ТОРЦЕВОЙ СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, и касается усовершенствования конструкции синхронных генераторов торцевого типа, которые могут быть использованы для получения электрической энергии.
Уровень техники.
Известна электрическая машина с дисковым ротором [1] (аналог), содержащая размещенный на основании корпуса статор в составе нескольких статорных электромагнитных систем с постоянно намагниченными магнитопроводами, а также закрепленный на оси дисковый ротор с размещенными на нем с постоянным угловым шагом магнитными элементами у которых межцентровое расстояние между полюсами статорных электромагнитных систем равно межцентровому расстоянию полюсов магнитных элементов ротора, которые попарно соединены введенными в устройство магнитными перемычками.
К недостаткам упомянутого устройства относятся:
1. Невозможность при такой конструкции выполнить многофазный генератор промышленной частоты при стандартных частотах вращения 1500-3000 об/мин.
2. Высокая материалоемкость конструкции и технологически сложность обеспечения свободного вращения ротора в воздушных зазорах статорных ЭМС из-за высоких сил магнитного притяжения намагниченных секторов ротора к полюсам статорных ЭМС.
Наиболее близким по совокупности признаков (прототипом) является торцевой синхронный электрогенератор с возбуждением от постоянных магнитов [2], содержащий корпус, элементы электромагнитной системы, выполненные в виде дисков, на дисках роторов закреплены постоянные магниты, а на дисках статоров катушки, образующие его обмотку.
К недостаткам упомянутого устройства относятся:
1. Недостаточная удельная мощность.
2. Повышенный расход электротехнической стали на роторах.
Раскрытие полезной модели.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования конструкции генератора с целью повышения удельной мощности.
Это достигается с помощью того, что число роторных дисков на единицу больше числа статорных дисков, с количеством обмоток на каждом статорном диске равным удвоенному числу фаз (m) генератора, причем обмотки установлены попарно на замкнутых магнитных системах, сдвинутых по окружности на угол 360°/m, при этом постоянные магниты установлены в осевом направлении по концентрическим окружностям сквозь роторные диски попарно с разным направлением полярности в количестве равном удвоенному числу пар полюсов обмотки, причем роторные диски жестко насажены на вал, а статорные диски, имеющие отверстия для свободного прохождения вала, жестко крепятся к неподвижному корпусу, имеющего подшипниковые щиты для установки подшипников, обеспечивающих вращение вала.
Краткое описание чертежей.
Техническая сущность устройства поясняется на фиг. 1, 2, 3 на примере трехфазного двухполюсного синхронного генератора с двумя статорными дисками и с тремя роторными дисками. На фиг. 1 показан продольный разрез генератора. На фиг. 2 показан вид по А-А на статорный диск. На фиг. 3 показан вид по Б-Б на роторный диск. Корпус 1 является основной конструкционной деталью, к нему крепятся подшипниковые щиты 8 с подшипниками и статорные диски 2. Число роторных дисков 3, выполненных из немагнитного материала, равно трем, на единицу больше числа статорных дисков, с количеством обмоток 4 на каждом статорном диске равным удвоенному числу фаз генератора. Обмотки установлены попарно на замкнутых магнитных системах 5, сдвинутых по окружности на угол 120°. Постоянные магниты 6 на роторных дисках установлены в осевом направлении по концентрическим окружностям сквозь роторные диски попарно с разным направлением полярности. Количество постоянных магнитов равно удвоенному числу пар полюсов обмотки. Роторные диски жестко насажены на вал 7, а статорные диски, имеют отверстия для свободного прохождения вала. Ферромагнитные проставки 9 между замкнутыми магнитными системами, необходимы для предотвращения эффекта "залипания" постоянных магнитов роторов. Магнитопроводы 10 служат для замыкания магнитной системы на крайних роторных дисках. Пунктирными линиями со стрелками показаны пути замыкания магнитных потоков.
Осуществление полезной модели.
Работа технического устройства поясняется на фиг. 1, 2, 3. Размещение удвоенного числа статорных обмоток на замкнутых магнитных системах, установленных в торцевых плоскостях в количестве равном числу фаз, а также удвоенного числа постоянных магнитов на роторных дисках, обеспечивает повышение удельной мощности генератора. Отсутствие "пассивных" частей магнитопровода 10 для замыкания магнитной системы на всех роторных дисках кроме крайних дисков обеспечивает уменьшение расхода электротехнической стали, что также способствует повышению удельной мощности генератора.
При вращении вала генератора 7 приводным двигателем вращаются роторные диски 3 с постоянными магнитами 6. Магнитные потоки, создаваемые постоянными магнитами, выходят из северных полюсов, затем через воздушные зазоры пронизывают торцевые части одной из обмоток 4 каждой фазы статорных дисков 2, проходят по замкнутым магнитным системам 5 фазы. Затем снова пронизывают торцевые части второй обмотки каждой фазы, проходят через воздушные зазоры и входят в южные полюса постоянных магнитов другого яруса роторных дисков. Выходящие магнитные потоки из северных полюсов постоянных магнитов, аналогично вышесказанному, снова дважды пронизывают воздушный зазор и торцевые части обмоток, образуя замкнутый контур.
Магнитные потоки, пересекая витки обмоток, индуктируют в них ЭДС. Части обмоток каждой фазы соединены последовательно таким образом, чтобы их ЭДС складывались. За счет того, что замкнутые магнитные системы с обмотками, сдвинуты по окружности на угол 120° градусов образовывается трехфазная система ЭДС. При замыкании обмоток на соответствующую нагрузку на зажимах генератора создается трехфазная система напряжений и по обмоткам протекает трехфазная система токов.
Достоинством торцевого синхронного генератора предложенной конструкции является повышенная удельная мощность.
Литература:
1. Электрическая машина с дисковым ротором, патент RU 2505910 С2, авторы: Ахметов Бахытжан Сражатдинович (KZ), Харитонов Петр Тихонович (RU), Чеботарь Антон Евгеньевич (RU).
2. Торцевой синхронный электрогенератор с возбуждением от постоянных магнитов патент RU 54471, авторы: Шишкин Валерий Павлович (RU),Трофимов Александр Владимирович (RU), Яблоков Владимир Петрович (RU).