четырехфазный низкооборотный дисковый многополюсный генератор на постоянных магнитах

область техники

данное изобретение находит применение в качестве генератора мощности при использовании альтернативных источников энергии.

предшествующее состояние техники

известны дисковые низкооборотные генераторы на постоянных магнитах [1]. существуют две разновидности: с аксиально-расположенными магнитопроводами и с радиально-расположенными магнитопроводами. известные в технике генераторы обладают низким кпд по следующим причинам:

у генераторов с аксиально-расположенными магнитопроводами нет дефазирования двух статоров относительно ротора, не используются пары магнитов и магнитопроводы не являются е-образными. по этой причине механические вибрации сильнее. габариты таких генераторов больше.

у генераторов с радиально-расположенными магнитопроводами, магниты и магнитопроводы расположены на двух концентрических окружностях, что приводит к меньшему количеству взаимодействующих конфигураций (магнит - магнитопровод), конструктивному исполнению магнитов более сложной формы и большего удельного размера на единицу мощности по сравнению с генераторами с аксиальным расположением. кроме того, частота начальной и оптимальной генерации обратно пропорциональна габаритам, что увеличивает себестоимость изделия.

техническая суть изобретения

целью изобретения является: создать генератор мощности с высоким удельным кпд по отношению к габаритам, низкими уровнями шума и низкими начальными оборотами генерирования, что сделало бы генератор независимым от топлива в качестве источника энергии.

генератор состоит из ротора и статора, выполненные в отдельных секциях.

ротор состоит из одного или нескольких дисков, на которых радиально установлено соответствующее количество пар неподвижных, одинаковых, прямоугольных магнитов. при этом оси поляризации каждой пары установлены с противоположным направлением полюсов и перпендикулярны плоскости диска. оси поляризации двух соседних магнитов, принадлежащих разным парам, тоже ориентированы с противоположным направлением полюсов. все магниты одинаковой интенсивности. ротор круглый, посаженый на перпендикулярную плоскости ротора ось, проходящую через его геометрический центр. ротор выполнен из магнитно-мягкого материала (алюминий или цинк).

статор каждой секции состоит из двух дисков, тоже из магнитно-мягкого материала. плоскости, в которых лежат диски статора и ротора, взаимно параллельны и ротор расположен между двумя дисками статора. на статоре неподвижно установлены одинаковые е-образные магнитопроводы с одинаковой магнитной проницаемостью, а в середине каждого магнитопровода установлена обмотка. все обмотки имеют одинаковые электрические параметры. сечение полюса на периферии магнитопровода и сечение магнита равны, имеют одинаковые геометрические размеры, расположены в параллельных плоскостях и разделены воздушным зазором. геометрические центры магнитопроводов расположены на общей окружности в плоскости статора. геометрические центры магнитов расположены на общей окружности в плоскости ротора.

продольные оси всех магнитопроводов параллельны касательным, определяемым радиусом к геометрическому центру каждого магнитопровода.

поперечные оси, пролегающие через геометрический центр сердцевины каждого магнитопровода, установленного на одном диске статора, находятся на одинаковом расстоянии. расстояния между поперечными осями, проходящими через геометрические центры периферий двух соседних магнитопроводов равны. расстояния между осями, проходящими через геометрический центр сердцевины двух противолежащих магнитопроводов на обоих дисках статора равны половине расстояния между геометрическими центрами двух соседних магнитопроводов

одного и того же диска. расстояние между осями, проходящими соответственно через геометрические центры периферии и половины сердцевины, прилежащей к тому же продольному плечу магнитопровода и определяемой срезом по направлению к радиусу, равно расстоянию между геометрическими центрами магнитов в одной паре. расстояние между поперечными осями, проходящими через геометрические центры периферий двух соседних магнитопроводов, равно расстоянию между геометрическими центрами магнитов в одной паре.

количество магнитопроводов, установленных на одном диске статора кратен 4, причем каждой четверке магнитопроводов соответствуют 5 пар магнитов.

описание прилагаемых рисунков

на рис.l изображена форма тока и напряжения одной из фаз при запуске * генератора.

на Pиc.2 изображено взаимодействие между парой магнитов и одним из магнитопроводов в течение первой половины генерируемого импульса.

на рис.з изображена форма тока и напряжения одной из фаз после двухполупериодной схемы выпрямления (схемы выпрямления греца) и при наличии согласованной нагрузки после запуска генератора с 0 оборотов.

на Pиc.4 изображена форма тока и напряжения всех четырех фаз за один период при запуске генератора.

на Pиc.5 изображено положение ротора и статора и расположение магнитов и магнитопроводов, установленных на них, а так же расположение секций.

на Pиc.6 изображено положение магнитов и магнитопроводов за один период генерирования тока и напряжения.

примеры выполнения

система состоит из ротора 49 и статора 50, которые выполнены в отдельных секциях. расположение магнитов и магнитопроводов в одной отдельной секции, определяющие один период повторения формы тока и напряжения, приводится ниже:

ротор 49 состоит из нескольких дисков, на которых радиально установлено соответствующее количество пар одинаковых, неподвижных, прямоугольных магнитов (9 до 18). при этом оси поляризации каждой пары (9-10, 11-12, 13-14, 15-16, 17-18) установлены с противоположным направлением полюсов и перпендикулярны плоскости диска. оси поляризации двух соседних магнитов, принадлежащих разным парам (10-11, 12-13, 14-15, 16-17), тоже с противоположным направлением полюсов. все магниты одинаковой интенсивности. ротор 49 круглый, посаженный на перпендикулярную ось 51, проходящую через его геометрический центр. ротор выполнен из магнитно- мягкого материала (алюминий или цинк).

статор 50 в каждой из секций состоит из двух дисков, тоже из магнитно- мягкого материала. плоскости, в которых лежат диски статора 50 и ротора 49, взаимно параллельны и ротор 49 расположен между двумя дисками статора 50. на статоре 50 неподвижно установлены одинаковые е-образные магнитопроводы (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) с одинаковой магнитной проницаемостью. в середине каждого магнитопровода (1, 2, 3, 4, 5) установлена обмотка (40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47). все обмотки имеют одинаковые электрические параметры. сечение полюса на периферии магнитопровода и сечение магнита равны, имеют одинаковые геометрические размеры, расположены в параллельных плоскостях и разделены воздушным зазором. геометрические центры магнитопроводов расположены на общей окружности радиусом 52 в плоскости статора 50. это относится и к геометрическим центрам магнитов, установленных в плоскости ротора 49.

продольные оси 48 всех магнитопроводов параллельны касательным, определяемым радиусом 52 к геометрическому центру каждого магнитопровода. условно считая от геометрического центра, на этих осях располагаются две продольные плечи магнитопровода одинаковой длины.

поперечные оси (19, 21), пролегающие через геометрический центр сердцевины каждого магнитопровода, установленного на одном диске статора 50, находятся на одинаковом расстоянии 37. расстояния 38 между поперечными осями (28, 29), проходящими через геометрические центры периферий двух соседних

магнитопроводов равны. расстояния 36 между осями 19 и 20, проходящими через геометрические центры сердцевин двух противолежащих магнитопроводов на обоих дисках статора равны половине расстояния 37. расстояние 39 между осями 26 и 27, проходящими соответственно через геометрические центры периферии и половины сердцевины, прилежащей к тому же продольному плечу магнитопровода и определенная срезом по направлению к радиусу, определяющему ось 19, равна расстоянию 38. расстояние 38, это расстояние между геометрическими центрами магнитов в одной паре.

количество магнитопроводов (1, 2, 3, 4), установленных на одном диске статора кратен 4, причем каждой четверке магнитопроводов соответствуют 5 пар магнитов (9-10, 11-12, 13-14, 15-16, 17-18).

использование изобретения

изобретение может быть использовано в качестве генератора электрической мощности с использованием альтернативных источников энергии, такие как гидротурбины и ветровые турбины, как с малой, так и с большой отдачей энергии. на рис.l первый изображенный импульс - положителен. энергия, генерированная в отрицательном импульсе (втором) больше, чем в первом.

так, как форма тока и напряжения нестандартны, то произведенная конечная мощность может быть использована как для зарядки аккумуляторов, так и для освещения, отопления и для электролитических процессов.

генератор работает следующим образом:

на ротор воздействует механическая сила, которая приводит его в движение с 0 оборотов, вследствие чего на каждой из четырех фаз генерируется напряжение и ток.

скорость нарастания тока и напряжения и их амплитуды являются функциями следующих параметров:

- вектора скорости (V ^→ ), который обозначает скорость вращения ротора, соответственно — пары магнитов;

- вектора магнитной индукции (B ^→ ), определенного направлением и полярностью каждой пары магнитов;

- магнитной проницаемости магнитопровода (Ai);

- сечений S ₁ , S ₂ , Sз между магнитом и магнитопроводом;

- расстояния δ между полюсами магнита и магнитопровода;

- количества магнитов и магнитопроводов;

- количества секций на одном роторе;

- количества намоток W в каждой обмотке;

- сечения d провода в каждой обмотке.

при фиксированных геометрических параметрах, мощность генератора зависит только от скорости вращения ротора, т.е. от силы, приложенной для приведения ротора в движение. оптимальная скорость вращения генератора зависит от геометрических размеров элементов отдельной секции и количества секций. с увеличением количества секций и геометрических размеров - оптимальная рабочая скорость вращения уменьшается.

исползванная литература

1. Uпitеd Stаtеs раtепt 5767601