МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к электромашиностроению и может быть применена в производстве генераторов постоянного тока.
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.
При вращении ротора в обмотке индуцируется электродвижущая сила (ЭДС).
Недостатком устройства является высокая конструктивная сложность и низкий коэффициент полезного действия (КПД) из-за разрывов магнитопровода.
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.
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.
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.
Данное техническое решение является наиболее близким по конструкции к заявленной полезной модели и принято в качестве ее прототипа.
В отличие от описанных выше аналогов устройство содержит замкнутый магнитопровод.
Недостатки прототипа состоят в следующем.
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.
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.
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.
Задачей настоящей полезной модели является повышение КПД генератора, упрощение его конструкции, а также обеспечение возможности выработки постоянного тока.
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.
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображено:
на фиг.1 - продольный разрез устройства;
на фиг.2 - вид сверху с частичным разрезом по А-А;
на фиг.3 - схема, поясняющая поляризацию магнитов;
на фиг.4 - схема, поясняющая генерацию ЭДС в обмотке статора.
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.
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.
Изготовлен опытный образец устройства, который показывает стабильную и эффективную работу.
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».