СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ АКСИАЛЬНЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА
STABILISED AXIAL CONTACT-FREE DC 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.
Известен 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.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является аксиальный бесконтактный генератор постоянного тока (пат. РФ №2402858), содержащий 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, установленные на одном валу. В известном аксиальном генераторе постоянного тока постоянные магниты индуктора подвозбудителя и магнитопроводы, в пазы которых уложены обмотки подвозбудителя, возбудителя и основного генератора, выполнены аксиальными, при этом боковые аксиальные магнитопроводы жестко установлены в корпусе, а постоянные магниты индуктора подвозбудителя и внутренний аксиальный магнитопровод жестко установлены на валу с возможностью вращения относительно боковых аксиальных магнитопроводов, при этом постоянные магниты индуктора подвозбудителя установлены с торца одного бокового аксиального магнитопровода, а внутренний аксиальный магнитопровод установлен между боковыми аксиальными магнитопроводами. Внутренний аксиальный магнитопровод и боковой аксиальный магнитопровод, с торца которого установлены постоянные магниты индуктора подвозбудителя, выполнены с двумя активными торцовыми поверхностями с пазами, а другой боковой аксиальный магнитопровод выполнен с одной активной торцовой поверхностью с пазами. В пазы бокового аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны постоянных магнитов подвозбудителя уложена многофазная рабочая обмотка подвозбудителя, а с противоположной стороны уложена однофазная обмотка возбуждения возбудителя, которая подключена к рабочей обмотке подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель. В пазы внутреннего аксиального магнитопровода со стороны обмотки возбуждения возбудителя уложена многофазная рабочая обмотка возбудителя, а с противоположной стороны уложена однофазная обмотка возбуждения основного генератора, которая подключена к рабочей обмотке возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель. В пазы бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью уложена многофазная рабочая обмотка основного генератора, которая подключена к многофазному выпрямителю.
Однако выходное напряжение U такого генератора зависит от частоты вращения постоянных магнитов индуктора подвозбудителя и внутреннего аксиального магнитопровода с многофазной рабочей обмоткой возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения основного генератора
U=CwФ,
где С - конструктивный коэффициент, w - частота вращения, Ф - магнитный поток возбуждения.
Возможная установка привода постоянной частоты вращения ухудшает массогабаритные показатели генератора, а также снижает надежность его работы.
Технический результат заявленного изобретения - расширение области применения генератора за счет стабилизации выпрямленного напряжения.
Технический результат достигается тем, что в нижней части корпуса предлагаемого стабилизированного генератора постоянного тока, содержащего корпус, подвозбудитель, возбудитель и основной генератор, постоянные магниты и магнитопроводы которых выполнены аксиальными, устанавливается регулятор напряжения, состоящий из электромагнита, к якорю которого жестко прикрепляется пружина, и угольного столба, который набирается из ряда угольных шайб, накладываемых друг на друга и сжимаемых пружиной. При этом рабочая обмотка электромагнита подключается к выходу генератора, а угольный столб включается в цепь обмотки возбуждения возбудителя. Сопротивление угольного столба зависит от силы сжатия угольных шайб пружиной.
Предлагаемое изобретение, выполняя функцию генератора постоянного тока, как и прототип, в тоже время в отличие от него позволяет расширить область применения генератора за счет стабилизации его выходного напряжения.
На фиг.1 представлен общий вид предлагаемого стабилизированного аксиального бесконтактного генератора постоянного тока в разрезе, на фиг.2 - электрическая схема предлагаемого стабилизированного аксиального бесконтактного генератора постоянного тока, на фиг.3 - конструкция регулятора напряжения и схема его включения.
Стабилизированный 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; многофазный двухполупериодный (на фиг.2 - девятифазный) выпрямитель 16, через который однофазная обмотка возбуждения 7 возбудителя подключается к многофазной рабочей обмотке 6 подвозбудителя; многофазный (на фиг.2 - девятифазный) двухполупериодный выпрямитель 17, через который однофазная обмотка возбуждения 10 основного генератора подключается к многофазной рабочей обмотке 9 возбудителя; многофазный (на фиг.2 - девятифазный) двухполупериодный выпрямитель 18, к которому подключена многофазная рабочая обмотка 12 основного генератора; угольный столб 19 регулятора напряжения, включенный в цепь однофазной обмотки возбуждения 7 возбудителя; пружина 20, жестко закрепленная на якоре 21 электромагнита регулятора напряжения; рабочая обмотка 22 электромагнита регулятора напряжения, подключенная к выходу генератора, регулировочный резистор 23, включенный в цепь рабочей обмотки 22 электромагнита регулятора напряжения.
0
0
Стабилизированный 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. При изменении частоты вращения входного вала или изменении нагрузки напряжение на выходе генератора изменяется. Стабилизация напряжения осуществляется следующим образом. Якорь 21 регулятора напряжения находится под воздействием трех сил: силы Fп, создаваемой пружиной 20; силы Fэ, создаваемой рабочей обмоткой 22 электромагнита; силы Fс упругой деформации угольного столба 19. Пусть равновесное положение якоря 21 соответствует его перемещению х=х (фиг.3), а напряжение генератора U=U. Тогда, например, при повышении напряжения генератора возрастает ток в рабочей обмотке 22 электромагнита, и якорь 21 электромагнита под воздействием силы Fэ перемещается к сердечнику (растет величина перемещения якоря x). Сила Fп сжатия угольных шайб пружиной, а следовательно, давление якоря 21 на угольный столб 19 уменьшается, сопротивление угольного столба возрастает, ток в обмотке возбуждения 7 возбудителя снижается, соответственно снижается создаваемый им магнитный поток и наводимая этим потоком в рабочей обмотке 9 возбудителя ЭДС, следовательно, уменьшается ток в обмотке возбуждения 10 основного генератора и создаваемый им магнитный поток. ЭДС генератора, создаваемая этим потоком в рабочей обмотке 12 основного генератора, а соответственно и выходное напряжение, уменьшается, стремясь к заданному значению.