×
20.05.2019
219.017.5c43

Результат интеллектуальной деятельности: БЕСКОЛЛЕКТОРНЫЙ СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - улучшение пусковых и эксплуатационных характеристик. Бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами включает статор, ротор и устройство для выпрямления электрического тока. На роторе закреплены постоянные магниты, образуя два параллельных ряда полюсов с продольно и поперечно чередующейся полярностью. Постоянные магниты размещены в стаканах, снабженных крышками. На статоре расположены подковообразные электромагниты с одной или двумя обмотками, выполненные из аморфного железа. Причем количество постоянных магнитов на роторе в одном ряду, равное n, удовлетворяет соотношению: n=6+3k, где k - целое число из натурального ряда, принимающее значения 1, 2, 3 и т.д. Количество подковообразных электромагнитов в синхронном генераторе не меньше (n-3). Статор, включающий в свой состав две и более группы подковообразных электромагнитов, оси полюсов которых ориентированы в пространстве на угол 120 градусов. Выводы обмоток подковообразных электромагнитов, относящихся к одной группе, соединяют последовательно/параллельно, а затем подключают к выпрямительному устройству для выпрямления электрического тока. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к бесколлекторным электрическим машинам, в частности электрогенераторам переменного тока, и может быть использовано в областях науки и техники, где требуются автономные источники питания.

Близкое к заявляемому техническому решению является «Бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами» [патент №2565775, опубл. 20.10.2015], состоящий из одной или нескольких секций, каждая из которых включает ротор, на котором закреплено четное количество постоянных магнитов, статор, несущий четное число подковообразных электромагнитов, устройство для выпрямления электрического тока. Постоянные магниты образуют два параллельных ряда полюсов с продольно и поперечно чередующейся полярностью. Электромагниты ориентированы поперек названных рядов полюсов так, что каждая из обмоток электромагнита расположена над одним из параллельных рядов полюсов ротора. Количество полюсов в одном ряду, равное n, удовлетворяет соотношению n=6+2k, где k - целое число. Количество электромагнитов в бесколлекторном синхронном генераторе, как правило, не меньше (n+2).

Основным недостатком указанного бесколлекторного синхронного генератора с постоянными магнитами является применение большого количества выпрямительных блоков, каждый из которых соединен с обмоткой электромагнита. Это обуславливает дополнительные потери мощности в синхронном генераторе и, соответственно, повышает его активное сопротивление.

Задачей изобретения является одновременное улучшение пусковых и эксплуатационных характеристик генератора за счет уменьшения момента страгивания и снижения электрических и магнитных потерь и уменьшения количества выпрямительных блоков, подключаемых к обмоткам электромагнитов. Общим критерием является оптимизация конструкции магнитной системы, исходя из условия обеспечения минимума массы используемых активных материалов для изготовления бесколлекторного синхронного генератора.

На фиг. приведен внешний вид предлагаемого бесколлекторного синхронного генератора с постоянными магнитами в сборе, а также отдельно ротор генератора.

Предложен бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами, в котором каждый электромагнит образует независимую от других электромагнитов замкнутую магнитную цепь, в состав которой входит неподвижный подковообразный электромагнит 3 с одной или двумя обмотками 4 (на фиг. показана одна обмотка), подвижные постоянные магниты 5, расположенные на роторе двумя параллельными рядами с продольно-поперечной чередующейся полярностью и удерживаемые относительно друг друга алюминиевыми стаканами 6, снабженными крышками 7, ферромагнитная пластина 9, шунтирующая разноименные полюса постоянных магнитов и служащая для проведения магнитного потока по замкнутому пути. Постоянные магниты 5 закреплены на роторе таким образом, что образуют два ряда полюсов. Например, для синхронного генератора с шестью подковообразными электромагнитами 3 и девятью постоянными магнитами 5 в одном ряду порядок полюсов постоянных магнитов выбирается N-N-S-N-N-S-N-N-S или то же, но с противоположной полярностью. В конструкции генератора имеется две группы подковообразных электромагнитов 3, полюса которых ориентированы в пространстве относительно друг друга на угол 120 градусов. На внешней боковой поверхности ротора 2 двумя рядами расположены постоянные магниты 5 таким образом, что постоянные магниты одного и другого ряда обращены к полюсам подковообразных электромагнитов противоположными полюсами. При вращении ротора в обмотках 4 подковообразных электромагнитов 3, относящихся к одной группе, индуктируются ЭДС, совпадающие по фазе. Совпадение начальных фаз наводимых ЭДС в обмотках подковообразных электромагнитов каждой группы позволяет исключить присоединение выпрямительного блока к выводам каждой обмотки электромагнита, а значит использовать один выпрямительный блок на выходе синхронного генератора, соединив выводы обмоток, соответствующих одной группе, последовательно/параллельно.

Постоянные магниты 5 закреплены на внешней боковой поверхности ротора любым образом, например, размещены в пазах и/или удерживаются специальным устройством (на фиг. не показано). Сердечники подковообразных электромагнитов 3 закреплены на статоре 1 в прорезях при помощи удерживающих скоб или иного удерживающего устройства (на фиг. не показано).

На роторе 2 с одинаковым шагом закреплено n постоянных магнитов 5, на статоре 1 выполнены прорези для установки в них n-3 подковообразных электромагнитов 3, имеющих по одной или две обмотки 4, устройство для выпрямления электрического тока (на фиг. не показано). Постоянные магниты 5 размещены в стаканах 6, снабженными крышками 7, которые закреплены с одной стороны стакана 6, таким образом, чтобы постоянные магниты 5 были закрыты внутри стакана 6, стаканы закреплены между двумя жесткими пластинами 8 (на фиг. показана только одна пластина), имеющих центральное отверстие для размещения вала бесколлекторного синхронного генератора (вал на фиг. 1 не показан), для создания замкнутого магнитного потока от двух постоянных магнитов через подковообразный электромагнит со стороны обращенной к валу генератора закреплена ферромагнитная пластина 9, шунтирующая разноименные полюса постоянных магнитов и служащая для проведения магнитного потока по замкнутому пути. Две жесткие пластины 8, между которыми размещены стаканы 6 с крышками 7, ферромагнитные пластины 9 и постоянные магниты 5 образуют ротор 2, располагаемый на валу бесколлекторного генератора, согласно предложенному техническому решению, подковообразные электромагниты 3 выполнены из аморфного железа закреплены на статоре, количество постоянных магнитов в одном ряду, равное n, удовлетворяет соотношению: n=6+3k, где k - целое число из натурального ряда, принимающее значения 1, 2, 3 и т.д., количество подковообразных электромагнитов в генераторе, не меньше (n-3), причем для случая n=9 порядок чередования полюсов постоянных магнитов расположенных на основании 9 по окружности в одном ряду и обращенных к подковообразным электромагнитам должен быть следующим: N-N-S-N-N-S-N-N-S, так как указанное чередование полюсов постоянных магнитов позволяет уменьшить момент страгивания и исключить при последовательном/параллельном соединении обмоток электромагнитов, относящихся к одной группе операцию выпрямления напряжения на каждой обмотке подковообразного электромагнита, т.е. позволит установить только один выпрямительный блок на выходе последовательно/параллельно соединенных обмоток электромагнитов, относящихся к одной группе.

Применение аморфного железа для изготовления сердечников подковообразных электромагнитов позволяет повысить технологичность изготовления генератора, уменьшить его массу и габаритные размеры, снизить потери на вихревые токи на используемых частотах вращения ротора генератора до 800 об/мин, вследствие высокого удельного сопротивления, большой магнитной индукции технического насыщения и низкой коэрцитивной силы аморфного железа по сравнению с магнитными свойствами электротехнической стали.

Рассмотрим работу предлагаемого бесколлекторного синхронного генератора с постоянными магнитами.

От внешнего приводного двигателя (источника механической энергии), например, ветроколеса (на фиг. не показано) момент вращения передается на вал синхронного бесколлекторного генератора. Под действием вращающего момента приводного двигателя ротор 2 генератора вращается, т.е. вал вместе с закрепленными на нем ротором 2 приводится во вращение. На роторе 2 закреплены постоянные магниты 5, которые при вращении создают переменный магнитный поток в сердечниках подковообразных электромагнитов, изготовленных из аморфного железа, размещенных на неподвижном статоре 1, и в соответствии с законом электромагнитной индукции в обмотках 4 наводится ЭДС, причем начальные фазы индуктированной ЭДС в обмотках электромагнитов, относящихся к одной группе, будут одинаковыми. В процессе вращения ротора магнитное поле постоянного магнита вращается с некоторой частотой, поэтому один из полюсов каждого подковообразного электромагнита оказываются в зоне либо северного (N) магнитного полюса, либо в зоне южного (S) магнитного полюса. При этом смена полюсов сопровождается изменением направления магнитного потока в сердечниках электромагнитов и индуктированных ЭДС в обмотках подковообразных электромагнитов. Выводы обмоток 4 электромагнитов, относящихся к одной группе, соединяют последовательно/параллельно, а затем подключают к выпрямительному устройству для выпрямления электрического тока (на фиг. не показано).

Полученное на выводах устройства выпрямленное напряжение может быть использовано, например, для зарядки аккумуляторной батареи с последующим преобразованием постоянного напряжения в переменное с заданными параметрами амплитуды и частоты.

Предложенная конструкция магнитной системы удовлетворяет выбранным критериям оптимальности, обеспечивает возможность регулирования положения подковообразных электромагнитов и изменение межполюсного зазора между подковообразными электромагнитами статора и закрепленными на роторе постоянными магнитами, а также улучшает технологичность сборки магнитной системы генератора в целом, снижает момент страгивания и уменьшает число выпрямительных блоков.

Бесколлекторный синхронный генератор с постоянными магнитами включает статор, ротор и устройство для выпрямления электрического тока, на роторе, располагаемом на валу синхронного генератора, с одинаковым шагом закреплены постоянные магниты таким образом, что образуют два параллельных ряда полюсов с продольно и поперечно чередующейся полярностью, постоянные магниты размещены в стаканах, снабженных крышками, которые закреплены таким образом, что они закрывают постоянные магниты внутри стакана, стаканы закреплены между двух жестких пластин, на статоре расположены подковообразные электромагниты с одной или двумя обмотками, в статоре выполнены прорези для установки в них подковообразных электромагнитов (например, П-образных), электромагниты закреплены на статоре при помощи скоб и накладок, охватывающих каждый электромагнит, скоба крепится к накладке, причем в том случае, если скоба и накладка выполнены металлическими, с целью исключения короткозамкнутого витка между скобой и накладкой размещена неметаллическая пластина, со стороны стакана с постоянным магнитом, обращенной к валу бесколлекторного синхронного генератора, размещена ферромагнитная пластина, ориентированная под полюсами подковообразного электромагнита, отличающийся тем, что закрепленные на статоре подковообразные электромагниты выполнены из аморфного железа, причем количество постоянных магнитов на роторе в одном ряду, равное n, удовлетворяет соотношению: n=6+3k, где k - целое число из натурального ряда, принимающее значения 1, 2, 3 и т.д., количество подковообразных электромагнитов в синхронном генераторе не меньше (n-3), причем для случая n=9 порядок чередования полюсов постоянных магнитов, расположенных на основании по окружности в одном ряду и обращенных к подковообразным электромагнитам, должен быть следующим: N-N-S-N-N-S-N-N-S, кроме того, статор, включающий в свой состав две и более группы подковообразных электромагнитов, оси полюсов которых ориентированы в пространстве на угол 120 градусов, а каждый неподвижный подковообразный (П-образный) электромагнит с обмоткой образует свою независимую от других электромагнитов замкнутую магнитную цепь, подвижные постоянные магниты расположены на роторе двумя параллельными рядами с продольно-поперечной чередующейся полярностью и удерживаемыми относительно друг друга стаканами, снабженными крышками, ферромагнитными пластинами, шунтирующими разноименные полюса постоянных магнитов и служащими для проведения магнитного потока по замкнутому пути, при этом выводы обмоток подковообразных электромагнитов, относящихся к одной группе, соединяют последовательно/параллельно, а затем подключают к выпрямительному устройству для выпрямления электрического тока.
БЕСКОЛЛЕКТОРНЫЙ СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ
БЕСКОЛЛЕКТОРНЫЙ СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 11-20 of 109 items.
25.08.2017
№217.015.d1fe

Поршневой компрессор

Изобретение относится к поршневым компрессорам с охлаждением, работающим без смазки рабочей полости и предназначенным для сжатия и перемещения газов. Поршневой компрессор содержит цилиндр, крышку с всасывающим и нагнетательным клапанами. В цилиндре расположен поршень с поршневыми кольцами,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621454
Дата охранного документа: 06.06.2017
26.08.2017
№217.015.d3af

Способ регулирования деформационных свойств несвязного дисперсного грунта

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при исследовании деформационных свойств несвязного дисперсного грунта при устройстве оснований зданий и сооружений из несвязного дисперсного грунта с требуемыми деформационными свойствами. Способ регулирования деформационных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621799
Дата охранного документа: 07.06.2017
26.08.2017
№217.015.d53d

Способ для определения давления насоса с электродвигателем

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения выходных характеристик электродвигателя. При реализации способа измеряют давление на подающем трубопроводе, измеряют мгновенные величины токов и напряжений статора асинхронного двигателя, преобразуют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002623195
Дата охранного документа: 22.06.2017
26.08.2017
№217.015.dad9

Способ определения электромагнитных параметров асинхронных электродвигателей

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения электромагнитных параметров наземных и погружных асинхронных электродвигателей на предприятиях по ремонту электрооборудования и на площадках нефтедобывающих скважин. В известном способе определения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002623834
Дата охранного документа: 29.06.2017
26.08.2017
№217.015.e138

Способ утилизации нефтешлама в качестве грунта основания вертикального резервуара

Способ утилизации нефтесодержащих отходов включает перемешивание нефтесодержащих отходов с обезвреживающей композицией, с последующим введением расчетного количества воды до образования однородного гидрофобного порошка. Полученный капсулированный нефтешлам в виде однородного гидрофобного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002625498
Дата охранного документа: 14.07.2017
26.08.2017
№217.015.e604

Способ минимизации зон отчуждения отделяемых частей ракет-носителей

Изобретение относится к ракетно-космической технике. В способе минимизации зон отчуждения для отделяемых частей (ОЧ) ракеты-носителя (РН) на этапе предполетной подготовки РН производят расчет параметров движения ОЧ до момента падения их на землю. По результатам расчетов определяют участки на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626797
Дата охранного документа: 01.08.2017
26.08.2017
№217.015.e60d

Способ доставки полезного груза в грунт небесного тела, обеспечения исследований грунта и небесного тела и устройство его реализации (варианты)

Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к способам доставки полезного груза - комплекса научной аппаратуры к небесным телам (планетам, астероидам, кометам и др.) для их исследования и пенетраторам - устройствам с полезным грузом, отделяемым от основного космического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626792
Дата охранного документа: 01.08.2017
29.12.2017
№217.015.f430

Способ испытания гидромеханической части электронно-гидромеханической системы автоматического управления вспомогательного газотурбинного двигателя

Способ испытания заключается в задании режима работы гидромеханической части (ГМЧ) САУ ВГТД, измерении расхода топлива, формировании по нему с помощью модели турбокомпрессора частоты вращения рессоры всережимного регулятора, формировании с помощью модели электронного регулятора выходного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637272
Дата охранного документа: 01.12.2017
29.12.2017
№217.015.f4fe

Способ производства кисломолочного продукта

Изобретение относится к молочной промышленности. Способ реализуют следующим образом. Нормализуют молоко и вносят лактитол в объеме 7,6-9,5% от объема нормализованного молока, предварительно растворив его в 1/5-1/6 части объема нормализованного молока, нагретого до температуры 40-60°С, затем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637387
Дата охранного документа: 04.12.2017
29.12.2017
№217.015.f570

Способ моделирования процесса газификации остатков жидкого компонента ракетного топлива и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к методам и средствам исследования процесса газификации ракетного топлива в баках изделия. Способ включает введение в экспериментальную установку (ЭУ) теплоносителя в диапазоне углов ввода, обеспечивающих заданные углы натекания теплоносителя на стенки ЭУ и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637140
Дата охранного документа: 30.11.2017
Showing 11-17 of 17 items.
25.09.2018
№218.016.8af4

Способ изготовления усовершенствованной магнитоэлектрической машины

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу изготовления обмотки электрической машины. Технический результат – повышение выходного напряжения генератора. Статор изготовлен из шихтованных листов электротехнической стали. В его пазах размещают однофазные обмотки,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002667661
Дата охранного документа: 24.09.2018
03.07.2019
№219.017.a419

Бесколлекторный синхронный генератор модульного типа с постоянными магнитами

Изобретение относится к области электротехники, а именно к бесколлекторным электрическим машинам. Технический результат – обеспечение возможности регулирования выходной мощности за счет подключения/отключения отдельных модулей. Бесколлекторный синхронный генератор включает статор, ротор и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002693011
Дата охранного документа: 01.07.2019
01.12.2019
№219.017.e97c

Линейная магнитоэлектрическая машина

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – увеличение электромагнитного усилия. Линейная магнитоэлектрическая машина содержит неподвижный статор в виде броневого сердечника, подвижный якорь и постоянные магниты якоря. Подвижный якорь выполнен призматической формы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002707559
Дата охранного документа: 28.11.2019
12.04.2020
№220.018.1443

Способ и устройство идентификации постоянных магнитов по объемной намагниченности

Изобретение относится к идентификации постоянных магнитов по объемной намагниченности из опытной партии, изготовленной из одинаковой марки сплава, форме и геометрии. Устройство для определения одинаковой намагниченности опытных образцов постоянных магнитов содержит основание, настольные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002718641
Дата охранного документа: 10.04.2020
15.05.2020
№220.018.1cf7

Электротехнический комплекс поршневого компрессора на основе линейной магнитоэлектрической машины

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – обеспечение высокого электромагнитного усилия на всем ходу якоря. Электротехнический комплекс включает в себя систему управления, программное обеспечение, датчики силы и перемещения, аккумуляторную батарею, поршневой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002720882
Дата охранного документа: 13.05.2020
27.05.2023
№223.018.70c5

Электромагнитный сепаратор

Предложенное изобретение относится к устройствам, предназначенным для извлечения ферромагнитных частиц (стальной пыли, шайб, гвоздей, шурупов и других предметов ферромагнитного мусора), присутствующих в сыпучих материалах, транспортируемых на ленточных конвейерах и отправляемых на переработку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002739800
Дата охранного документа: 28.12.2020
16.06.2023
№223.018.7cd7

Способ и устройство для идентификации постоянных магнитов по объемной намагниченности

Изобретение относится к способам идентификации постоянных магнитов по объемной намагниченности из опытной партии, изготовленной из одинаковой марки сплава, форму и геометрию. Способ идентификации постоянных магнитов и устройство в виде испытательного стенда учитывает объемную намагниченность...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002743072
Дата охранного документа: 15.02.2021
+ добавить свой РИД