ГЕНЕРАТОР НА ПОСТОЯННЫХ МАГНИТАХ

Полезная модель относится к области преобразования энергии постоянных магнитов, может быть использована в энергетике, в т.ч. ветроэнергетических установках, в машиностроении и других областях жизнедеятельности человека.
Известно устройство, работающий как генератор электрической энергии переменного тока, содержащее корпус, ферромагнитный статор, выполненный в виде диска с размещенными на нем двумя группами якорных катушек на ферромагнитных сердечниках, ротор с магнитной системой, выполненной в виде кольцевого постоянного магнита с аксиальной намагниченностью, жестко соединенного с кольцевым магнитопроводом, в котором выполнены зубцы и отверстия. В известном устройстве на каждом ферромагнитном сердечнике на статоре размещены по одной якорной катушке (см. заявку №95103846/07, опубл. 27.11.1996) прототип.
Недостатком прототипа является низкий коэффициент полезного действия (КПД) за счет отсутствия мер, минимизирующих степень влияния реакции якоря, а размещение кольцевого постоянного магнита на кольцевом роторе в данной конструкции приводит к увеличению массы ротора, что повышает требования к его балансировке.
Технический результат заключается в повышении КПД генератора и снижению требований к балансировке его ротора за счет новых конструктивных решений магнитной системы генератора.
Технический результат достигается тем, что генератор на постоянных магнитах содержит корпус из диамагнетика, статор в виде диска из ферромагнитного материала с размещенными на нем двумя группами якорных обмоток с ферромагнитными сердечниками, кольцевой постоянный магнит с аксиальной намагниченностью, ротор в виде диска из ферромагнитного материала с зубцами и отверстиями.
Особенностью является то, что кольцевой постоянный магнит с аксиальной намагниченностью жестко закреплен на ферромагнитном диске статора соосно с ним, по внешней образующей которого на диске статора закреплены ферромагнитные сердечники первой группой якорных обмоток, а по образующей отверстия в кольцевом постоянном магните закреплены ферромагнитные сердечники второй группы якорных обмоток. Кроме того, ферромагнитный сердечник каждой из якорных обмоток выполнен в виде замкнутого прямоугольного или кольцевого магнитопровода, имеющего ось симметрии, а каждая из якорных обмоток выполнена в виде двух одинаковых секций, каждая из которых размещена на симметричных участках магнитопровода сердечника якорных обмоток. Так же особенностью является то, что ферромагнитные сердечники с одинаковыми секциями якорных обмоток первой и второй группы закреплены на ферромагнитном диске статора равномерно и таким образом, чтобы расстояние по радиусу от каждой секции каждой якорной обмотки до оси генератора было одинаковым в каждой группе якорных обмоток. Обе секции каждой якорной обмотки соединены между собой последовательно и согласно.
При соотношении числа зубцов ферромагнитного диска ротора, как и числа отверстий в нем, к числу якорных обмоток статора в каждой группе, равным один к двум, четные двухсекционные якорные обмотки статора первой группы и нечетные двухсекционные якорные обмотки во второй группе могут быть объединены посредством их последовательного и согласного соединения в первую подгруппу, а нечетные двухсекционные якорные обмотки статора первой группы и четные двухсекционные якорные обмотки статора второй группы могут быть объединены посредством их последовательного и согласного соединения во вторую подгруппу.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: фиг. 1 - конструкция генератора на кольцевом постоянном магните с разнесенными магнитными потоками в сердечниках якорных обмоток статора; фиг. 2 - схематическое представление цепей активных зон с замыкающимися магнитными потоками, порожденными реакцией якоря.
1
2
Генератор на постоянных магнитах (фиг. 1) содержит корпус 1 из диамагнетика, статор 2 в виде диска из ферромагнитного материала с размещенными на нем двумя группами якорных обмоток с ферромагнитными сердечниками 3 и 4, кольцевой постоянный магнит 5 с аксиальной намагниченностью, ротор 6 в виде диска из ферромагнитного материала с зубцами 7 и отверстиями 8. Кольцевой постоянный магнит 5 с аксиальной намагниченностью жестко закреплен на ферромагнитном диске статора 2 соосно с ним, по внешней образующей которого на диске статора 2 закреплены ферромагнитные сердечники 3 первой группой якорных обмоток, а по образующей отверстия в кольцевом постоянном магните 5 закреплены ферромагнитные сердечники 4 второй группы якорных обмоток. Ферромагнитные сердечники 3, 4 каждой из якорных обмоток выполнен в виде замкнутого прямоугольного или кольцевого магнитопровода 9 (фиг. 2), имеющего ось симметрии. Каждая из якорных обмоток выполнена в виде двух одинаковых секций 10, 11, каждая из которых размещена на симметричных участках магнитопровода 9 сердечников 3, 4 якорных обмоток. Ферромагнитные сердечники 3, 4 с одинаковыми секциями 10, 11 якорных обмоток первой и второй группы закреплены на ферромагнитном диске статора 2 равномерно и таким образом, чтобы расстояние l, l по радиусу от каждой секции 10, 11 каждой якорной обмотки до оси генератора было одинаковым в каждой группе якорных обмоток. Обе секции 10, 11 каждой якорной обмотки соединены между собой последовательно и согласно. При соотношении числа зубцов 7 ферромагнитного диска ротора 6, как и числа отверстий 8 в нем, к числу якорных обмоток статора 2 в каждой группе, равным один к двум, четные двухсекционные якорные обмотки статора 2 первой группы и нечетные двухсекционные якорные обмотки во второй группе могут быть объединены посредством их последовательного и согласного соединения в первую подгруппу, а нечетные двухсекционные якорные обмотки статора 2 первой группы и четные двухсекционные якорные обмотки статора 2 второй группы могут быть объединены посредством их последовательного и согласного соединения во вторую подгруппу.
р10
р11
пм
р10
р11
При подключении нагрузки к подгруппам якорных обмоток статора 2 в симметричных участках магнитопроводов 9 ферромагнитных сердечников 3 или 4 нагрузочными токами, протекающими по секциям 10, 11 якорных обмоток, будут наводиться магнитные потоки Ф и Ф, направленные в ветвях магнитпровода 9 навстречу основному магнитному потоку Фкольцевого постоянного магнита 5 (см. фиг. 2). Наличие этих тормозящих встречных потоков Ф и Ф принято квалифицировать как реакцию якоря, которая приводит к потерям КПД генераторов.
р10
р11
В предлагаемой полезной модели, за счет предложенного конструктивного решения магнитпроводов активных узлов генератора, для встречно направленных магнитных потоков Ф и Ф создана замкнутая цепь с малым магнитным сопротивлением, по которой эти потоки замыкаются и взаимокомпенсируются. Учитывая, что магнитное сопротивление воздушного зазора Δ велико, по сравнению с магнитным сопротивлением кольцевого магнитопровода 9 ферромагнитного сердечника 3 или 4, степень влияния реакции якоря будет минимальной, что приводит к повышению КПД генератора.