МАГНИТНОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР
MAGNETOELECTRIC GENERATOR

Изобретение относится к области электротехники, а именно к низкооборотным электрическим генераторам, и может быть использовано, в частности, в ветроэнергетических установках.
Известен магнитоэлектрический генератор, ротор которого снабжен постоянными магнитами, а статор содержит две параллельные пластины, между которыми размещены кольцевые обмотки, выполненные в форме равнобедренных трапеций, боковые стороны которых расположены радиально относительно оси вращения ротора, а участки кольцевых обмоток в основаниях трапеций выгнуты по дуге, ротор выполнен из двух закрепленных на валу параллельных дисков, на каждом из которых на обращенных друг к другу поверхностях размещены кольцеобразные ряды постоянных магнитов, полярность постоянных магнитов в каждом ряду чередуется, при этом полюса постоянных магнитов одного ряда обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов другого ряда, кольцевые обмотки вставлены друг в друга с образованием модулей, при этом расстояние l между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину b кольцеобразного ряда постоянных магнитов, отличающийся тем, что между кольцевыми обмотками размещена дополнительная плоская кольцевая обмотка в форме равнобедренной трапеции, боковые стороны которой расположены в одной плоскости между боковыми сторонами других кольцевых обмоток, RU115978U1.
Недостатком данного технического решения является большая величина зазора между рядами постоянных магнитов, что приводит к уменьшению напряженности магнитного поля в этом зазоре и, соответственно, мощности генератора.
Известен магнитоэлектрический генератор, включающий статор с тороидальным магнитопроводом с радиально расположенными зубцами, на которых размещены обмотки статора, и укрепленный на валу дисковый ротор с постоянными магнитами с осевой намагниченностью и чередующейся полярностью; каждому зубцу соответствует равный ему по площади магнит, http://imlab.narod.ru/Energy/Gen_l 96/Gen_l 96.htm, 6 с., рис.2.1 и 5.1 (копия ссылки прилагается).
При совпадении постоянных магнитов с зубцами магнитопровода статора (рис.5.1) за счет сил притяжения возникает большой момент сопротивления вращению ротора с валом («залипание» ротора), для преодоления которого необходимо значительно увеличивать пусковой момент на валу генератора.
При увеличении или уменьшении числа обмоток на единицу по сравнению с числом магнитов эффект «залипания» ротора несколько сглаживается, однако при этом существенно уменьшается коэффициент полезного действия (кпд) генератора.
Все эти недостатки свойственны также магнитоэлектрическому генератору согласно RU2337458C1, включающему статор с тороидальным магнитопроводом с радиально расположенными зубцами. Количество катушек и, соответственно, зубцов, b=2, 3, 4, 5… целое положительное число. В конкретном примере по фиг.1, 2 в каждой группе содержится три зубца. Ротор содержит 16 постоянных магнитов, а магнитопровод статора - 18 зубцов с обмотками. Поскольку количество магнитов и зубцов различается, эффект «залипания» ротора несколько сглаживается, однако при этом существенно снижается кпд электрической машины.
Устройство RU2337458C1 принято в качестве прототипа настоящего изобретения.
Задачей настоящего изобретения является практически полное устранение эффекта «залипания» ротора и увеличение кпд.
m
o
Согласно изобретению в магнитоэлектрическом генераторе, включающем статор с тороидальным магнитопроводом с радиально расположенными зубцами, сгруппированными по три зубца в каждой группе, на которых размещены обмотки статора, и укрепленный на валу дисковый ротор с постоянными магнитами с осевой намагниченностью и чередующейся полярностью, каждой группе зубцов с обмотками статора соответствует группа, состоящая из двух постоянных магнитов ротора, при этом расстояние l между крайними гранями магнитов каждой группы по дуге, концентричной относительно оси ротора и проходящей по середине магнитов, соответствует расстоянию l по той же дуге между крайними точками обмоток статора в каждой группе.
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «Новизна».
Постоянные магниты ротора сопряжены друг с другом без промежутков между ними и практически образуют замкнутый кольцевой контур. Поэтому напротив всей поверхности любого зубца всегда находится поверхность одного или двух магнитов. Исключается ситуация, когда напротив поверхности зубца находится промежуток между магнитами, как это имеет место в устройстве-прототипе. Таким образом, практически полностью исключается «залипание» ротора. Крайне незначительными силами сопротивления вращению ротора за счет гистерезиса при перемагничивании зубцов магнитопровода статора можно пренебречь.
Поскольку все магниты одновременно и постоянно взаимодействуют с зубцами и, соответственно, с обмотками статора, повышается кпд генератора. Таким образом достигается технический результат, состоящий в практическом исключении сил сопротивления вращению вала генератора вследствие эффекта «залипания» ротора, а также в повышении кпд.
Заявителем не выявлены источники информации, в которых содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. Указанные обстоятельства позволяют сделать вывод о соответствии заявленного технического решения условию патентоспособности «Изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:
на фиг.1 - вид спереди с частичным вырывом;
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;
на фиг.3 - разрез В-В на фиг.1;
на фиг.4 - разрез С-С на фиг.1;
на фиг.5 - группа зубцов тороидального магнитопровода и статора с обмотками и расположенными над ними постоянными магнитами;
на фиг.6 - разрез D-D на фиг.5;
на фиг.7 - группа зубцов тороидального магнитопровода статора с обмотками в аксонометрии;
на фиг.8 - магнитоэлектрический генератор в сборе в аксонометрии с частичным вырывом.
m
о
Магнитоэлектрический генератор включает статор с тороидальным магнитопроводом 1 с радиально расположенными зубцами 2, сгруппированными по три зубца в каждой группе. Количество зубцов в группе определяет фазность генератора, то есть при трех зубцах в группе генератор является трехфазным. На зубцах 2 размещены обмотки 3 статора. Генератор также включает укрепленный на валу 4 дисковый ротор 5 с постоянными магнитами 6 с осевой намагниченностью и чередующейся полярностью. Каждой группе зубцов 2 соответствует группа из двух постоянных магнитов 6 ротора. Расстояние l между крайними гранями магнитов каждой группы по дуге, концентричной оси ротора и проходящей по середине магнитов, соответствует расстоянию l по той же дуге между крайними точками обмоток статора в каждой группе (фиг.5, 6).
Магнитоэлектрический генератор содержит корпус 7 с крышкой 8. Магнитоэлектрический генератор работает следующим образом. При вращении ротора 5 с валом 4 магнитные силовые линии постоянных магнитов 6 индуцируют в зубцах 2 магнитопровода 1 статора переменное магнитное поле, которое обусловливает появление ЭДС в обмотках 3 статора. Поскольку между постоянными магнитами нет промежутков, к поверхности каждого зубца 2 всегда обращена поверхность одного или двух постоянных магнитов. Благодаря этому исключается «залипание» ротора, все магниты всегда и в полной мере индуцируют ЭДС в обмотках статора, что обеспечивает повышение кпд в сравнении с прототипом. Фазовый сдвиг ЭДС в обмотках на смежных зубцах каждой группы (фиг.5, 6, 7) составляет 120°, что обеспечивает генерирование трехфазного электрического тока.
Изготовлен и испытан опытный образец устройства. Магнитоэлектрический генератор может также работать в режиме электрического двигателя.