НИЗКООБОРОТНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к области электротехники и может найти применение в конструкциях магнитоэлектрических генераторов тока, приводимых во вращение, например, ветроустановкой.
Известен Генератор тока (патент РФ №2147155 С1, Кл. Н02К 29/06 от 04.12.1998), содержащий корпус с подшипниками, опирающимися на полый вал, на котором жестко закреплены дисковые магнитопроводы и аксиально намагниченные магниты с чередующейся полярностью. Выводы катушек пропущены за пределы генератора на электрическую нагрузку. Дополнительно ряд постоянных магнитов размещен между основными магнитами. Вал выполнен полым, с отверстиями и с закрепленными на нем дисками. Диски изготовлены в виде электрических блоков, чередующихся с постоянными магнитами. Электрические блоки содержат диэлектрическое кольцо с отверстием и контактами, и радиатор, в пазах которого установлены датчики положения ротора и обмотки. Выводы обмотки присоединены к контактам диэлектрического кольца и объединены в фазовые секции. Магниты установлены в обоймах, соединены между собой с образованием корпуса и торроидальных зазоров, в пространстве которых размещены электрические блоки. Выводы датчиков подключены к управляющим входам блока управления. Фазовые секции катушек подключены к контактам колец, а рядах электрических блоков соединены параллельно или последовательно и через отверстия кольца и полого вала, присоединены к нагрузке, а другими выводами к силовым ключам блока управления.
К недостаткам данного устройства можно отнести наличие вращающихся катушек, фазовые секции которых подключены к контактам диэлектрического кольца и скользящие токосъемники, что приводит к снижению энергетических характеристик устройства, технологичности и надежности.
Также, известен Магнитный генератор электрического тока (патент РФ №2147153 С1, КЛ. H02R 21/04, Н02К 21/14, Н02К 21/24 от 08.07.1998), содержащий корпус, статор, включающий магнитную систему, магнитопроводы, катушки и ротор. При этом магнитные системы статора и ротора выполнены в виде магнитных блоков, состоящих из ряда магнитов, которые размещены с интервалами и с чередованием последовательности полюсов от магнита к магниту. Ориентация намагниченности каждого магнита осуществлена под углом, выбранным в диапазоне от +90 до -90 относительно направления движения ротора, а катушки размещены на магнитопроводах, замыкающих полюса магнитов статора.
Известная установка имеет две магнитные системы с постоянными магнитами (на роторе и на статоре), а в интервале между ними размещены ферромагнитные магнитопроводы, причем каждая катушка намотана на своем сердечнике. Все это приводит к неравномерному распределению магнитного потока, т.е. к снижению КПД, мощности установки и ее технологичности.
Наиболее близким по технической сущности и функциональному назначению к заявленной полезной модели является Электрическая машина (патент РФ №2234788, Кл. Н02К 21/24, Н02К 21/12 от 25.05.2000), содержащая кольцеобразный ряд обмоток статора, размещенных на железных сердечниках из листов или прессованного железного порошка, и соответствующий кольцеобразный ряд постоянных магнитов ротора. Обмотки сосредоточены, сердечники с обмотками чередуются с железными сердечниками без обмоток.
Недостатком данного устройства является то, что образующиеся зазоры между отдельными сердечниками статора, понижают КПД, мощность и технологичность машины.
Целью заявленной полезной модели является устранение указанных недостатков ближайшего аналога, а именно:
- повышение КПД и мощности установки;
- улучшение технологичности установки.
Для достижения указанного технического результата низкооборотная электрическая машина, такая как двигатель, генератор или комбинированный двигатель-генератор содержит кольцеобразный ряд обмоток статора и соответствующий кольцеобразный ряд постоянных магнитов ротора, причем статор выполнен в виде тороидального магнитопровода, а ротор состоит из двух частей: первая представляет собой вал с приваренными дисками, вторая - диски с магнитами, шириной дисков равной длине магнитов, прикрепленные к дискам первой части, при этом величина зазора между статором и магнитами ротора находится в интервале 0,1÷2,0 мм.
Магнитопровод статора низкооборотной машины выполнен из ленточной электротехнической стали.
Отсутствие технологических воздушных зазоров между сердечниками приводит к уменьшению электрических потерь и вихревых токов, что в свою очередь приводит к повышению КПД и мощности установки, улучшению технологичности установки.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображено: на фиг.3 - общий вид установки; на фиг.2 - ее поперечное сечение.
Электрическая машина состоит из: корпуса 1, представляющего собой два опорных кольца 4, и двух крышек (верхняя 2 и нижняя 6) с установленными в них подшипниками 8, 15; статора 11, закрепленного в корпусе машины 1 между двумя опорными кольцами 4 с помощью шпилек 3; ротора 14. Статор 11 представляет собой тороидальный магнитопровод 10, с намотанными на него катушками (кольцеобразный ряд обмоток), разделенными между собой изолирующими клиньями 12. В данной конструкции значительно упрощена схема закрепления статора в корпусе генератора с помощью общих шпилек, по сравнению с аналогами. Катушки с магнитопроводом 10 установлены в алюминиевые кольца и залиты компаундом, соединены последовательно между собой, а их выводы присоединены по наружному кольцу магнитопровода и
выведены на боковую поверхность корпуса электрической машины. Магнитопровод 10 статора 11 выполнен из ленточной электротехнической стали. Допускается его изготовление и из других электро-технических материалов. Для упрощения изготовления и сборки, для унификации собираемых деталей и узлов верхняя и нижняя крышка (2 и 6), опорные кольца (4), верхнее и нижнее кольца ротора (9 и 13) имеют одинаковую форму и размеры.
Ротор 14 состоит из вала 16 с двумя приваренными дисками 17, к которым крепятся диски 9 и 13 с магнитами, причем длина магнитов подбирается соответственно ширине магнитопровода, а ширина магнитов и количество выбирается исходя из количества катушек и секторов. Между дисками ротора установлены дистанционные стойки 7. Вал 16, установлен в корпусе машины 1 на шарикоподшипниках 8, 15. К дискам 9 и 13 приклеены и залиты компаундом магниты 5 чередующейся полярностью, выполненные в виде сегментов.
Заданная мощность генератора достигается количеством полюсов, размером и количеством дисков, размером статора и ротора.
Электрическая машина работает следующим образом: при вращении вала 16 (в нашем случае от ветра) вращаются магниты ротора 14, которые наводят ЭДС в катушках статора 11. Величина ЭДС зависит от величины зазора между дисками ротора и катушками, силы магнитов, скорости вращения. К катушкам присоединен электронный преобразователь и нагрузка.
Экспериментальным путем выведено влияние зазора между магнитами и статором на выходное напряжение (результаты сведены в таблицу); данная модель генератора позволяет обеспечить максимальную жесткость конструкции и минимизировать зазор.
Таким образом, комплекс вышеперечисленных конструктивных особенностей обеспечивает повышение КПД, мощности, улучшение технологичности установки.
ТаблицаЗависимость напряжения от величины зазора между магнитами и статором
№ п/п
Величина зазора между магнитами и статором, мм
Напряжение, Вт
1
0,8
253
2
1
238
3
1,2
222
4
1,4
207
5
1,6
192