ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР
POWER GENERATOR

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для создания генераторов для малооборотных ветро- или гидроустановок.
Известны электрогенераторы, содержащие неподвижный корпусной элемент, внутри которого неподвижно установлены магнитопроводы и обмотки, а на вращающейся части - постоянные магниты (Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 280 с.).
Конструкции этих электрогенераторов рассчитаны на большую частоту вращения, поэтому при работе с тихоходным приводом необходимо применять дорогостоящие мультипликаторы.
Известен также электрогенератор, содержащий вращающуюся часть с равномерно расположенными по кругу прямоугольными сердечниками-магнитопроводами из магнитно-мягкого материала и не вращающуюся часть, которая содержит корпусной элемент, ступицу, установленную на подшипнике на корпусном элементе с возможностью вращения, множество простирающихся в радиальном направлении индукторов, расположенных по существу в круговой ряд и содержащих Г-образные сердечники из магнитно-мягкого материала и связанные с ними постоянные магниты с чередованием полярности полюсов, причем шаг индукторов вдвое меньше шага сердечников-магнитопроводов вращающейся части, принадлежащую не вращающейся части упомянутого узла катушечную обмотку, размещенную в радиальных пазах, образованных Г-образными сердечниками и постоянными магнитами, при этом полюсы индукторов обращены к вращающейся части, ориентированы в осевом направлении и отделены рабочим зазором от сердечников-магнитопроводов, расположенным на вращающейся части (см. патент РФ №2351054, 2009 г.).
Недостатками известного устройства являются сложность конструкции и наличие значительных пульсаций радиальных и тангенциальных сил, обусловленных тяжением постоянных магнитов и проводников магнитного потока, разделенных рабочим зазором.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является улучшение технических характеристик электрогенератора и упрощение конструкции путем исключения мультипликатора.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в улучшении технических характеристик электрогенератора за счет увеличения диаметра вращающейся части, линейной скорости, количества сердечников-магнитопроводов и, следовательно, частоты тока при ограниченной частоте вращения движителя и исключении суммарных тангенциальных и радиальных колебаний сил, обусловленных силами тяжения, действующими между индукторами и сердечниками-магнитопроводами.
Поставленная задача решается тем, что электрогенератор, содержащий вращающуюся часть с равномерно расположенными по кругу прямоугольными сердечниками-магнитопроводами из магнитно-мягкого материала и не вращающуюся часть, которая содержит корпусной элемент, ступицу, установленную на подшипнике на корпусном элементе с возможностью вращения, множество простирающихся в радиальном направлении индукторов, расположенных по существу в круговой ряд и содержащих Г-образные сердечники из магнитно-мягкого материала и связанные с ними постоянные магниты с чередованием полярности полюсов, причем шаг индукторов вдвое меньше шага сердечников-магнитопроводов вращающейся части, принадлежащую не вращающейся части упомянутого узла катушечную обмотку, размещенную в радиальных пазах, образованных Г-образными сердечниками и постоянными магнитами, при этом полюсы индукторов обращены к вращающейся части, ориентированы в осевом направлении и отделены рабочим зазором от сердечников-магнитопроводов, расположенным на вращающейся части отличается тем, что множество индукторов на не вращающейся части в указанном круговом ряду выполнены расположенными на участках корпусного элемента в виде N≥2 совокупностей групп с одинаковым четным количеством индукторов в каждой группе с промежутками между группами больше, чем один шаг расположения индукторов в группе, а обмотка разделена на одинаковые катушки, причем каждая из них охватывает одну группу указанных индукторов, а энергия, в них генерируемая, выводится по проводникам не вращающейся части. При этом каждая совокупность групп индукторов содержит три соседние группы, при этом каждая вторая группа в совокупности смещена на целое число периодов плюс 1/3 шага индукторов, а каждая третья группа в совокупности - на целое число периодов плюс 2/3 шага индукторов относительно первой группы. Кроме того, N совокупностей групп расположены по кругу равномерно со сдвигом 360/N градусов. Причем вращающаяся часть оперта на ступицу с подшипником, установленным на корпусном элементе, или на ролики с подшипниками, установленные на участках корпусного элемента, несущих группы индукторов.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признаки «…множество индукторов на не вращающейся части в указанном круговом ряду выполнены расположенными на участках корпусного элемента в виде N≥2 совокупностей групп с одинаковым четным количеством индукторов в каждой группе с промежутками между группами больше, чем один шаг расположения индукторов в группе…» необходимы для возможности неограниченного увеличения диаметра вращающейся части без увеличения числа магнитов и для пропорционального увеличения линейной скорости движения сердечников мимо полюсов индукторов и соответствующего увеличения эффективности индуцирования ЭДС.
Признак «…катушечная обмотка разделена на одинаковые катушки, причем каждая из них охватывает одну группу указанных индукторов…» позволяет упростить технологию изготовления обмотки, а в некоторых случаях - и уменьшить расход обмоточного провода, а также маневрировать величиной ЭДС и тока обмотки.
Совокупность отличительных признаков второго дополнительного пункта формулы изобретения позволяет уменьшить или даже исключить суммарные тангенциальные силы и момент сопротивления генератора, обусловленные силами тяжения, действующими между индукторами и сердечниками-магнитопроводами.
Совокупность отличительных признаков третьего дополнительного пункта формулы изобретения позволяет исключить пульсации радиальных сил и обеспечить компенсацию радиальных сил в генераторе, обусловленные силами тяжения, действующими между индукторами и сердечниками-магнитопроводами.
Совокупность отличительных признаков четвертого дополнительного пункта формулы изобретения позволяет при неограниченном увеличении диаметра вращающейся части упростить постоянство рабочего зазора между индукторами и сердечниками-магнитопроводами и отказаться от связей со ступицей и самой ступицы.
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами, где на фиг.1 показан разрез по оси вращения, на фиг.2 показана опора вращающейся части на ступицу, на фиг.3 - опора вращающейся части на ролики и на фиг.4 - разрез по опорному ролику.
На этих чертежах 1 - вращающаяся часть; 2 - прямоугольные сердечники-магнитопроводы; 3 - не подвижная часть; 4 - корпусной элемент; 5 - ступица; 6 - подшипник ступицы; 7 - Г-образный сердечник; 8 - постоянные магниты; 9 - катушечная обмотка; 10 - ролик (фиг.3, фиг.4); 11 - подшипник ролика (фиг.4); 12 и 13 - рабочие зазоры.
Электрогенератор содержит вращающуюся часть 1 с равномерно расположенными по кругу прямоугольными сердечниками-магнитопроводами 2 из магнитно-мягкого материала и не вращающуюся часть 3. Не вращающаяся часть 3 содержит корпусной элемент 4, ступицу 5, установленную на подшипнике 6 на корпусном элементе 4 с возможностью вращения, множество простирающихся в радиальном направлении индукторов, расположенных по существу в круговой ряд и содержащих Г-образные сердечники 7 из магнитно-мягкого материала и связанные с ними постоянные магниты 8 с чередованием полярности полюсов. Причем шаг индукторов (7, 8) вдвое меньше шага сердечников-магнитопроводов 2 вращающейся части 1. В радиальных пазах, образованных Г-образными сердечниками 7 и постоянными магнитами 8, размещена катушечная обмотка 9, принадлежащая не вращающейся части 3. Полюсы индукторов (7, 8) обращены к вращающейся части 1, ориентированы в осевом направлении и отделены рабочими зазорами 12 и 13 от сердечников-магнитопроводов 2, расположенных на вращающейся части 1. Множество индукторов (7, 8) на не вращающейся части 3 в указанном круговом ряду выполнены расположенными на участках корпусного элемента 4 в виде N≥2 совокупностей групп с одинаковым четным количеством индукторов (7, 8) в каждой группе с промежутками между группами больше, чем один шаг расположения индукторов в группе, а обмотка разделена на одинаковые катушки 9, причем каждая из них охватывает одну группу указанных индукторов, а энергия, в них генерируемая, выводится по проводникам не вращающейся части 3. Каждая совокупность групп индукторов (7, 8) содержит три соседние группы, при этом каждая вторая группа в совокупности смещена на целое число периодов плюс 1/3 шага индукторов, а каждая третья группа в совокупности - на целое число периодов плюс 2/3 шага индукторов относительно первой группы. При этом совокупности групп расположены по кругу равномерно со сдвигом 360/N градусов. Вращающаяся часть 1 оперта на ступицу 5 с подшипником 6, установленным на корпусном элементе 4, или на ролики 10 с подшипниками 11, установленными на участках корпусного элемента 4, несущих группы индукторов (7, 8).
Работа электрогенератора осуществляется следующим образом.
При вращении подвижной части 1 генератора все индукторы с магнитами 7, 8 одинаковой полярности в группе поочередно одновременно перекрываются (или не перекрываются) сердечниками-магнитопроводами 2, расположенными на вращающейся части 1. При этом в два раза изменяются потокосцепления катушек 9 и в них наводятся ЭДС. Последние различаются, в общем случае, по величине и временной фазе. ЭДС катушек 9 далее объединяют, и результирующая ЭДС генератора непосредственно или после выпрямления используется для питания потребителей электроэнергии и подзарядки буферной аккумуляторной батареи. При необходимости можно использовать известные схемы стабилизации напряжения постоянного тока или инвертирования для получения стабильного напряжения переменного тока стандартного уровня и частоты.