АКСИАЛЬНЫЙ ДВУХВХОДОВЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ ВЕТРО-СОЛНЕЧНЫЙ ГЕНЕРАТОР
AXIAL TWO-INPUT CONTACTLESS WIND AND SOLAR GENERATOR

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромеханическим преобразователям энергии, и может быть использовано, например, в качестве преобразователя механической энергии вращения (например, энергии ветра), подаваемой на механический вход машины, и электрической энергии постоянного тока (например, световой энергии Солнца, преобразованной фотоэлектрическими преобразователями в электроэнергию постоянного тока), одновременно подаваемой на ее электрический вход, в суммарную электрическую энергию переменного тока.
Известна двухмерная аксиальная электрическая машина-генератор, содержащая якорь с обмоткой, щеточно-коллекторный аппарат машины постоянного тока и ротор с короткозамкнутой обмоткой по типу беличьей клетки, имеющие возможность свободно вращаться относительно друг друга, причем ротор и якорь выполнены аксиальными, а в пазах якоря дополнительно уложена генераторная обмотка переменного тока, выход которой с помощью трех контактных колец и трех щеток соединен с сетью переменного тока (патент РФ №2349014).
Однако в связи с наличием щеточно-коллекторного узла в такой машине она обладает рядом недостатком, свойственных контактным электрическим машинам: искрение щеток, переходящее в круговой огонь из-за неравномерного их износа, вибрация щеток, их заклинивание и др. Более 40% отказов вращающихся контактных машин приходится на щеточно-коллекторный узел.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату и принятой авторами за прототип является аксиальная двухвходовая бесконтактная электрическая машина-генератор (АДБЭМГ), содержащая корпус, подвозбудитель, возбудитель и основной генератор, установленные на одном валу (патент РФ №2450411). Подвозбудитель АДБЭМГ состоит из постоянного многополюсного магнита индуктора подвозбудителя и магнитопровода с обмоткой якоря подвозбудителя. Возбудитель АДБЭМГ состоит из магнитопровода с обмоткой возбуждения возбудителя и магнитопровода с обмоткой якоря возбудителя. Основной генератор АДБЭМГ состоит из магнитопровода с обмоткой возбуждения основного генератора и магнитопровода с обмоткой якоря основного генератора. Постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и магнитопроводы, в пазы которых уложены обмотки подвозбудителя, возбудителя и основного генератора АДБЭМГ, выполнены аксиальными. Боковые аксиальные магнитопроводы жестко установлены в корпусе, а постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и внутренний аксиальный магнитопровод жестко установлены на валу с возможностью вращения относительно боковых аксиальных магнитопроводов. Постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя установлен 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 установлен постоянный многополюсный магнит 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 постоянного многополюсного магнита подвозбудителя уложена многофазная обмотка якоря подвозбудителя, а с противоположной стороны уложена однофазная обмотка возбуждения возбудителя, которая подключена к обмотке якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, и дополнительная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к источнику постоянного тока. В пазы внутреннего аксиального магнитопровода со стороны обмотки возбуждения возбудителя и дополнительной обмотки возбуждения возбудителя уложена многофазная обмотка якоря возбудителя, а с противоположной стороны уложена однофазная обмотка возбуждения основного генератора, которая подключена к обмотке якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель. В пазы бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью уложена многофазная обмотка якоря основного генератора
Однако в такой машине-генераторе потери энергии велики из-за большого количества ступеней преобразования энергии. В частности, преобразование энергии в АДБЭМГ осуществляется в трех электрических машинах: подвозбудителе, возбудителе и основном генераторе. Ввиду этого помимо нерациональных потерь энергии массогабаритные показатели электрической машины, принятой за прототип, также неудовлетворительны, кроме того, конструкция такой машины сложна.
Технический результат заявленного изобретения - упрощение конструкции и улучшение массогабаритных показателей электрической машины, снижение потерь энергии при суммировании и преобразовании механической энергии (например, энергии ветра) и электрической энергии постоянного тока (например, энергии Солнца, преобразованной фотоэлектрическими преобразователями в электрическую энергию постоянного тока) в электрическую энергию многофазного переменного тока.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом аксиальном двухвходовом бесконтактном ветро-солнечном генераторе, содержащем корпус, возбудитель и основной генератор, установленные на одном валу, при этом возбудитель состоит из индуктора возбудителя и аксиального магнитопровода с обмоткой якоря возбудителя, основной генератор состоит из бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена обмотка якоря основного генератора, и внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями, в пазы которого со стороны бокового аксиального магнитопровода уложена обмотка возбуждения основного генератора, причем боковой аксиальный магнитопровод с одной активной торцовой поверхностью жестко установлен в корпусе, а внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями установлен на валу с возможностью вращения относительного бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью, индуктор возбудителя выполняется из постоянного многополюсного магнита и дополнительной обмотки возбуждения возбудителя, причем постоянный многополюсный магнит индуктора возбудителя выполняется с пазами, многосекционным, неподвижным и жестко устанавливается в корпусе, а дополнительная обмотка возбуждения возбудителя укладывается в пазы между секциями постоянного многополюсного магнита индуктора возбудителя и подключается к источнику постоянного тока, при этом внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями с пазами устанавливается в корпусе между постоянным многополюсным магнитом индуктора возбудителя с дополнительной обмоткой возбуждения возбудителя и боковым аксиальным магнитопроводом с одной активной торцовой поверхностью с возможностью вращения относительно постоянного многополюсного магнита индуктора возбудителя с дополнительной обмоткой возбуждения возбудителя.
Предлагаемое изобретение, выполняя функцию суммирования и преобразования механической энергии (например, энергии ветра) и электрической энергии постоянного тока (например, энергии Солнца, преобразованной фотоэлектрическими преобразователями в электрическую энергию постоянного тока) в электрическую энергию многофазного переменного тока, как и прототип, в то же время в отличие от него позволяет упростить конструкцию и технологию изготовления электрической машины за счет установки на валу только одного вращающегося магнитопровода, существенно сократить при этом расход конструкционных материалов, улучшить массогабаритные показатели электрической машины и уменьшить потери энергии при преобразовании двух видов энергии в электрическую.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой аксиального двухвходового бесконтактного ветро-солнечного генератора в разрезе, на фиг.2 -электрическая схема предлагаемого аксиального двухвходового бесконтактного ветро-солнечного генератора.
Аксиальный двухвходовый бесконтактный ветро-солнечный генератор содержит: корпус 1, постоянный многополюсный магнит 2 индуктора возбудителя с дополнительной обмоткой 3 возбуждения возбудителя, которая подключается к источнику постоянного тока через контакты 4 (фиг. 2), внутренний аксиальный магнитопровод 5 с многофазной обмоткой 6 якоря возбудителя и однофазной обмоткой 7 возбуждения основного генератора, боковой аксиальный магнитопровод 8 с многофазной (на фиг. 2 - девятифазной) обмоткой 9 якоря основного генератора, вал 10, закрепленный в подшипниковых узлах 11 и 12 и жестко связанный с внутренним аксиальным магнитопроводом 5 посредством диска 13.
Однофазная обмотка 7 возбуждения основного генератора подключается к многофазной обмотке 6 якоря возбудителя через многофазный (на фиг. 2 - девятифазный) двухполупериодный выпрямитель 14.
Многофазная обмотка 9 якоря основного генератора может быть подключена к многофазному двухполупериодному выпрямителю 14.
Аксиальный двухвходовый бесконтактный ветро-солнечный генератор работает следующим образом. При подаче постоянного тока (например, от фотоэлектрических преобразователей) через контакты 4 по дополнительной обмотке 3 возбуждения возбудителя протекает ток, при этом создается магнитный поток, направленный согласно с магнитным потоком, создаваемым постоянным многополюсным магнитом 2 индуктора возбудителя. По принципу суперпозиции магнитных полей магнитные потоки, создаваемые дополнительной обмоткой 3 возбуждения возбудителя и постоянным многополюсным магнитом 2 индуктора возбудителя, суммируются. При вращении внутреннего аксиального магнитопровода 5 с многофазной обмоткой 6 якоря возбудителя суммарный магнитный поток, созданный многополюсным постоянным магнитом 2 индуктора возбудителя и дополнительной обмоткой 3 возбуждения возбудителя, взаимодействует с многофазной обмоткой 6 якоря возбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 5 со стороны постояннного многополюсного магнита 2 индуктора возбудителя, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая выпрямляется многофазным двухполупериодным выпрямителем 14 и подается на однофазную обмотку 7 возбуждения основного генератора, уложенную в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 5 со стороны бокового аксиального магнитопровода 8. При этом в однофазной обмотке 7 возбуждения основного генератора создается магнитный поток.
Магнитный поток, созданный однофазной обмоткой 7 возбуждения основного генератора, взаимодействует с многофазной обмоткой 9 якоря основного генератора, уложенной в пазы бокового аксиального магнитопровода 8, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая подается в сеть.
В результате описанных процессов происходит суммирование механической энергии вращения (например, энергии ветра) и электрической энергии постоянного тока (например, световой энергии Солнца, преобразованной фотоэлектрическими преобразователями в электрическую энергию постоянного тока) на входе, преобразование и выдача на выходе суммарной электрической энергии переменного тока.
Существенным преимуществом предлагаемого аксиального бесконтактного ветро-солнечного генератора является также существенное снижение его стоимости по сравнению с прототипом за счет упрощения технологии изготовления электрической машины, уменьшения расхода конструктивных материалов на ее изготовление.