ОДНОФАЗНЫЙ ГЕНЕРАТОР С КОЛЬЦЕВОЙ ЯКОРНОЙ ОБМОТКОЙ
SINGLE-PHASE GENERATOR WITH ANNULAR ARMATURE WINDING

Изобретение относится к области электрических машин, в частности к машинам переменного тока.
Наиболее близким аналогом предложенного является однофазный синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов.
Названный генератор наряду с известными достоинствами обладает и некоторыми недостатками. У него относительно низкий КПД и плохая регулируемость скорости ротора в двигательном режиме. Это связано прежде всего с тем, что его индуктор в ходе вращения индуцирует в витках обмотки якоря токи таких направлений, что сзади его магнитных полюсов на якоре всегда будут электромагнитные полюса противоположных полярностей первым, а спереди их - одноименные полюса. Кроме того, у его якорных обмоток достаточно большие активное и индуктивное сопротивления.
Технический результат заявленного изобретения - существенное повышение КПД, улучшение его электромеханических характеристик.
Технический результат достигается тем, что обмотки якоря в предложенной конструкции генератора кольцевые вместо обычно применяемых петлевых, а ферромагнитный сердечник разделен на два полуцилиндра и имеет с двух сторон немагнитные зазоры между собой. Кроме того, их витки пронизываются в ходе работы силовыми линиями - индукции одного направления, исходящими от одноименных полюсов постоянных магнитов индуктора. Такая конструкция якоря позволяет направить его магнитные силовые линии по кругу, а не по диаметру, как это обычно происходит у аналога с петлевыми обмотками и с замкнутым магнитопроводом. Она же позволяет существенно снизить не только активное, но и индуктивное сопротивления обмоток его якоря.
Предложенный однофазный генератор с кольцевой якорной обмоткой, выполненный в виде однофазного синхронного генератора, состоящий из якоря и индуктора, разделенных воздушным зазором, отличается тем, что якорь состоит из двух соединенных последовательно кольцевых обмоток с полукольцевыми ферромагнитными сердечниками, ближайшие прямоугольные концы которых приклеены немагнитными вкладышами, а индуктор состоит из размещенного на валу вращения центрального цилиндрического магнитопровода, на диаметрально противоположных поверхностях которого установлены два стержневые постоянные магниты с одноименными вогнутыми полюсами.
На фиг.1 и 2 показаны соответственно поперечный и продольный разрезы предложенного генератора.
На фиг.1 и 2 приняты следующие обозначения: 1 - проводник электрического тока, 2 - немагнитный зазор, 3 - незамкнутый магнитопровод якоря, 4 - кольцевая обмотка якоря, 5 - постоянный стержневой магнит с выпуклым и вогнутым полюсами индуктора, 6 - центральный магнитопровод индуктора, 7 - электрический вывод генератора.
Однофазный генератор с кольцевой якорной обмоткой работает следующим образом. При вращении с внешним двигателем индуктор генератора начинает вращаться, например, по часовой стрелке. В этом случае в витках обмотки 4 якоря наводятся ЭДС одного знака. Но на электрическом выводе 7 будет поддерживаться определенное переменное напряжение. Это связано тем, что в каждый раз, когда магнитные полюса постоянных магнитов 5 индуктора проходят немагнитные зазоры 2 сердечника якоря, происходит его перемагничивание, что вызывает в обмотках 4 якоря ЭДС другого знака. При этом индукционные переменные токи, протекающие по виткам обмотки 4 якоря, намагничивают его ферромагнитные сердечники 3 так, что магнитные силовые линии будут всегда направлены по кругу через немагнитные зазоры 2, где будут электромагнитные полюса обоих полярностей. В этом случае по всему кругу в течение всего цикла вращения индуктора не будут возникать отдельные магнитные полюса, препятствующие движению последнего, как это происходит обычно в случае с петлевыми обмотками.
Предложенный генератор может работать и в двигательном режиме. Если подать от специального источника или от неподвижного коллектора на электрический вывод 7 генератора переменное напряжение одного знака с частотой, двухкратной частоте вращения ротора, то в каждый раз, когда полюса постоянных магнитов 5 будут находиться в области обмоток 4 якоря, по его виткам будут всегда протекать токи в одном направлении. Это приводит к электромагнитному взаимодействию их с постоянными магнитами 5 ротора, который при этом начинает вращаться, направление которого определяется правилом левой руки. В то же время ферромагнитные сердечники 3 статора не будут насыщаться от токов сети одного направления. Это достигается тем, что при каждом прохождении постоянных магнитов 5 ротора области немагнитных зазоров 2 они будут перемагничиваться.
Источники информации
1. Бертинов А.И. и др. Униполярные электрические машины с жидкометаллическими токосъемниками. - М.-Л.: Энергия, 1966.
2. Бертинов А.И. Специальные электрические машины. - М.: Энергия, 1982.
3. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. - М.: ВШ, 1990.
4. Иродов И.А. Электромагнетизм. - М.: Бином, 2003.
5. Калашников С.Г. Электричество. - М.: Наука, 1985.