороны, что снижает КПД устройства. Поскольку постоянные магниты расположены на внутренней стороне цилиндрического элемента (барабана), токоотвод может быть выполнен только через полую ось статора, что усложняет конструкцию и не всегда удобно в эксплуатации.First of all, it should be noted that permanent magnets interact with the stator winding only on one side, which reduces the efficiency of the device. Since the permanent magnets are located on the inner side of the cylindrical element (drum), the collector can be made only through the hollow axis of the stator, which complicates the design and is not always convenient in operation.

Ротор не имеет вала, он вращается вокруг оси статора, на которой он установлен посредством подшипников. Для передачи момента на ротор от движителя, в частности, ветроколеса, последнее прикрепляется непосредственно к ротору, что неудобно, поскольку весьма сложно обеспечить соосность движителя и ротора. Для передачи вращения к ротору-генератору от какого-либо двигателя, например, например, внутреннего сгорания (ДВС) необходимо создавать дополнительные конструктивные средства для сопряжения ротора с ДВС.The rotor does not have a shaft; it rotates around the axis of the stator on which it is mounted by bearings. To transmit the moment to the rotor from the propulsion device, in particular, a wind wheel, the latter is attached directly to the rotor, which is inconvenient, since it is very difficult to ensure the propulsion of the propeller and rotor. To transfer rotation to the rotor-generator from any engine, for example, for example, internal combustion engine (ICE), it is necessary to create additional structural means for interfacing the rotor with the engine.

Обмотка статора выполнена в виде петель на периферии (по ободу) статора, представляющего собой диск. Конструкция петлевой обмотки и ее навивка - весьма сложные и при этом в такой обмотке генерируется только переменный ток.The stator winding is made in the form of loops on the periphery (along the rim) of the stator, which is a disk. The design of the loop winding and its winding are very complex and only alternating current is generated in such a winding.

Задачей настоящей полезной модели является повышение КПД генератора, упрощение его конструкции, а также обеспечение возможности выработки постоянного тока.The objective of this utility model is to increase the efficiency of the generator, simplifying its design, as well as providing the possibility of generating direct current.

Согласно полезной модели, в магнитоэлектрическом генераторе, включающем ротор и статор с обмоткой, расположенный внутри ротора, при этом ротор включает два параллельных диска, соединенных цилиндрическим элементом, на котором укреплены с зазором относительно обмотки статора образующие кольцо постоянные магниты с продольной осью, параллельной оси симметрии ротора, и с намагниченностью, перпендикулярной этой оси, статор выполнен в виде кольца, а его обмотка выполнена со спиральной навивкой, ротор снабжен валом, на котором он жестко укреплен, цилиндрический элемент расположен между валом ротора и статором концентрично относительно вала ротора, при этом постоянные магниты укреплены на его наружной поверхности, на дисках со стороны статора с зазором относительно обмотки статора укреплены дополнительные постоянные магниты с продольной осью, перпендикулярной оси симметрии ротора, образующие параллельные друг другу кольца и имеющие намагниченность, параллельную оси симметрии ротора, при этом все магниты обращены к статору одноименными полюсами.According to a utility model, in a magnetoelectric generator including a rotor and a stator with a winding located inside the rotor, the rotor includes two parallel disks connected by a cylindrical element on which ring-forming permanent magnets are fixed with a gap relative to the stator winding with a longitudinal axis parallel to the axis of symmetry the rotor, and with a magnetization perpendicular to this axis, the stator is made in the form of a ring, and its winding is made with spiral winding, the rotor is equipped with a shaft on which it is rigidly fixed The cylindrical element is located between the rotor shaft and the stator concentrically relative to the rotor shaft, while the permanent magnets are fixed on its outer surface, additional permanent magnets with a longitudinal axis perpendicular to the axis of symmetry of the rotor are mounted on the disks on the side of the stator with a gap relative to the stator winding, forming parallel each other rings and having a magnetization parallel to the axis of symmetry of the rotor, with all the magnets facing the stator with the same poles.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «новизна».The applicant has not identified any technical solutions identical to the claimed one, which allows us to conclude that the utility model meets the criterion of "novelty."

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображено:The essence of the utility model is illustrated by drawings, which depict:

на фиг.1 - продольный разрез устройства;figure 1 is a longitudinal section of a device;

на фиг.2 - вид сверху с частичным разрезом по А-А;figure 2 is a top view with a partial section along aa;

на фиг.3 - схема, поясняющая поляризацию магнитов;figure 3 is a diagram explaining the polarization of the magnets;

на фиг.4 - схема, поясняющая генерацию ЭДС в обмотке статора.figure 4 is a diagram explaining the generation of EMF in the stator winding.

Магнитоэлектрический генератор содержит ротор, который включает два параллельных диска 1, 2, соединенных цилиндрическим элементом 3. Указанные элементы ротора выполнены из прочного немагнитного материала, в частности, текстолита. На цилиндрическом элементе 3 на его наружной стороне укреплены постоянные магниты 4, продольные оси которых параллельны оси 5 симметрии ротора, а намагниченность магнитов 4 перпендикулярна оси 5 (радиальная намагниченность). Магниты 4 образуют замкнутое кольцо (фиг.2). Статор 6 выполнен в виде кольца, а его обмотка 7 выполнена со спиральной навивкой. Статор 6 прикреплен к корпусу 8 с помощью крепежных элементов 9 (условно показан один из них). Ротор снабжен валом 10, на котором он жестко закреплен; вал 10 опирается на пяту 11 посредством шарикового подпятника 12.The magnetoelectric generator comprises a rotor, which includes two parallel disks 1, 2 connected by a cylindrical element 3. These rotor elements are made of durable non-magnetic material, in particular textolite. Permanent magnets 4 are fixed on the cylindrical element 3 on its outer side, the longitudinal axes of which are parallel to the axis of symmetry 5 of the rotor, and the magnetization of the magnets 4 is perpendicular to axis 5 (radial magnetization). Magnets 4 form a closed ring (figure 2). The stator 6 is made in the form of a ring, and its winding 7 is made with spiral winding. The stator 6 is attached to the housing 8 by means of fasteners 9 (one of them is conventionally shown). The rotor is equipped with a shaft 10, on which it is rigidly fixed; the shaft 10 is supported on the heel 11 by means of a ball bearing 12.

На дисках 1 и 2 со стороны статора укреплены дополнительные постоянные магниты 13 и 14, соответственно, образующие параллельные друг другу замкнутые кольца; магниты 13, 14 имеют намагниченность, параллельную оси 5. Все магниты (4, 13, 14) обращены к статору одноименными полюсами (фиг.3). Зазор между магнитами и обмоткой статора - 1-1,5 мм. При вращении вала 10 магнитное поле магнитов 4, 13, 14 пересекает витки обмотки 7 статора и индуцирует в ней ЭДС (фиг.4). Благодаря тому, что постоянные магниты взаимодействуют с обмоткой статора с трех сторон, возрастает генерируемая ЭДС и КПД устройства. Поскольку цилиндрический элемент 3 с магнитами 4 находится внутри статора, токоотвод может быть выполнен в любом месте, что упрощает конструкцию и эксплуатацию устройства. Благодаря тому, что ротор укреплен на валу, упрощается сопряжение генератора с валом любого двигателя. Поскольку обмотка статора имеет спиральную навивку, в этой обмотке индуцируется постоянный ток, что исключает необходимость использования коллектора, выпрямителей и других средств для преобразования переменного тока в постоянный.On the disks 1 and 2 from the stator side, additional permanent magnets 13 and 14, respectively, are formed, forming closed rings parallel to each other; magnets 13, 14 have a magnetization parallel to axis 5. All magnets (4, 13, 14) face the stator with poles of the same name (Fig. 3). The gap between the magnets and the stator winding is 1-1.5 mm. When the shaft 10 rotates, the magnetic field of the magnets 4, 13, 14 crosses the turns of the stator winding 7 and induces an EMF in it (Fig. 4). Due to the fact that the permanent magnets interact with the stator winding on three sides, the generated EMF and the efficiency of the device increase. Since the cylindrical element 3 with magnets 4 is located inside the stator, the collector can be made anywhere, which simplifies the design and operation of the device. Due to the fact that the rotor is mounted on the shaft, it is easier to pair the generator with the shaft of any engine. Since the stator winding has a spiral winding, direct current is induced in this winding, which eliminates the need to use a collector, rectifiers and other means to convert alternating current to direct current.

Изготовлен опытный образец устройства, который показывает стабильную и эффективную работу.A prototype device has been manufactured, which shows stable and efficient operation.

Для изготовления устройства использованы распространенные материалы и заводское оборудование; по мнению заявителя, это обстоятельство позволяет сделать вывод о соответствии настоящей полезной модели критерию «промышленная применимость».For the manufacture of the device used common materials and factory equipment; According to the applicant, this circumstance allows us to conclude that this utility model meets the criterion of “industrial applicability”.

Claims

A magnetoelectric generator including a rotor and a stator with a winding located inside the rotor, the rotor includes two parallel disks connected by a cylindrical element on which are fixed with a gap relative to the stator winding permanent magnet forming a ring with a longitudinal axis parallel to the axis of symmetry of the rotor, and with magnetization perpendicular to this axis, characterized in that the stator is made in the form of a ring, and its winding is made with spiral winding, the rotor is equipped with a shaft on which it is rigidly mounted, cyl The core element is located concentrically relative to the rotor shaft between the rotor shaft and the stator, while the permanent magnets are fixed on its outer surface, additional permanent magnets with a longitudinal axis perpendicular to the axis of symmetry of the rotor are mounted on the disks on the side of the stator with a gap relative to the stator winding, forming parallel to each other rings and having a magnetization parallel to the axis of symmetry of the rotor, with all the magnets facing the stator with the same poles.