Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
ELECTROMAGNETIC GENERATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/085418
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to the field of electrical engineering, specifically to slow-speed electric generators used in particular in wind energy installations. In the proposed electromagnetic generator, the stator comprises two parallel plates (5, 6), between which annular windings (7) are arranged. The rotor is formed from two parallel discs (1, 2) fixed to a shaft (10), with circular rows of permanent magnets (3, 4) arranged on each of said parallel discs on surfaces facing one another, the polarity of said permanent magnets in each row alternating, while the poles of the permanent magnets in one row are turned towards the opposite poles of the permanent magnets in the other row. The annular windings (7) of the stator are inserted in pairs one inside the other and are in the form of isosceles trapeziums, the lateral sides (8, 9) of which are arranged radially relative to the axis (10) of rotation of the rotor. Sections (11, 12) in the bases of the trapeziums arch out convexly, wherein the distance | between the sections of annular windings in the bases of the trapeziums exceeds the width b of the circular row of permanent magnets (3, 4), which adjoin one another in each circular row. The technical result consists in increasing the power of an electromagnetic generator whilst maintaining the overall dimensions thereof.

Inventors:
ESAKOV SERGEJ MIKHAILOVICH (RU)
ESAKOV MIKHAIL SERGEEVICH (RU)
VELIKO-IVANENKO ANATOLIJ YURIEVICH (RU)
Application Number:
PCT/RU2012/000656
Publication Date:
June 13, 2013
Filing Date:
August 09, 2012
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
ESAKOV SERGEJ MIKHAILOVICH (RU)
ESAKOV MIKHAIL SERGEEVICH (RU)
VELIKO-IVANENKO ANATOLIJ YURIEVICH (RU)
International Classes:
H02K21/24; H02K1/27; H02K16/02
Domestic Patent References:
WO2007008110A12007-01-18
WO2004064223A22004-07-29
Foreign References:
RU2427067C12011-08-20
RU2244370C12005-01-10
RU2234788C22004-08-20
RU2168062C12001-05-27
RU2427067C12011-08-20
Other References:
See also references of EP 2790308A4
Attorney, Agent or Firm:
SANDIGURSKI, Oleg Lvovich (RU)
САНДИГУРСКИЙ, Олег Львович (RU)
Download PDF:
Claims:
Формула изобретения

1. Магнитоэлектрический генератор, ротор которого снабжен постоянными магнитами, а статор содержит две параллельные пластины, между которыми размещены кольцевые обмотки, ротор выполнен из двух закрепленных на валу параллельных дисков, на каждом из которых на обращенных друг к другу поверхностях размещены кольцеобразные ряды постоянных магнитов, полярность постоянных магнитов в каждом ряду чередуется, при этом полюса постоянных магнитов одного ряда обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов другого ряда, а кольцевые обмотки статора выполнены в форме равнобедренных трапеций, боковые стороны которых расположены радиально относительно оси вращения ротора, а участки кольцевых обмоток в основаниях трапеций выгнуты по дуге, кольцевые обмотки попарно вставлены друг в друга, при этом расстояние 1 между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину b кольцеобразного ряда постоянных магнитов, отл и ч аю щ и й ся тем , что постоянные магниты в каждом кольцеобразном ряду примыкают друг к другу.

2. Магнитоэлектрический генератор по п. 1, отл и ч аю щи йся тем , что постоянные магниты в каждом кольцеобразном ряду примыкают друг к другу смежными боковыми гранями.

Description:
Магнитоэлектрический генератор

Область техники

Изобретение относится к области электротехники, а именно к низкооборотным электрическим генераторам, и может быть использовано, в частности, в ветроэнергетических установках.

Предшествующий уровень техники Известен низкооборотный магнитоэлектрический генератор, содержащий кольцеобразный ряд обмоток статора на железных сердечниках из листов или прессованного порошка железа, и соответствующий кольцеобразный ряд постоянных магнитов ротора, в частности, синхронная машина с постоянной намагниченностью для синусоидального напряжения, обмотки выполнены сосредоточенными, а не распределены в пазах, сердечники с обмотками чередуются с железными сердечниками без обмоток, так что на каждом втором железном сердечнике имеется обмотка, число промежутков между сердечниками отличается от числа полюсов, при этом число промежутков между сердечниками s и число полюсов р следует выражениям |s-p| = 2·ιτι и s = 12·η·ιτι, где п и т - натуральные числа, причем машина рассчитана на трехфазное напряжение с последовательным соединением соседних катушек для получения m таких групп на фазу, которые могут быть соединены последовательно или параллельно, RU 2234788 С2.

Недостатком этого генератора является низкий коэффициент полезного действия (к.п.д.), поскольку обмотки в кольцеобразном ряду находятся на значительном расстоянии друг от друга, и в момент нахождения магнитов в промежутке между обмотками ЭДС в них не индуцируется.

Известен также магнитоэлектрический генератор, ротор которого снабжен постоянными магнитами, а статор содержит две параллельные пластины в виде соединенных друг с другом дисков, между которыми размещены обмотки; статор имеет магнитопроводы в виде плоских колец, RU 2168062 С1.

Данное техническое решение имеет тот же недостаток, что и описанный выше аналог (RU 2234788 С2): низкий коэффициент полезного действия по той же причине. Кроме того, при прохождении постоянных магнитов ротора над сердечниками обмоток статора имеет место взаимное притяжение постоянных магнитов ротора и сердечников обмоток статора (так называемый эффект «залипания» ротора), что затрудняет пуск генератора и создает интенсивный шум при его работе. Некоторое повышение к.п.д. генератора, уменьшение пускового момента и уровня шума в процессе работы обеспечивает магнитоэлектрический генератор, ротор которого снабжен постоянными магнитами, а статор содержит две параллельные пластины, между которыми размещены кольцевые обмотки, ротор выполнен из двух закрепленных на валу параллельных дисков, на каждом из которых на обращенных друг к другу поверхностях размещены кольцеобразные ряды постоянных магнитов, расположенных в каждом ряду эквидистантно, полярность постоянных магнитов каждого ряда чередуется, при этом полюса постоянных магнитов одного ряда обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов другого ряда, а кольцевые обмотки статора выполнены в форме равнобедренных трапеций, боковые стороны которых расположены радиально относительно оси вращения ротора, а участки кольцевых обмоток в основаниях трапеций выгнуты по дуге, кольцевые обмотки попарно вставлены друг в друга, при этом расстояние 1 между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину Ъ кольцеобразного ряда постоянных магнитов, RU 2427067 С 1.

Данное устройство принято в качестве прототипа настоящего изобретения.

В этом магнитоэлектрическом генераторе постоянные магниты в каждом кольцеобразном ряду расположены эквидистантно друг относительно друга. Промежутки между постоянными магнитами в каждом ряду соответствуют размерам магнита. При вращении ротора эти пустые промежутки не индуцируют электродвижущую силу (ЭДС) в обмотках статора, что снижает мощность электрического генератора.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является увеличение мощности магнитоэлектрического генератора при сохранении его габаритов.

Согласно изобретению в магнитоэлектрическом генераторе, ротор которого снабжен постоянными магнитами, а статор содержит две параллельные пластины, между которыми размещены кольцевые обмотки, ротор выполнен из двух закрепленных на валу параллельных дисков, на каждом из которых на обращенных друг к другу поверхностях размещены кольцеобразные ряды постоянных магнитов, полярность постоянных магнитов в каждом ряду чередуется, при этом полюса постоянных магнитов одного ряда обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов другого ряда, а кольцевые обмотки статора выполнены в форме равнобедренных трапеций, боковые стороны которых расположены радиально относительно оси вращения ротора, а участки кольцевых обмоток в основаниях трапеций выгнуты по дуге, кольцевые обмотки попарно вставлены друг в друга, при этом расстояние 1 между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину Ъ кольцеобразного ряда постоянных магнитов, постоянные магниты в каждом кольцеобразном ряду примыкают друг к другу; постоянные магниты в каждом кольцеобразном ряду примыкают друг к другу смежными боковыми гранями. Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «Новизна» («N»).

Заявителем не выявлены источники информации, в которых содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. Указанное новое свойство обусловливает, по мнению заявителя, соответствие изобретения критерию «Изобретательский уровень» («IS»).

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется подробным описанием примеров его осуществления со ссылками на чертежи, на которых представлены:

на фиг.1 - вид сбоку, вариант по п.1 формулы изобретения;

на фиг разрез А- А на фиг.1 ;

на фиг вид сбоку, вариант по п.2 формулы изобретения;

на фиг разрез Б-Б на фиг.З;

на фиг смежные кольцевые обмотки, сопряженные друг с другом, в аксонометрии;

на фиг смежные кольцевые обмотки, вид

на фиг разрез В-В на фиг.6. Лучший вариант осуществления изобретения

Ротор магнитоэлектрического генератора выполнен из двух параллельных дисков 1 и 2, закрепленных на валу 10. В конкретном примере диски 1 и 2 выполнены из электротехнической стали. На обращенных друг к другу поверхностях дисков 1 и 2 размещены кольцеобразные ряды постоянных магнитов 3 и 4, соответственно. В каждом кольцевом ряду магниты 3 и 4 примыкают друг другу. В варианте по фиг.1 , 2 постоянные магниты 3 и 4 имеют форму прямоугольника и примыкают друг к другу углами. В варианте по фиг.З, 4 постоянные магниты 3 и 4 имеют форму трапеций и примыкают друг к другу смежными боковыми гранями. В варианте по фиг.1 , 2 между постоянными магнитами 3 и 4 остаются относительно небольшие треугольные промежутки, в варианте по фиг.З, 4 между магнитами 3 и 4 имеются весьма небольшие зазоры (0, 1 -0,2 мм), заполняемые эпоксидным компаундом. Полярность постоянных магнитов 3 и 4 в каждом ряду чередуется, при этом полюса постоянных магнитов 3 и 4 одного ряда обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов 3 и 4 другого ряда. Статор электрического генератора содержит две параллельные пластины 5 и 6, между которыми размещены кольцевые обмотки 7, которые выполнены в форме равнобедренных трапеций. Боковые стороны 8, 9 трапеций расположены радиально относительно продольной оси вращения ротора, участки 1 1 , 12 обмоток 7 в основаниях трапеций выгнуты по дуге (фиг.5). Обмотки 7 попарно сопряжены друг с другом: вставлены друг в друга (фиг.5, 6), при этом расстояние 1 между участками 1 1, 12 обмоток 7 превышает ширину Ъ кольцеобразного ряда постоянных магнитов 3 и 4 (фиг.4, 6). Вышерасположенные обмотки 7 укреплены на пластине 5, а нижерасположенные обмотки 7 - на пластине 6.

Магнитоэлектрический генератор работает следующим образом. При вращении ротора с валом 10 магнитные силовые линии постоянных магнитов 3, 4 пересекают витки кольцевых обмоток 7 и индуцируют в обмотках 7 ЭДС. Поскольку боковые стороны 8, 9 кольцевых обмоток 7 расположены между полюсами магнитов 3 и 4 с разной полярностью, происходит индуцирование разнонаправленной ЭДС в боковых сторонах 8, 9 обмоток 7 (показано стрелками на фиг.6). Таким образом в каждой обмотке 7 протекает кольцевой электрический ток. Обмотки 7, укрепленные на пластине 5, соединены между собой, аналогичным образом соединены между собой обмотки 7, укрепленные на пластине 6.

Поскольку проводники обмоток 7 равномерно заполняют кольцеобразный зазор между движущимися магнитами 3, 4 (фиг.5), образуя однородную среду для движущихся магнитов 3, 4, в данной конструкции отсутствуют так называемые «залипания» ротора, что в конечном итоге обеспечивает бесшумную и плавную работу генератора.

Реализация отличительных признаков изобретения, а именно то обстоятельство, что постоянные магниты в каждом кольцеобразном ряду примыкают друг к другу, обеспечивает важный технический результат - более равномерное индуцирование ЭДС в обмотках, и, соответственно, повышение мощности генератора. В таблице 1 приведены значения мощности опытного образца магнитоэлектрического генератора в зависимости от числа оборотов ротора в сопоставлении с прототипом. Промышленная применимость

Для изготовления устройства использованы обычные конструкционные материалы и заводское оборудование. Это обстоятельство, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о том, что данное изобретение соответствует критерию «Промышленная применимость» («IA»).

Значения мощности опытного образца магнитоэлектрического генератора в зависимости от числа оборотов ротора в сопоставлении с прототипом

Таблица 1

Мощность, Вт

Количество

Вариант по п.1 Вариант по п.2

оборотов

формулы формулы Прототип в мин.

изобретения изобретения

120 108 109 48

275 238 241 1 16

550 480 483 218