АКСИАЛЬНЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА
AXIAL CONTACTLESS DIRECT CURRENT GENERATOR

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам постоянного тока, и может быть использовано, например, для преобразования механической энергии вращения в электрическую энергию постоянного тока.
Известна цинлиндрическая конструкция многовиткового бесконтактного униполярного генератора постоянного тока, содержащего неподвижный якорь, состоящий из тороидальной многовитковой обмотки с полым сердечником прямоугольного сечения, и подвижный индуктор, представляющий из себя несколько стержневых постоянных магнитов, южные полюса которых примкнуты к ферромагнитному внутреннему кольцу, а северные - к внешнему немагнитному кольцу с канавками, имеющих возможность свободно двигаться на бусах внутренней и внешней стенок сердечника якоря посредством фрикционной связи внешнего кольца (обода) индуктора (патент РФ №2351055).
Однако такая конструкция генератора постоянного тока не обеспечивает возможности стабилизации величины напряжения при изменении скорости вращения индуктора, что не позволяет расширить область применения такого генератора.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является бесколлекторный (вентильный) генератор постоянного тока (см. Кашин Я.М., Кириллов Г.А, Ракло А.В. Авиационное оборудование самолетов, Ч. 1,: Мин-во обороны Рос. Федерации, Красн, высш. воен. авиац. уч-ще летчиков. - Краснодар: КВВАУЛ, 2006, с.37-39), содержащий корпус, в котором на одном валу установлены три электрические машины цилиндрической конструкции: подвозбудитель - магнитоэлектрическая синхронная машина с вращающимся индуктором, состоящим из постоянных магнитов с радиально направленным магнитным полем, и неподвижной рабочей обмоткой подвозбудителя; возбудитель - трехфазная синхронная машина с неподвижной обмоткой возбуждения возбудителя и вращающейся рабочей обмоткой возбудителя; основной генератор - трехфазная синхронная машина с вращающейся обмоткой возбуждения генератора и неподвижной рабочей обмоткой генератора и трехфазный выпрямитель.
Однако технология изготовления такого генератора постоянного тока сложна из-за необходимости штамповки листов магнитопроводов статора и ротора, необходимости выполнения обмоточных работ внутри цилиндрического статора, а качество вырабатываемой генератором электрической энергии недостаточно высоко из-за высокого коэффициента пульсации выпрямленного напряжения. Кроме того, стоимость такого генератора велика из-за большого расхода электротехнической стали, связанного с высоким процентом ее отходов при штамповке.
Технический результат заявленного изобретения - упрощение технологии изготовления генератора, улучшение качества генерируемого напряжения.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом генераторе постоянного тока, содержащем корпус; подвозбудитель, состоящий из постоянных магнитов индуктора подвозбудителя и магнитопровода с рабочей обмоткой подвозбудителя; возбудитель, состоящий из магнитопровода с обмоткой возбуждения возбудителя и магнитопровода с рабочей обмоткой возбудителя; и основной генератор, состоящий из магнитопровода с обмоткой возбуждения основного генератора и магнитопровода с рабочей обмоткой основного генератора, установленных на одном валу, постоянные магниты индуктора подвозбудителя и магнитопроводы, в пазы которых уложены обмотки подвозбудителя, возбудителя и основного генератора, выполняются аксиальными, при этом боковые аксиальные магнитопроводы жестко устанавливаются в корпусе, а постоянные магниты индуктора подвозбудителя и внутренний аксиальный магнитопровод жестко устанавливаются на валу с возможностью вращения относительно боковых аксиальных магнитопроводов, при этом постоянные магниты индуктора подвозбудителя устанавливаются с торца одного бокового аксиального магнитопровода, а внутренний аксиальный магнитопровод устанавливается между боковыми аксиальными магнитопроводами. Внутренний аксиальный магнитопровод и боковой аксиальный магнитопровод, с торца которого устанавливаются постоянные магниты индуктора подвозбудителя, выполняются с двумя активными торцовыми поверхностями с пазами, а другой боковой аксиальный магнитопровод выполняется с одной активной торцовой поверхностью с пазами. В пазы бокового аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны постоянных магнитов подвозбудителя укладывается многофазная рабочая обмотка подвозбудителя, а с противоположной стороны укладывается однофазная обмотка возбуждения возбудителя, которая подключается к рабочей обмотке подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель. В пазы внутреннего аксиального магнитопровода со стороны обмотки возбуждения возбудителя укладывается многофазная рабочая обмотка возбудителя, а с противоположной стороны укладывается однофазная обмотка возбуждения основного генератора, которая подключается к рабочей обмотке возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель. В пазы бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью укладывается многофазная рабочая обмотка основного генератора, которая подключается к многофазному выпрямителю.
Предлагаемое изобретение, выполняя функцию генератора постоянного тока, как и прототип, в тоже время в отличие от него позволяет упростить технологию изготовления генератора за счет замены операции «штамповка», используемой для изготовления магнитопроводов цилиндрической конструкции, на операцию «намотка» стальной ленты с пазами (см. патент РФ №2316877, Гайтова Т.Б., Гайтов Б.Х., Таршхоев Р.З.) и существенно сократить при этом расход электротехнической стали. Так, при мощности 5 кВт расход электротехнической стали на изготовление магнитопроводов уменьшается до 30-40%. Выполнение зубцовой зоны открытой позволяет упростить технологию выполнения обмоточных работ, что также упрощает технологию изготовления генератора в целом. Качество напряжения, генерируемого предлагаемым аксиальным бесконтактным генератором постоянного тока, повышается за счет снижения коэффициента пульсации выпрямленного напряжения, обеспечиваемого выполнением рабочих обмоток подвозбудителя, возбудителя и основного генератора многофазными, а магнитопроводов - аксиальными. Выполнение магнитопроводов генератора аксиальными позволяет получить симметричное многофазное напряжение, что в свою очередь позволяет повысить качество выпрямленного напряжения.
На фиг.1 представлен общий вид предлагаемого аксиального бесконтактного генератора постоянного тока в разрезе, на фиг.2 - электрическая схема предлагаемого аксиального бесконтактного генератора постоянного тока.
Аксиальный бесконтактный генератор постоянного тока содержит: корпус 1, постоянные магниты 2 индуктора подвозбудителя, боковой аксиальный магнитопровод 5 с многофазной рабочей обмоткой 6 подвозбудителя и однофазной обмоткой возбуждения 7 возбудителя, внутренний аксиальный магнитопровод 8 с многофазной рабочей обмоткой 9 возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения 10 основного генератора, боковой аксиальный магнитопровод 11 с многофазной (на фиг.2 - девятифазной) рабочей обмоткой 12 основного генератора, вал 13, закрепленный в подшипниковых узлах 4 и 14 и жестко связанный с постоянными магнитами 2 индуктора подвозбудителя посредством диска 3 и с внутренним аксиальным магнитопроводом 8 посредством диска 15.
Однофазная обмотка возбуждения 7 возбудителя подключается к многофазной рабочей обмотке 6 подвозбудителя через многофазный двухполупериодный (на фиг.2 - девятифазный) выпрямитель 16. Однофазная обмотка возбуждения 10 основного генератора подключается к многофазной рабочей обмотке 9 возбудителя через многофазный (на фиг.2 - девятифазный) двухполупериодный выпрямитель 17. Многофазная рабочая обмотка 12 основного генератора подключается к многофазному (на фиг.2 - девятифазному) двухполупериодному выпрямителю 18.
Аксиальный бесконтактный генератор постоянного тока работает следующим образом. При вращении постоянных магнитов 2 индуктора подвозбудителя и внутреннего аксиального магнитопровода 8 с многофазной рабочей обмоткой 9 возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения 10 основного генератора магнитный поток постоянных магнитов 2 индуктора подвозбудителя взаимодействует с многофазной рабочей обмоткой 6 подвозбудителя, уложенной в пазы бокового аксиального магнитопровода 5, жестко установленного в корпусе генератора, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая выпрямляется многофазным двухполупериодным выпрямителем 16 и подается на однофазную обмотку возбуждения 7 возбудителя, уложенную в пазы бокового аксиального магнитопровода 5. Созданный однофазной обмоткой возбуждения 7 возбудителя магнитный поток взаимодействует с многофазной рабочей обмоткой 9 возбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 8, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая выпрямляется многофазным двухполупериодным выпрямителем 17 и подается на однофазную обмотку возбуждения 10 основного генератора, уложенную в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 8. Магнитный поток однофазной обмотки возбуждения 10 основного генератора взаимодействует с многофазной рабочей обмоткой 12 основного генератора, уложенной в пазы бокового аксиального магнитопровода 11, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая выпрямляется многофазным двухполупериодным выпрямителем 18 и подается в сеть.
Существенным преимуществом предлагаемого аксиального бесконтактного генератора постоянного тока является также существенное снижение его стоимости по сравнению с прототипом за счет упрощения технологии изготовления магнитопроводов, упрощения технологии выполнения обмоточных работ и уменьшения расхода электротехнической стали на изготовление магнитопроводов.