Обратимый генератор

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, предназначенным как для преобразования энергии механического движения в электрическую энергию, так, и, наоборот, электрической энергии в механическую.
Известно техническое решение, содержащие цилиндрический корпус, два магнитных сердечника цилиндрической формы с осевой намагниченностью, размещенных внутри цилиндрического корпуса и обращенных друг к другу одноименными полюсами, две цилиндрические катушки с осевыми обмотками, размещенные на цилиндрическом корпусе над соответствующими магнитными сердечниками [RU 83373, Н02К 35/02, 27.01.2011].
Недостатком устройства является недостаточная эффективность преобразования механической энергии в электрический ток.
Известен также электрический генератор [RU 101881, Н02К 35/02, 27.01.2011], содержащий цилиндрический корпус, два магнитных сердечника цилиндрической формы с осевой намагниченностью, размещенных внутри цилиндрического корпуса и обращенных друг к другу одноименными полюсами, две цилиндрические катушки с осевыми обмотками, размещенные на цилиндрическом корпусе над соответствующими магнитными сердечниками.
Недостатком этого технического решения также является недостаточная эффективность преобразования механической энергии в электрический ток.
Близким по технической сущности к предложенному является электрический генератор [RU 2654079, С2, Н02К 35/02, 16.05.2018], содержащий цилиндрический корпус, два магнитных сердечника цилиндрической формы с осевой намагниченностью, размещенных внутри цилиндрического корпуса и обращенных друг к другу одноименными полюсами, две цилиндрические катушки с осевыми обмотками, размещенные на цилиндрическом корпусе над соответствующими магнитными сердечниками, и цилиндрическую катушку с радиальной обмоткой, расположенной на цилиндрическом корпусе между цилиндрическими катушками с осевыми обмотками.
Недостатком этого технического решения является относительно низкая эффективность преобразования механической энергии в электрический ток.
Кроме того, известен электрический генератор [RU 182991, U1, Н02К 35/02, 07.09.2018],содержащий два магнитопровода, обращенных друг к другу, первую пару рабочих катушек и первую пару постоянных магнитов, выполненную с возможностью горизонтального крепления на приводе линейного генератора, вторая пара постоянных магнитов, выполненная с возможностью горизонтального крепления на приводе генератора, и вторая пара рабочих катушек, причем магнитопроводы выполнены П-образными в плане и обращены друг к другу вертикальными элементами, в зазоре между одноименными вертикальными элементами магнитопроводов размещены соответствующие пары постоянных магнитов на расстоянии между парами, соответствующему расстоянию между парами вертикальных элементов магнитопроводов, при этом, постоянные магниты в каждой паре выполнены с противоположной полярностью и установлены с регулируемым зазором, а рабочие катушки, выполненные в виде обмоток вертикальных элементов магнитопроводов, соединены в единую электрическую цепь, выход которой является выходом линейного генератора.
Помимо указанных выше, известно электромагнитное устройство, выполненное с возможностью обратимой работы в качестве генератора и в качестве электродвигателя [RU 2510559, С2, Н02К 1/18, Н02К 1/14, Н02К 7/18, Н02К 16/04, 27.03.2014], содержащее ротор, вращающийся вокруг оси и несущий множество магнитов, распределенных через одинаковые интервалы и с чередующимися ориентациями в, по существу, кольцеобразной структуре, статор, содержащий, по меньшей мере, одно магнитное ярмо, имеющее пару выступающих плеч, которые проходят к магнитам и несут соответствующую катушку для электрического соединения с использующимся устройством или силовым драйвером, причем, по меньшей мере, одно магнитное ярмо является частью одной и той же замкнутой магнитной цепи, совместно с парой магнитов, противолежащих плечам ярма в заданный момент времени, и воздушным зазором, отделяющим ярмо от магнитов, причем, по меньшей мере, одно магнитное ярмо установлено независимо на собственной опоре, снабженной регулирующими блоками, которые выполнены с возможностью регулирования положения ярма относительно противолежащих магнитов, и образует вместе с его катушками, его опорой и его регулирующими блоками элементарную ячейку статора, которая может быть многократно повторена для образования обратимого электромагнитного устройства, включающего в себя однофазные или многофазные модули.
Недостатком этого технического решения является относительно низкая габаритная мощность генератора и эффективность преобразования механической энергии в электрическую и обратное преобразование электрической энергии в механическую.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является электромагнитное устройство, выполненное с возможностью обратимой работы в качестве генератора и в качестве электродвигателя [US 2016308411, А1, Н02К 1/18, Н02К 16/02, 20.10.2016], содержащее первый диск, закрепленный с возможностью вращения на валу и на котором по краю вдоль установочной окружности равномерно через одинаковые интервалы закреплено четное число магнитов с чередующейся намагниченностью, а также магнитопроводы с рабочими обмотками, размещенные возле первого диска с воздушным зазором, разделяющим магниты и магнитопроводы с рабочими обмотками, и второй диск, аналогичный первому диску, который закреплен параллельно первому диску с возможностью вращения на том же валу синхронно с первым диском по другую сторону магнитопроводов с рабочими обмотками с обеспечением воздушного зазора, разделяющего размещенные на нем магниты и магнитопроводы с рабочими обмотками, причем пространственно размещенные один против другого постоянные магниты на первом и втором дисках имеют противоположную намагниченность.
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в трехфазных электрических цепях. Это сужает арсенал технических средств, которые могут быть использованы в качестве обратимых электрических генераторов.
Поставленная задача заключается в расширении арсенала технических средств, которые могут быть использованы в качестве обратимых электрических генераторов путем создания обратимого генератора для электрических трехфазных цепей.
Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств, которые могут быть использованы в качестве обратимых электрических генераторов в трехфазных цепях.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается в генераторе, содержащем первый диск, закрепленный с возможностью вращения на валу и на котором по краю вдоль установочной окружности равномерно через одинаковые интервалы закреплено четное число магнитов с чередующейся намагниченностью, магнитопроводы с рабочими обмотками, размещенные возле первого диска с воздушным зазором, разделяющим магниты и магнитопроводы с рабочими обмотками, а также второй диск, аналогичный первому диску, который закреплен параллельно первому диску с возможностью вращения на том же валу синхронно с первым диском по другую сторону магнитопроводов с рабочими обмотками с обеспечением воздушного зазора, разделяющего размещенные на нем магниты и магнитопроводы с рабочими обмотками, причем пространственно размещенные один против другого постоянные магниты на первом и втором дисках имеют противоположную намагниченность, согласно полезной модели, магнитопроводы с рабочими обмотками разделены на три равные группы, первая из которых ориентирована относительно постоянных магнитов таким образом, что, когда площадь их взаимного пересечения составляет 1/3, то для второй группы площадь взаимного пересечения составляет 2/3, а для третьей группы площадь взаимного пересечения составляет 1. На чертеже представлен обратимый генератор:
- на фиг. 1 - функциональная схема обратимого генератора;
- на фиг. 2 - иллюстрация деления рабочих обмоток на группы при использовании обратимого генератора в трехфазном режиме.
Обратимый генератор (фиг. 1) содержит первый диск 1, закрепленный с возможностью вращения на валу 2 и на котором по краю вдоль установочной окружности равномерно через одинаковые интервалы закреплено четное число постоянных магнитов 3-1…3-2n с чередующейся намагниченностью, а также магнитопроводы 4 с рабочими обмотками 5, размещенные возле первого диска 1 с воздушным зазором, разделяющим магниты 3-1…3-2n и магнитопроводы 4 с рабочими обмотками 5.
Кроме того, обратимый генератор содержит второй диск 6, аналогичный первому диску 1, который закреплен параллельно первому диску 1 с возможностью вращения на том же валу 2 синхронно с первым диском 1 по другую сторону магнитопроводов 4 с рабочими обмотками 5 с обеспечением воздушного зазора, разделяющего размещенные на нем постоянные магниты 7-1…7-2n и магнитопроводы 4 с рабочими обмотками 5.
Особенностью предложенного обратимого генератора является то, что пространственно размещенные один против другого постоянные магниты 3-1…3-2n на первом диске 1 и постоянные магниты 7-1…7-2n на втором диске 6 имеют противоположную намагниченность.
При этом магнитопроводы с рабочими обмотками разделены на три равные группы, первая из которых ориентирована относительно постоянных магнитов таким образом, то, когда площадь их взаимного пересечения составляет 1/3, то для второй группы площадь взаимного пересечения составляет 2/3, а для третьей группы площадь взаимного пересечения составляет 1.
Работает обратимый генератор следующим образом.
Обратимый генератор включает в себя два синхронно вращающиеся диска 1 и 6, жестко посаженных на вал 2. На дисках 1 и 6 закреплены постоянные магниты, соответственно, 3-1…3-2n и 7-1…7-2n. Постоянные магниты на дисках 1 и 6 расположены равномерно, то есть угол между осями магнитов является величиной постоянной и равен А=360/2n, где 2n-четное число магнитов на диске. Пространственно постоянные магниты на дисках 1 и 6 расположены один против другого, причем, намагниченность магнитов противоположна, как и соседних магнитов на дисках 1 и 6.
Между дисками закреплены магнитопроводы 4, на которых расположены рабочие обмотки 5. Между магнитами 3-1…3-2n и 7-1…7-2n и магнитопроводами 4 имеется зазор. Величина зазора должна быть минимально возможной, но исключающей трение магнитов о магнитопровод.
При вращении дисков 1 и 6 в магнитопроводах 4 возникает переменный магнитный поток, который наводит в обмотках 5 переменную эдс.
Магнитопроводы 4 с рабочими обмотками 5 целесообразно объединить, как минимум, в три группы. Каждая группа характеризуется начальным положением относительно постоянных магнитов на дисках 1 и 6 (фиг. 2, заштрихованный прямоугольник). Рабочие обмотки 5 каждой группы могут быть соединены параллельно, последовательно или параллельно-последовательно, так как фазы процессов в магнитопроводах 4 совпадают. Первая группа магнитопроводов расположена относительно постоянных магнитов таким образом, что, когда площадь их взаимного пересечения составляет 1/3, то для второй группы площадь взаимного пересечения составляет 2/3, а для третьей группы площадь взаимного пересечения составляет 1.
Такая компоновка позволяет использовать генератор в качестве генератора трехфазного напряжения, а при подаче трехфазного напряжения на рабочие обмотки 5 использовать генератор в качестве двигателя. Так может быть реализована обратимость генератора в трехфазных цепях.
Таким образом, благодаря предложенному усовершенствованию известного технического решения достигается требуемый технический результат, заключающийся в расширении арсенала технических средств, которые могут быть использованы в качестве обратимых электрических генераторов в трехфазных цепях.