EA043106B1 - ELECTRIC POWER GENERATOR CONTAINING TWO STATORS AND A ROTOR - Google Patents

Description

Область техники, к которой относится настоящее изобретениеThe field of technology to which the present invention relates

Настоящее изобретение относится к генераторам электрической энергии, в частности к генератору электрической энергии с двумя статорами и ротором в конфигурации статор-ротор-статор.The present invention relates to electric power generators, in particular to an electric power generator with two stators and a rotor in a stator-rotor-stator configuration.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретенияBackground of the Invention

На предшествующем уровне техники обычно предлагаются однороторные и одностаторные генераторы электрической энергии. Как хорошо известно, ротор создает магнитное поле и вращается, а вращающееся магнитное поле индуцирует ток в обмотках, предусмотренных в статоре, который остается неподвижным. В этой конфигурации магнитное поле, создаваемое ротором, направляется на статор только в одном направлении, т.е. только радиально внутрь или только радиально наружу.The prior art generally offers single rotor and single stator electrical power generators. As is well known, the rotor creates a magnetic field and rotates, and the rotating magnetic field induces a current in the windings provided in the stator, which remains stationary. In this configuration, the magnetic field generated by the rotor is directed to the stator in only one direction, i.e. only radially inward or only radially outward.

Автор настоящего изобретения знаком с генератором, выполненным в конфигурации с двумя статорами и одним ротором. В патенте US 6297575 описана трехслойная конструкция, где источник магнитного поля в виде ротора располагается между двумя статорами и представляет собой общий источник магнитного поля для статоров, с которыми он взаимодействует. Это изобретение нацелено на использование указанной конструкция для выполнения или функции генератора, или функции электродвигателя или сочетания функций генератора и электродвигателя.The inventor of the present invention is familiar with a generator configured with two stators and one rotor. US Pat. No. 6,297,575 describes a three-layer design, where a magnetic field source in the form of a rotor is located between two stators and represents a common magnetic field source for the stators with which it interacts. This invention aims at using said structure to perform either the function of a generator, or the function of an electric motor, or a combination of the functions of a generator and an electric motor.

Однако в патенте US 6297575 отсутствуют технические данные о воздушных зазорах. Представляется, что при использовании этой установки в качестве генератора электроэнергии вообще не принимается во внимание влияние воздушных зазоров и их взаимодействие. В этом изобретении не учитываются воздушные зазоры между разными слоями, особенно в привязке к генерированию электроэнергии, а ведь воздушные зазоры могут иметь определяющее значение для параметров электрогенерации. Автор настоящего изобретения считает, что это является недостатком патента US 6297575 и желает устранить его.However, US Pat. No. 6,297,575 lacks technical data on air gaps. It seems that when this installation is used as an electric power generator, the effect of air gaps and their interaction is not taken into account at all. This invention does not take into account the air gaps between different layers, especially in relation to the generation of electricity, and in fact the air gaps can be of decisive importance for the parameters of power generation. The author of the present invention believes that this is a disadvantage of US patent 6297575 and wants to eliminate it.

Настоящее изобретение направлено на устранение указанных недостатков, связанных с неоптимизированными воздушными зазорами, с целью повышения выработки и качества генерируемой энергии.The present invention aims to eliminate these disadvantages associated with non-optimized air gaps in order to improve the production and quality of the generated energy.

Краткое раскрытие настоящего изобретенияBrief summary of the present invention

Соответственно настоящим изобретением предложен генератор электрической энергии, содержащий ротор и множество статоров, при этом рото р и множество статоров располагаются коаксиально и концентрически относительно центральной оси;Accordingly, the present invention provides an electrical power generator comprising a rotor and a plurality of stators, wherein the rotor and the plurality of stators are arranged coaxially and concentrically with respect to a central axis;

множ ество статоров включает в себя внутренний статор, расположенный радиально внутрь от ротора, причем внутренний статор отделен от ротора внутренним воздушным зазором;the plurality of stators includes an inner stator located radially inward from the rotor, the inner stator being separated from the rotor by an internal air gap;

множ ество статоров включает в себя внешний статор, расположенный радиально снаружи от ротора, причем внешний статор отделен от ротора внешним воздушным зазором;the plurality of stators includes an outer stator located radially outside the rotor, the outer stator being separated from the rotor by an outer air gap;

кажд ый статор из числа внутреннего и внешнего статоров снабжен соответствующими обмотками, выполненными с возможностью индуцирования в них электрического тока;each of the inner and outer stators is provided with respective windings capable of inducing an electric current therein;

ротор включает в себя множество элементов полюсной системы, выполненных с возможностью создания или генерирования магнитного поля и содержащих множество магнитных полюсов, обеспечивающих возможность индуцирования тока в обмотках во время работы; и ротор характеризуется неодинаковой толщиной в поперечном разрезе, при этом внутренняя поверхность ротора выгибается радиально внутрь напротив элементов полюсной системы так, что внутренний воздушный зазор является неравномерным в том смысле, что он оказывается радиально короче напротив элементов полюсной системы и радиально длиннее в промежутках между элементами полюсной системы; и наружная поверхность ротора выгибается радиально наружу напротив элементов полюсной системы так, что внешний воздушный зазор является неравномерным в том смысле, что он оказывается радиально короче напротив элементов полюсной системы и радиально длиннее в промежутках между элементами полюсной системы.the rotor includes a plurality of elements of the pole system, configured to create or generate a magnetic field and containing a plurality of magnetic poles, enabling the induction of current in the windings during operation; and the rotor is characterized by unequal thickness in cross section, with the inner surface of the rotor arching radially inward against the elements of the pole system so that the internal air gap is uneven in the sense that it is radially shorter opposite the elements of the pole system and radially longer in the gaps between the elements of the pole system systems; and the outer surface of the rotor arches radially outward against the pole system elements such that the external air gap is non-uniform in that it is radially shorter opposite the pole system elements and radially longer in the spaces between the pole system elements.

Иначе говоря, наружная поверхность каждого из элементов полюсной системы может характеризоваться резко выраженной кривизной или меньшим радиусом кривизны, чем дуга смещения, которую он описывает. Внутренняя поверхность каждого из элементов полюсной системы может быть плоской или характеризоваться, по меньшей мере, более пологой кривизной или большим радиусом кривизны, чем дуга смещения, которую он описывает.In other words, the outer surface of each of the elements of the pole system can be characterized by a pronounced curvature or a smaller radius of curvature than the displacement arc that it describes. The inner surface of each of the elements of the pole system may be flat or have at least a flatter curvature or a larger radius of curvature than the displacement arc it describes.

Генератор электрической энергии может содержать всего один ротор и ровно два статора.An electrical power generator may contain only one rotor and exactly two stators.

Генератор электрической энергии может включать в себя ярмо. Это ярмо может обеспечивать путь замыкания и способствовать замыканию магнитной цепи, изолируя ее от воздействия магнитного поля ротора, направленного радиально наружу. Ярмо может проходить по окружности внешнего статора. Путь замыкания, предназначенный для замыкания магнитной цепи, может быть предусмотрен во внешнем статоре и внутреннем статоре. Внутренний путь замыкания может располагаться на внутренней поверхности внутреннего статора, а наружный путь замыкания может располагаться на наружной поверхности внешнего статора.The electrical power generator may include a yoke. This yoke can provide a closing path and assist in closing the magnetic circuit by isolating it from the radially outward magnetic field of the rotor. The yoke can pass around the circumference of the outer stator. A closing path for closing the magnetic circuit may be provided in the outer stator and the inner stator. The inner fault path may be located on the inner surface of the inner stator and the outer fault path may be located on the outer surface of the outer stator.

Следует отметить, что одно из преимуществ настоящего изобретения заключается в том, что магнитное поле, генерируемое ротором, используется как внутри ротора (внутренним статором), так и снаружи ротора (наружным статором). Этим обеспечивается более эффективное преобразование магнитногоIt should be noted that one of the advantages of the present invention is that the magnetic field generated by the rotor is used both inside the rotor (inner stator) and outside the rotor (outer stator). This ensures a more efficient conversion of the magnetic

- 1 043106 поля в электрический ток.- 1 043106 fields into electric current.

Внешний воздушный зазор может быть в среднем длиннее или шире в радиальном направлении, чем внутренний воздушный зазор. Внутренний воздушный зазор может находиться в пределах 5-50 мм в месте его минимальной ширины в радиальном направлении. Внутренний воздушный зазор может находиться в пределах 10-90 мм в месте его максимальной ширины в радиальном направлении. Внешний воздушный зазор может находиться в пределах 20-100 мм в месте его минимальной ширины в радиальном направлении. Внешний воздушный зазор может находиться в пределах 30-165 мм в месте его максимальной ширины в радиальном направлении.The outer air gap may be on average longer or wider in the radial direction than the inner air gap. The internal air gap may be in the range of 5-50 mm at its minimum width in the radial direction. The internal air gap may be in the range of 10-90 mm at its maximum width in the radial direction. The outer air gap may be in the range of 20-100 mm at its minimum width in the radial direction. The outer air gap may be in the range of 30-165 mm at its maximum width in the radial direction.

На радиально-наружной поверхности внутреннего статора могут быть предусмотрены зубцы для приема его обмоток. Следовательно, эти обмотки могут примыкать к радиально-внутренней поверхности ротора и располагаться напротив нее.Teeth may be provided on the radially outer surface of the inner stator to receive its windings. Therefore, these windings can be adjacent to the radially inner surface of the rotor and located opposite it.

Внешний статор может содержать зубцы, расположенные на его радиально-внутренней поверхности для приема обмоток этого статора. Следовательно, эти обмотки могут примыкать к радиальнонаружной поверхности ротора и располагаться напротив нее.The outer stator may contain teeth located on its radially inner surface to receive the windings of this stator. Consequently, these windings can be adjacent to the radially outer surface of the rotor and located opposite it.

Соответствующие зубцы внутреннего и внешнего статоров могут быть совмещены друг с другом или находиться на одной оси в радиальном направлении; и, наоборот, соответствующие зубцы внутреннего и внешнего статоров могут не совпадать друг с другом или находиться не на одной оси в радиальном направлении.The corresponding teeth of the inner and outer stators may be aligned with each other or be on the same axis in the radial direction; conversely, the respective teeth of the inner and outer stators may not coincide with each other or be not on the same axis in the radial direction.

Ротор может включать в себя промежуточные опорные элементы, расположенные между соседними элементами полюсной системы и обеспечивающие сплошность или непрерывность ротора в окружном направлении. Опорные элементы могут быть выполнены из черного металла, проводящего или усиливающего магнитное поле; и, наоборот, опорные элементы могут быть выполнены из цветного металла, который предотвращает короткое замыкание магнитного поля.The rotor may include intermediate support elements located between adjacent elements of the pole system and ensuring the continuity or continuity of the rotor in the circumferential direction. The supporting elements can be made of ferrous metal, which conducts or amplifies the magnetic field; conversely, the supporting elements can be made of non-ferrous metal, which prevents the magnetic field from being short-circuited.

Внутренний статор может характеризоваться, в общем, круговой наружной поверхностью. Соответственно внутренний воздушный зазор может быть в общем равномерным по его внутренней границе (задаваемой наружной поверхностью внутреннего статора), но неравномерным по его внешней границе (задаваемой внутренней поверхностью ротора).The inner stator may be characterized by a generally circular outer surface. Accordingly, the internal air gap may be generally uniform along its inner boundary (given by the outer surface of the inner stator), but uneven along its outer boundary (given by the inner surface of the rotor).

Внешний статор может характеризоваться в общем круговой внутренней поверхностью. Соответственно внешний воздушный зазор может быть в общем равномерным по его внешней границе (задаваемой внутренней поверхностью внешнего статора), но неравномерным по его внутренней границе (задаваемой наружной поверхностью ротора).The outer stator may have a generally circular inner surface. Accordingly, the outer air gap may be generally uniform along its outer boundary (given by the inner surface of the outer stator), but uneven along its inner boundary (given by the outer surface of the rotor).

Одно из преимуществ неравномерных воздушных зазоров состоит в том, что они могут обеспечивать выходные колебательные сигналы лучшей или более подходящей формы, включая колебательные сигналы сглаженной формы, с меньшей пульсацией и/или меньшим гармоническим искажением и т.п.One advantage of non-uniform air gaps is that they can provide better or more suitable output waveforms, including waveforms with smoother waveforms, less ripple and/or less harmonic distortion, and the like.

Краткое описание фигурBrief description of the figures

На фиг. 1 схематически показан вид в поперечном разрезе генератора электрической энергии, содержащего ротор и два статора, согласно настоящему изобретению.In FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an electric power generator comprising a rotor and two stators according to the present invention.

На фиг. 2 представлен увеличенный вид сечения генератора электрической энергии, показанного на фиг. 1.In FIG. 2 is an enlarged sectional view of the electric power generator shown in FIG. 1.

На фиг. 3 схематически представлена тепловая карта плотности магнитного потока генератора, показанного на фиг. 1.In FIG. 3 is a schematic representation of a heat map of the magnetic flux density of the generator shown in FIG. 1.

На фиг. 4 схематически представлена тепловая карта плотности магнитного потока с пороговыми значениями для генератора, показанного на фиг. 1.In FIG. 4 is a schematic representation of a heat map of magnetic flux density with threshold values for the generator shown in FIG. 1.

На фиг. 5 представлен график, иллюстрирующий плотность магнитного потока между внутренним статором и ротором генератора, показанного на фиг. 1.In FIG. 5 is a graph illustrating the magnetic flux density between the inner stator and rotor of the generator shown in FIG. 1.

На фиг. 6 представлен график, иллюстрирующий плотность магнитного потока между внешним статором и ротором генератора, показанного на фиг. 1.In FIG. 6 is a graph illustrating the magnetic flux density between the outer stator and the rotor of the generator shown in FIG. 1.

На фиг. 7 представлен график, иллюстрирующий фазное напряжение внутреннего статора генератора, показанного на фиг. 1.In FIG. 7 is a graph illustrating the phase voltage of the internal stator of the generator shown in FIG. 1.

На фиг. 8 представлен график, иллюстрирующий фазное напряжение внешнего статора генератора, показанного на фиг. 1.In FIG. 8 is a graph illustrating the phase voltage of the external stator of the generator shown in FIG. 1.

На фиг. 9 представлен график, иллюстрирующий фазный ток внутреннего статора генератора, показанного на фиг. 1.In FIG. 9 is a graph illustrating the phase current of the internal stator of the generator shown in FIG. 1.

На фиг. 10 представлен график, иллюстрирующий фазный ток внешнего статора генератора, показанного на фиг. 1.In FIG. 10 is a graph illustrating the phase current of the external stator of the generator shown in FIG. 1.

На фиг. 11 представлен график, иллюстрирующий вращающий момент внутреннего статора генератора, показанного на фиг. 1.In FIG. 11 is a graph illustrating the internal stator torque of the generator shown in FIG. 1.

На фиг. 12 представлен график, иллюстрирующий вращающий момент ротора генератора, показанного на фиг. 1.In FIG. 12 is a graph illustrating the rotor torque of the generator shown in FIG. 1.

На фиг. 13 представлен график, иллюстрирующий вращающий момент внешнего статора генератора, показанного на фиг. 1.In FIG. 13 is a graph illustrating the external stator torque of the generator shown in FIG. 1.

- 2 043106- 2 043106

Подробное раскрытие настоящего изобретенияDetailed disclosure of the present invention

На фиг. 1 и 2 показан генератор 100 электрической энергии (для краткости именуемый просто генератором) согласно настоящему изобретению. Генератор 100 характеризуется наличием центрального вала 102, задающего центральную ось, проходящую через его радиально-внутренний центр, и ярма 104 на его радиально-наружной поверхности. Генератор 100 может также обладать множеством признаков, характерных для генераторов в целом, таких как подшипники, рама, ось, приводной вал, выводная проводка и прочие элементы, которые не проиллюстрированы в настоящем документе; но при этом специалисту в данной области техники понятно, что они являются частью заявленного изобретения.In FIG. 1 and 2 show an electrical power generator 100 (simply referred to as a generator for short) according to the present invention. The generator 100 is characterized by the presence of a central shaft 102 defining a central axis passing through its radial-inner center, and a yoke 104 on its radial-outer surface. Generator 100 may also have many features common to generators in general, such as bearings, frame, axle, drive shaft, output wiring, and other items that are not illustrated here; but the person skilled in the art understands that they are part of the claimed invention.

Генератор 100 содержит внутренний статор 110, промежуточный ротор 120 и внешний статор 130. Эти компоненты могут рассматриваться как три концентрических слоя генератора 100. Ротор 120 и статоры 110 и 130 расположены коаксиально относительно центральной оси. Внутренний статор 110 расположен радиально внутрь от ротора 120, причем внутренний статор 110 отделен от ротора 120 внутренним воздушным зазором 112. Внешний статор 130 расположен радиально снаружи от ротора 120, причем внешний статор 130 отделен от ротора 120 внешним воздушным зазором 132.Generator 100 includes an inner stator 110, an intermediate rotor 120, and an outer stator 130. These components can be thought of as three concentric layers of the generator 100. Rotor 120 and stators 110 and 130 are arranged coaxially about a central axis. The inner stator 110 is located radially inward from the rotor 120, with the inner stator 110 separated from the rotor 120 by an internal air gap 112. The outer stator 130 is located radially outside the rotor 120, with the outer stator 130 separated from the rotor 120 by an outer air gap 132.

Каждый статор из числа внутреннего статора 110 и внешнего статора 130 снабжен соответствующими обмотками 114 и 134, соответственно, выполненными с возможностью индуцирования в них электрического тока. Соответственно ротор 120 содержит множество элементов 122 и 124 полюсной системы, выполненных с возможностью создания или генерирования магнитного поля и содержащих множество магнитных полюсов, обеспечивающих возможность индуцирования тока в обмотках 114 и 134 во время работы. Каждый магнитный полюс может содержать магнитное тело 122 со встроенными обмотками 124 возбуждения. Таким образом, в этом примере элементы 122 и 124 полюсной системы представляют собой электромагнит (хотя в других примерах это может быть постоянный магнит). Ротор 120 включает в себя промежуточные опорные элементы 126, образующие опорную конструкцию между элементами 122 и 124 полюсной системы.Each stator of inner stator 110 and outer stator 130 is provided with respective windings 114 and 134, respectively, configured to induce an electric current therein. Accordingly, the rotor 120 includes a plurality of pole system elements 122 and 124 configured to create or generate a magnetic field and comprising a plurality of magnetic poles enabling current to be induced in the windings 114 and 134 during operation. Each magnetic pole may contain a magnetic body 122 with built-in windings 124 excitation. Thus, in this example, the elements 122 and 124 of the pole system are an electromagnet (although in other examples it may be a permanent magnet). The rotor 120 includes intermediate support elements 126 forming a support structure between the elements 122 and 124 of the pole system.

Ротор 120 имеет, как правило, кольцевую, но не равномерную форму; в частности, ротор 120 характеризуется неравномерной толщиной в поперечном сечении. Это хорошо видно на фиг. 2, где показано сечение генератора 100 в увеличенном виде. Внутренняя поверхность ротора 120 выгибается радиально внутрь напротив элементов 122 и 124 полюсной системы так, что внутренний воздушный зазор 112 является неравномерным в том смысле, что он оказывается радиально короче (на что указывает стрелка 112.1) напротив элементов 122 и 124 полюсной структуры. Внутренний воздушный зазор 112 оказывается радиально длиннее (на что указывает стрелка 112.2) в промежутках между элементами полюсной системы, т.е. напротив промежуточных элементов 126 или на одной линии с ними в радиальном направлении.Rotor 120 is generally annular, but not uniform; in particular, the rotor 120 is characterized by a non-uniform thickness in cross section. This is clearly seen in Fig. 2, which shows an enlarged section of the generator 100. The inner surface of the rotor 120 curves radially inward against the elements 122 and 124 of the pole structure so that the internal air gap 112 is uneven in the sense that it is radially shorter (as indicated by arrow 112.1) against the elements 122 and 124 of the pole structure. The internal air gap 112 is radially longer (as indicated by arrow 112.2) in the spaces between the elements of the pole system, i.e. opposite the intermediate elements 126 or in line with them in the radial direction.

Внешний воздушный зазор 132 имеет аналогичную конфигурацию, хотя в среднем он шире/длиннее в радиальном направлении, чем внутренний воздушный зазор 112. В частности, наружная поверхность ротора 120 выгибается радиально наружу напротив элементов 122 и 124 полюсной системы так, что внешний воздушный зазор 132 является неравномерным в том смысле, что он оказывается радиально короче (на что указывает стрелка 132.1) напротив элементов 122 и 124 полюсной системы и радиально длиннее (на что указывает стрелка 132.2) в промежутках между элементами 122 и 124 полюсной системы напротив промежуточных элементов 126.The outer air gap 132 has a similar configuration, although on average it is wider/longer in the radial direction than the inner air gap 112. uneven in the sense that it is radially shorter (as indicated by the arrow 132.1) opposite the elements 122 and 124 of the pole system and radially longer (as indicated by the arrow 132.2) in the gaps between the elements 122 and 124 of the pole system opposite the intermediate elements 126.

Расстояния или значения ширины могут находиться в следующих пределах, указанных в табл. 1.Distances or widths may be within the following limits, as shown in Table. 1.

Таблица 1Table 1

Характеристика Characteristic Диапазон Range Минимальная ширина (112.1) внутреннего воздушного зазора (112) Minimum width (112.1) of internal air gap (112) 5-50 мм 5-50 mm Максимальная ширина (112.2) внутреннего воздушного зазора (112) Maximum width (112.2) of internal air gap (112) 10-90 мм 10-90 mm Минимальная ширина (132.1) внешнего воздушного зазора (132) Minimum width (132.1) of the external air gap (132) 20-100 мм 20-100 mm Максимальная ширина (132.2) внешнего воздушного зазора (132) Maximum width (132.2) of the external air gap (132) 30-165 мм 30-165 mm

Форма магнитного тела 122 также хорошо видна на фиг. 3, где показана плотность магнитного потока. Магнитное тело 122 характеризуется плоской внутренней поверхностью (которая рассматривается как направленная внутрь выпуклость по аналогии с более привычной дугообразно изогнутой внутренней поверхностью, которая располагалась бы концентрически относительно центральной оси и отстояла бы от нее с равными промежутками). Иначе говоря, внутренняя поверхность магнитного тела 122 имеет меньшую кривизну, чем дуга смещения, описываемая внутренней поверхностью во время работы.The shape of the magnetic body 122 is also clearly visible in FIG. 3, which shows the magnetic flux density. The magnetic body 122 has a flat inner surface (considered as an inwardly directed bulge in analogy to the more conventional arcuate inner surface that would be concentric with and spaced from the central axis). In other words, the inner surface of the magnetic body 122 has a smaller curvature than the displacement arc described by the inner surface during operation.

Аналогичным образом наружная поверхность магнитного тела 122 характеризуется большей изогнутостью (или имеет меньший радиус кривизны), чем стандартная наружная поверхность с неизменной кривизной, т.е. она рассматривается как направленная наружу выпуклость с большей кривизной, чем дуга смещения, описываемая наружной поверхностью магнитного тела 122.Similarly, the outer surface of magnetic body 122 is more curved (or has a smaller radius of curvature) than a standard outer surface with constant curvature, i.e. it is considered as an outward bulge with a greater curvature than the displacement arc described by the outer surface of the magnetic body 122.

Автор настоящего изобретения провел имитационное моделирование и тестирование генератора 100. Результаты этого моделирования в общих чертах представлены на фиг. 3-11. Конкретные параметры моделирования указаны в табл. 2.The present inventor has simulated and tested the generator 100. The results of this simulation are outlined in FIG. 3-11. Specific simulation parameters are shown in Table. 2.

- 3 043106- 3 043106

Таблица 2table 2

Характеристика Characteristic Величина Value Тип анализа Analysis type Анализ подачи тока Current injection analysis Ток обмотки возбуждения Field current 150А 150A Число витков на фазу Number of turns per phase 12 12 Угол скоса Bevel angle 0° 0° Демпферная обмотка damper winding Без демпферной обмотки Without damper winding Скорость вращения в об/мин Rotation speed in rpm 1500 об/мин 1500 rpm Материал пазового клина Grooving wedge material Немагнитный non-magnetic Внутренний воздушный зазор (112) Internal air gap (112) 35 мм в месте минимальной ширины (112.1), 75 мм в месте максимальной ширины (112.2) 35 mm at the minimum width (112.1), 75 mm at maximum width (112.2) Внешний воздушный зазор (132) External air gap (132) 90 мм в месте минимальной ширины (132.1), 90 mm at the minimum width (132.1), 117,5 мм в месте максимальной ширины (132.2) 117.5 mm at maximum width (132.2) Шаг обмотки Winding pitch 6 пазов 6 slots Кол-во витков/полюсов возбуждения Number of turns / excitation poles 250 250 Длина сердечника Core length 640 мм 640 mm Ярмо (104) Yarmo (104) Слоистый материал толщиной 35 мм + конструкционная сталь толщиной 20 мм Laminate 35 mm thick + Structural steel 20 mm thick

Одно из преимуществ генератора 100 состоит в том, что он генерирует электрический выходной сигнал (т.е. характеристики напряжения и тока выходного сигнала) с низким суммарным коэффициентом гармонических искажений (THD) без необходимости использования каких-либо корректирующих, регулирующих или выпрямляющих схем.One advantage of oscillator 100 is that it generates an electrical output (i.e., output voltage and current characteristics) with low total harmonic distortion (THD) without the need for any corrective, modulating, or rectifying circuitry.

На фиг. 3 и 4 показаны тепловые карты 202 и 204 плотности магнитного потока генератора 100 во время работы. На фиг. 5-11 представлены различные графики 206-224, иллюстрирующие характеристики генератора 100.In FIG. 3 and 4 show heat maps 202 and 204 of the magnetic flux density of the generator 100 during operation. In FIG. 5-11 are various graphs 206-224 illustrating the performance of the generator 100.

На графике 206 показана плотность магнитного потока между внутренним статором 110 и ротором 120.Plot 206 shows the magnetic flux density between inner stator 110 and rotor 120.

На графике 208 показана плотность магнитного потока между внешним статором 130 и ротором 120.Graph 208 shows the magnetic flux density between outer stator 130 and rotor 120.

На графике 210 показаны фазные напряжения внутреннего статора 110.Graph 210 shows the phase voltages of internal stator 110.

На графике 212 показаны фазные напряжения внешнего статора 130.Graph 212 shows the phase voltages of the outer stator 130.

На графике 214 показаны фазные токи внутреннего статора 110.Graph 214 shows the phase currents of internal stator 110.

На графике 216 показаны фазные токи внешнего статора 130.Graph 216 shows the phase currents of the outer stator 130.

На графике 220 показан вращающий момент внутреннего статора 110.Graph 220 shows the torque of the inner stator 110.

На графике 222 показан вращающий момент ротора 120.Graph 222 shows the torque of rotor 120.

На графике 224 показан вращающий момент внешнего статора 130.Plot 224 shows the torque of the outer stator 130.

Хотя конкретные значения, представленные на графиках 206-224, не обязательно релевантны, формы сигнала, показанные на графиках 206-224, являются релевантными и иллюстрирующими относительную равномерность различных выходных характеристик.While the specific values shown in graphs 206-224 are not necessarily relevant, the waveforms shown in graphs 206-224 are relevant and illustrate the relative uniformity of the various output characteristics.

Автор настоящего изобретения отмечает, что заявленное изобретение может обладать и другими преимуществами и отличительными признаками. Задействуется магнитное поле как на внутренней поверхности, так и на наружной поверхности ротора 120. Показатели плотности магнитного потока после FFT (быстрого преобразования Фурье) во внутреннем воздушном зазоре могут находиться в пределах 0,3-0,99 Тл (Тесла), а для внешнего воздушного зазора - в пределах 0,2-0,95 Тл.The author of the present invention notes that the claimed invention may have other advantages and distinctive features. The magnetic field is activated both on the inner surface and on the outer surface of the rotor 120. The magnetic flux density after FFT (Fast Fourier Transform) in the internal air gap can be in the range of 0.3-0.99 T (Tesla), and for the external air gap - within 0.2-0.95 T.

В конструкции генератора обычного типа увеличение гармоник происходит при повышении силы тока; однако конструкция генератора 100 согласно настоящему изобретению обеспечивает хорошие результаты в том смысле, что повышается качество генерируемой электроэнергии в отношении гармоник. В этом варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено следующее: если ток на внутреннем статоре 110 поддерживается на постоянном уровне, а ток на внешнем статоре 130 (в частности, на обмотках 134 внешнего статора 130) повышается до определенного значения, происходит уменьшение гармоник (в сравнении с генератором обычной конструкции), причем внутренний воздушный зазор 112 находится в пределах 15-55 мм в месте его минимальной ширины и в пределах 55-95 мм в месте его максимальной ширины, а внешний воздушный зазор 132 находится в пределах 25-55 мм в месте его минимальной ширины и в пределах 60-120 мм в месте его максимальной ширины; и когда ток на внешнем статоре 130 повышается, а ток внутреннего статора 110 поддерживается на постоянном уровне, обеспечивается усовершенствование, состоящее в том, что гармоники и суммарный коэффициент гармонических искажений напряжения во внешнем статоре уменьшаются по меньшей мере до 0,44%.In the design of a conventional type generator, an increase in harmonics occurs with an increase in current strength; however, the design of the generator 100 according to the present invention provides good results in the sense that the harmonic quality of the generated power is improved. In this embodiment of the present invention, the following is provided: if the current in the internal stator 110 is maintained at a constant level, and the current in the external stator 130 (in particular, on the windings 134 of the external stator 130) increases to a certain value, there is a decrease in harmonics (in comparison with a generator conventional design), wherein the internal air gap 112 is within 15-55 mm at its minimum width and within 55-95 mm at its maximum width, and the outer air gap 132 is within 25-55 mm at its minimum width. width and within 60-120 mm in the place of its maximum width; and when the current in the outer stator 130 is increased and the current of the inner stator 110 is kept constant, an improvement is achieved in that the harmonics and the total harmonic distortion of the voltage in the outer stator are reduced to at least 0.44%.

С этого момента гармоники начинают увеличиваться с повышением силы тока на внешнем статоре 130. При повышении силы тока как во внутреннем статоре 110, так и во внешнем статоре 130 происходит увеличение гармоник и суммарных коэффициентов гармонических искажений как во внутреннем статоре 110, так и во внешнем статоре 130. Уменьшение гармоник более существенно во внешнем статоре 130. С другой стороны, при уменьшении силы тока во внешнем статоре 130 в этом статоре происходит увеличение гармоник в отличие от конструкции обычного типа. Все это происходит, когда сила тока во внутреннем статоре 110 поддерживается на постоянном уровне (номинальный ток). Когда ток на внешFrom this point on, harmonics begin to increase with increasing current strength on the external stator 130. As the current strength increases, both in the internal stator 110 and in the external stator 130, an increase in harmonics and total harmonic distortion factors occurs in both the internal stator 110 and in the external stator 130. The reduction of harmonics is more significant in the outer stator 130. On the other hand, when the current in the outer stator 130 decreases, harmonics increase in this stator, in contrast to the conventional type design. All this happens when the current in the internal stator 110 is maintained at a constant level (rated current). When the current to ext

- 4 043106 нем статоре равен половине номинального, гармоники будут выше, чем при номинальном токе. При повышении силы тока как во внутреннем статоре 110, так и во внешнем статоре 130 происходит уменьшение гармоник и суммарного коэффициента гармонических искажений как во внутреннем статоре 110, так и во внешнем статоре 130, при этом внутренний воздушный зазор 112 находится в пределах 25-65 мм в месте его минимальной ширины и в пределах 45-110 мм в месте его максимальной ширины, а внешний воздушный зазор 132 находится в пределах 65-110 мм в месте его минимальной ширины и в пределах 94-140 мм в месте его максимальной ширины; и при повышении силы тока как во внутреннем статоре 110, так и во внешнем статоре 130 гармоники и суммарный коэффициент гармонических искажений как внутреннего статора 110, так и внешнего статора 130 уменьшаются по меньшей мере на 4%.- 4 043106 the stator is equal to half of the nominal, the harmonics will be higher than at the rated current. With an increase in current both in the internal stator 110 and in the external stator 130, harmonics and total harmonic distortion decrease both in the internal stator 110 and in the external stator 130, while the internal air gap 112 is in the range of 25-65 mm at its minimum width and within 45-110 mm at its maximum width, and the outer air gap 132 is within 65-110 mm at its minimum width and within 94-140 mm at its maximum width; and as the current increases in both the inner stator 110 and the outer stator 130, the harmonics and total harmonic distortion of both the inner stator 110 and the outer stator 130 are reduced by at least 4%.

Еще одно преимущество предложенной конструкции состоит в том, что внешний статор 130 может работать при гораздо большей силе тока, чем генераторы электрического тока стандартной конструкции без ухудшения качества электроэнергии. Ток может быть повышен до значений, превышающих 100% значений, присущих генераторам относительно стандартной конструкции, и это повышает выходную мощность без ухудшения качества снабжения электроэнергией потребителя. При повышении силы тока на 50% гармоники во внешнем статоре 130 суммарно увеличиваются до 0,88%. При этом ток во внешнем статоре 130 может быть по-прежнему повышен на 100%, что повышает производительность генератора 100 без ухудшения качества в отношении гармоник напряжения генератора электроэнергии; причем при 100%-ном повышении силы тока гармоники приближаются к 3%-ному ограничению THD суммарно для всех гармоник во внешнем статоре, а в соответствии с требованиями стандарта IEEE519, который является международно-признанным стандартом по гармоникам, такое ограничение составляет именно 3%. При этом внешний статор 130 может генерировать намного больше энергии с надлежащим уровнем качества без изменения конфигурации.Another advantage of the proposed design is that the outer stator 130 can operate at much higher current than standard designs of electric current generators without compromising power quality. The current can be increased to values in excess of 100% of the values inherent in generators of a standard design, and this increases the output power without compromising the quality of the consumer's electricity supply. With an increase in current strength by 50%, the harmonics in the external stator 130 increase in total to 0.88%. In this case, the current in the external stator 130 can still be increased by 100%, which improves the performance of the generator 100 without degrading the power generator voltage harmonics; moreover, at 100% increase in current, the harmonics approach the 3% THD limit in total for all harmonics in the external stator, and in accordance with the requirements of the IEEE519 standard, which is an internationally recognized standard for harmonics, such a limit is exactly 3%. In this way, the outer stator 130 can generate much more power at the right level of quality without changing the configuration.

Таким образом, внешний статор 130 прямо не противоречит требованиям стандарта по гармоникам, а внутренний статор 110 реагирует противоположным образом в сравнении с внешним статором 130. Гармоники внутреннего статора 110 могут увеличиваться с повышением силы тока, тогда как гармоники внешнего статора 130 могут уменьшаться с повышением силы тока во внешнем статоре 130 на этом уровне. Такая ситуация наблюдается до тех пор, пока не произойдет повышение силы тока как во внутреннем статоре 110, так и во внешнем статоре 130, что было бы довольно неожиданно, причем внутренний воздушный зазор 112 находится в пределах 25-85 мм в месте его минимальной ширины и в пределах 65-100 мм в месте его максимальной ширины, а внешний воздушный зазор 132 находится в пределах 3555 мм в месте его минимальной ширины и в пределах 63-120 мм в месте его максимальной ширины; а при уменьшении силы тока во внутреннем статоре 110 гармоники и суммарный коэффициент гармонических искажений уменьшаются как во внутреннем статоре 110, так и во внешнем статоре 130 по меньшей мере на 3%.Thus, the outer stator 130 does not directly conflict with the harmonics standard, and the inner stator 110 reacts in the opposite way compared to the outer stator 130. The harmonics of the inner stator 110 may increase with increasing current, while the harmonics of the outer stator 130 may decrease with increasing current. current in the external stator 130 at this level. This situation is observed until there is an increase in current in both the inner stator 110 and the outer stator 130, which would be quite unexpected, with the internal air gap 112 being in the range of 25-85 mm at its minimum width and within 65-100 mm at its maximum width, and the outer air gap 132 is within 3555 mm at its minimum width and within 63-120 mm at its maximum width; and as the current in the inner stator 110 decreases, the harmonics and total harmonic distortion decrease in both the inner stator 110 and the outer stator 130 by at least 3%.

Внутренний статор 110 реагирует так же, как и обычный генератор в том смысле, что при повышении силы тока происходит также увеличение гармоник. Внутренний статор 110 может быть рассчитан на низкое напряжение, при этом внешний статор 130 для такой же конфигурации может быть рассчитан на более высокое напряжение при большей силе тока. В этой рабочей конфигурации на внутренний статор 110 может приходиться всего лишь 13% суммарной выходной мощности электрогенератора, тогда как на внешний статор 130 может приходиться 87% электрической выходной мощности. Когда сила тока во внешнем статоре 130 превышает определенное значение, гармоники во внутреннем статоре 110 уменьшаются, т.е. при повышении силы тока во внешнем статоре 130 на +100% гармоники во внутреннем статоре 110 уменьшаются на 10%, и это может говорить о том, что по достижении оптимальной рабочей точки, в которой гармоники все еще удовлетворяют требованиям принятого стандарта, задействуется внешний статор 130 при большей силе тока. Для этого требуется, чтобы размеры внешнего статора 130 были увеличены для возможности использования во внешнем статоре 130 проводников большего размера с целью проведения большего количества тока. Могут быть также увеличены размеры внутреннего статора 110 с тем, чтобы в нем могли разместиться проводники большего размера. Был получен удивительный результат, заключающийся в том, что когда внутренний статор 110 не нагружен, а внешний статор находится под нагрузкой, гармоники внешнего статора не изменяются.The internal stator 110 reacts in the same way as a conventional generator in that as the current increases, harmonics also increase. The inner stator 110 may be rated for low voltage, while the outer stator 130 for the same configuration may be rated for higher voltage at higher current. In this operating configuration, the inner stator 110 may account for as little as 13% of the total generator output, while the outer stator 130 may account for 87% of the electrical output. When the current in the outer stator 130 exceeds a certain value, the harmonics in the inner stator 110 decrease, i. when the current in the external stator 130 increases by +100%, the harmonics in the internal stator 110 decrease by 10%, which may indicate that after reaching the optimal operating point, in which the harmonics still meet the requirements of the accepted standard, the external stator 130 is activated with higher current. This requires that the dimensions of the outer stator 130 be increased to allow larger conductors to be used in the outer stator 130 in order to conduct more current. The dimensions of the inner stator 110 may also be increased to accommodate larger conductors. The surprising result was that when the inner stator 110 is unloaded and the outer stator is loaded, the harmonics of the outer stator do not change.

Тот факт, что предусмотрено два воздушных зазора 112 и 132, означает, что может быть использовано два рассеивающих слоя магнитных полюсов. Следовательно, эта схема обеспечивает возможность задействования обеих поверхностей ротора 120 для генерации электроэнергии. Использование магнитного поля на обеих поверхностях элементов 122 и 124 полюсной системы может служить одним из преимуществ настоящего изобретения. В стандартной конструкции это ранее неиспользуемое магнитное поле находится на поверхности, соединенной с поверхностью вала ротора, причем это магнитное поле технически характеризуется такими же размерами и обладает такими же свойствами, что и другая используемая поверхность. Стандартная конструкция генератора предполагает наличие одного ротора и одного статора, что приводит к ситуации, когда другая поверхность магнитного полюса, даже если она обладает всеми свойствами используемой поверхности, никогда не используется.The fact that two air gaps 112 and 132 are provided means that two dissipative layers of magnetic poles can be used. Therefore, this circuit allows both surfaces of the rotor 120 to be used to generate electricity. The use of a magnetic field on both surfaces of the elements 122 and 124 of the pole system can serve as one of the advantages of the present invention. In the standard design, this previously unused magnetic field is located on a surface connected to the surface of the rotor shaft, and this magnetic field is technically sized and has the same properties as the other surface used. The standard generator design assumes one rotor and one stator, which leads to a situation where the other magnetic pole surface, even if it has all the properties of the usable surface, is never used.

Воздушные зазоры 112 и 132 и магнитные потоки могут играть важную роль потому, что они влияют на рабочие характеристики и качество электроэнергии, вырабатываемой генератором 100. ВнутренAir gaps 112 and 132 and magnetic fluxes can play an important role because they affect the performance and quality of the power generated by the generator 100. Internal

- 5 043106 ний воздушный зазор 112 может находиться в диапазоне 5-50 мм по центру полюса и увеличиваться до 10-90 мм на конце полюса, а внешний воздушный зазор 132 может находиться в диапазоне 20-100 мм по центру полюса и увеличиваться до 35-165 мм на конце полюса. Значения Br (плотности магнитного потока) после FFT по центру внутреннего воздушного зазора 112 между внутренним статором и магнитным полюсом на роторе могут находиться в пределах 0,3-0,9 Тл, а для внешнего воздушного зазора 132 - в пределах 0,2-0,95 Тл. Вследствие увеличения внешнего воздушного зазора 132 показатель плотности магнитного потока может быть очень низким в сравнении с аналогичным показателем внутреннего воздушного зазора 112. Низкий показатель плотности магнитного потока приводит к генерации низкого напряжения.- 5 043106 external air gap 112 can be in the range of 5-50 mm in the center of the pole and increase to 10-90 mm at the end of the pole, and the external air gap 132 can be in the range of 20-100 mm in the center of the pole and increase to 35- 165 mm at the end of the pole. The values of Br (magnetic flux density) after FFT in the center of the internal air gap 112 between the internal stator and the magnetic pole on the rotor can be in the range of 0.3-0.9 T, and for the external air gap 132 - in the range of 0.2-0 .95 T Due to the increase in the outer air gap 132, the magnetic flux density index can be very low compared to that of the internal air gap 112. A low magnetic flux density index results in low voltage generation.

Вопрос генерации низкого напряжения может быть решен за счет увеличения диаметра/размеров внешнего статора 130, что повышает напряжение, генерируемое большим числом обмоток 134, а также за счет увеличения размеров (глубины) пазов во внешнем статоре и за счет использования проводников большего размера или использования большего количества обмоток 134. Хотя магнитное поле проходит большое расстояние до внешнего воздушного зазора 132, габаритные размеры внешнего статора 130 компенсируют низкую плотность магнитного потока. Внутренний статор 112 может генерировать низкое напряжение, тогда как внешний статор 130 может генерировать более высокое напряжение, что повышает производительность и гибкость этого генератора 100. Генератор 100 может генерировать более высокое напряжение как во внутреннем статоре 110, так и во внешнем статоре 130; кроме того, два статора 110 и 130 могут генерировать низкое напряжение, которое в сравнении с более высоким напряжением на статорах практически изнашивает генератор (под низким напряжением обычно понимается напряжение менее 1000В, а под высоким напряжением - напряжение более 1000 В). Если сравнивать низкое напряжение с высоким напряжением, то более высокое напряжение может генерировать намного больше электроэнергии в сравнении с низким напряжением без изменения конфигурации. Это конструктивное решение может больше подходить для тех сфер применения, где используется дешевое топливо, особенно возобновляемые энергоресурсы, такие как ветровые ресурсы, гидроресурсы и геотермальные ресурсы.The issue of low voltage generation can be solved by increasing the diameter/dimensions of the outer stator 130, which increases the voltage generated by more windings 134, as well as by increasing the dimensions (depth) of the slots in the outer stator and by using larger conductors or using more number of windings 134. Although the magnetic field travels a long distance to the outer air gap 132, the overall dimensions of the outer stator 130 compensate for the low magnetic flux density. The inner stator 112 can generate a low voltage, while the outer stator 130 can generate a higher voltage, which increases the performance and flexibility of this generator 100. The generator 100 can generate a higher voltage in both the inner stator 110 and the outer stator 130; in addition, the two stators 110 and 130 can generate a low voltage that, compared to the higher voltage on the stators, practically wears out the generator (low voltage is usually less than 1000V, and high voltage is more than 1000V). When comparing low voltage with high voltage, a higher voltage can generate much more electricity than a low voltage without changing the configuration. This design may be more suitable for applications that use cheap fuels, especially renewable energy resources such as wind, hydro and geothermal resources.

Генератор 100 может обладать множеством характеристик, обеспечивающих его коммерческий успех, который основан на низком уровне гармоник напряжения, что позволяет ему генерировать гораздо больший ток и, следовательно, вырабатывать электроэнергию в большом для его размеров объеме. Существует уже давно назревшая потребность в доступной электроэнергии лучшего качества. Этот вариант осуществления настоящего изобретения предлагает решение, удовлетворяющее эту потребность рынка. Этот уровень качества электроэнергии приносит множество экономических выгод и преимуществ в плане обеспечения безопасности пользователя электрической энергии, а также при передаче и распределении электроэнергии. Он также благоприятно сказывается на работе электрооборудования, чувствительного к гармоникам. Высокий уровень выходной мощности повышает отношение мощности к массе (кВт/кг) в сравнении с генераторами предшествующего уровня техники. Эта возможность генератора 100 снижает капитальные затраты в пересчёте на центы/кВт. Низкий уровень гармоник является результатом неожиданного положительного эффекта, состоящего в том, что наличие двух статоров 110 и 130 и одного ротора 120 срабатывает синергетически, обеспечивая низкий уровень гармоник напряжения.Generator 100 may have many of the characteristics that make it commercially successful, which rely on low voltage harmonics, which allows it to generate much more current and therefore produce electricity in a large volume for its size. There is a long overdue need for affordable, better quality electricity. This embodiment of the present invention provides a solution to this market need. This level of power quality brings many economic benefits and advantages in terms of ensuring the safety of the user of electrical energy, as well as in the transmission and distribution of electricity. It also favorably affects the operation of electrical equipment that is sensitive to harmonics. The high power output level improves the power to weight ratio (kW/kg) compared to prior art generators. This capability of the generator 100 reduces capital costs in terms of cents/kW. The low harmonics result from the unexpected positive effect that having two stators 110 and 130 and one rotor 120 works synergistically to provide low voltage harmonics.

При повышении силы тока во внешнем статоре 130 происходит уменьшение гармоник внутреннего статора 110 и внешнего статора 130 в отличие от обычных генераторов, в которых при повышении силы тока в одном статоре также происходит увеличение гармоник. Еще один контрастный эффект заключается в том, что когда внутренний статор 110 находится под нагрузкой, а затем нагружается внешний статор 130, происходит заметное снижение входной мощности, потребляемой генератором 100. При повышении силы тока как во внутреннем статоре 110, так и во внешнем статоре 130 гармоники напряжения для двух статоров 110 и 130 продолжают уменьшаться.When the current in the outer stator 130 increases, the harmonics of the inner stator 110 and the outer stator 130 decrease, unlike conventional generators, in which an increase in the current in one stator also increases the harmonics. Another contrasting effect is that when the inner stator 110 is under load and then the outer stator 130 is loaded, there is a marked decrease in the input power drawn by the generator 100. As the current increases in both the inner stator 110 and the outer stator 130 the voltage harmonics for the two stators 110 and 130 continue to decrease.

ПритязанияClaims

1. Трехслойный генератор электрической энергии с ротором, расположенным между двумя статорами, в котором воздушный зазор между внутренним статором и внутренней поверхностью ротора с магнитными полюсами находится в пределах 5-50 мм по центру полюса и увеличивается до 10-90 мм на конце полюса, а внешний воздушный зазор между наружной поверхностью ротора и внутренней поверхностью внешнего статора находится в пределах 20-100 мм по центру полюса и увеличивается до 35-130 мм на конце полюса, при этом считанное значение Br (плотности магнитного потока) после FFT по центру внутреннего воздушного зазора между внутренним статором и магнитным полюсом на роторе находится в пределах 0,3-0,7 Тл, а для внешнего воздушного зазора между наружной поверхностью магнитного полюса на роторе и внутренней поверхностью внешнего статора это значение находится в пределах 0,2-0,6 Тл.1. A three-layer electric power generator with a rotor located between two stators, in which the air gap between the inner stator and the inner surface of the rotor with magnetic poles is within 5-50 mm at the center of the pole and increases to 10-90 mm at the end of the pole, and the external air gap between the outer surface of the rotor and the inner surface of the outer stator is within 20-100 mm at the center of the pole and increases to 35-130 mm at the end of the pole, while the read value of Br (magnetic flux density) after FFT is at the center of the internal air gap between the inner stator and the magnetic pole on the rotor is in the range of 0.3-0.7 T, and for the external air gap between the outer surface of the magnetic pole on the rotor and the inner surface of the outer stator, this value is in the range of 0.2-0.6 T .

2. Генератор электрической энергии по п.1, в котором усовершенствование состоит в том, что используемый ротор меньше обычного ротора с сопоставимой выходной мощностью.2. An electric power generator according to claim 1, wherein the improvement is that the rotor used is smaller than a conventional rotor with comparable power output.

3. Генератор электрической энергии по п.1, в котором усовершенствование состоит в том, что используемый статор по своим размерам больше обычного статора.3. An electric power generator according to claim 1, wherein the improvement is that the used stator is larger in size than the conventional stator.

4. Генератор электрической энергии по п.1, в котором внутренний воздушный зазор находится в пределах 5-50 мм по центру полюса и увеличивается до 10-90 мм на конце полюса, а внешний воздуш-4. Electric power generator according to claim 1, in which the internal air gap is within 5-50 mm in the center of the pole and increases to 10-90 mm at the end of the pole, and the external air gap

- 6 043106 ный зазор находится в пределах 20-100 мм по центру полюса и увеличивается до 35-130 мм на конце полюса, что обеспечивает усовершенствование, состоящее в том, что гармоники на внешнем статоре уменьшаются с повышением силы тока только на внешнем статоре.- 6 043106 The gap is between 20-100 mm at the center of the pole and increases to 35-130 mm at the end of the pole, which provides an improvement in that the harmonics on the outer stator decrease with increasing current only on the outer stator.

5. Генератор электрической энергии по п.1, в котором внутренний воздушный зазор находится в пределах 5-50 мм по центру полюса и увеличивается до 10-90 мм на конце полюса, а внешний воздушный зазор находится в пределах 20-100 мм по центру полюса и увеличивается до 35-130 мм на конце полюса, что обеспечивает усовершенствование, состоящее в том, что гармоники на внутреннем статоре уменьшаются с повышением силы тока, начиная со значения номинального тока, только во внешнем статоре.5. Electric power generator according to claim 1, in which the internal air gap is within 5-50 mm at the center of the pole and increases to 10-90 mm at the end of the pole, and the external air gap is within 20-100 mm at the center of the pole and increases to 35-130 mm at the end of the pole, which provides an improvement in that the harmonics on the internal stator decrease with increasing current, starting from the rated current value, only in the external stator.

6. Генератор электрической энергии по п.2, в котором усовершенствование состоит в том, что обмотки статора спирально намотаны одна поверх другой.6. Electric power generator according to claim 2, wherein the improvement consists in that the stator windings are helically wound one on top of the other.

7. Трехслойный генератор электрической энергии по п.1, отличающийся тем, что внешние статоры работают с большей силой тока, но по-прежнему поддерживают требуемой уровень гармоник.7. Three-layer electric power generator according to claim 1, characterized in that the external stators operate with more current, but still maintain the required level of harmonics.

8. Трехслойный генератор электрической энергии по п.1, отличающийся тем, что внутренний статор может генерировать низкое напряжение, а внешний статор может генерировать более высокое напряжение, или же оба указанных статора могут генерировать высокое напряжение.8. Three-layer electric power generator according to claim 1, characterized in that the inner stator can generate a low voltage and the outer stator can generate a higher voltage, or both of these stators can generate a high voltage.

9. Трехслойный генератор электрической энергии по п. 1, в котором внутренний воздушный зазор находится в пределах 5-50 мм в месте его минимальной ширины и в пределах 10-95 в месте его максимальной ширины; а внешний воздушный зазор находится в пределах 20-140 мм в месте его минимальной ширины и в пределах 30-165 мм в месте его максимальной ширины.9. Three-layer electric power generator according to claim 1, in which the internal air gap is in the range of 5-50 mm in the place of its minimum width and in the range of 10-95 in the place of its maximum width; and the outer air gap is within 20-140 mm at its minimum width and within 30-165 mm at its maximum width.

Claims (15)

1. Генератор электрической энергии, содержащий ротор и множество статоров, при этом ротор и множество статоров располагаются коаксиально и концентрически относительно центральной оси;1. An electric power generator containing a rotor and a plurality of stators, wherein the rotor and a plurality of stators are arranged coaxially and concentrically with respect to the central axis; множество статоров включает в себя внутренний статор, расположенный радиально внутрь от ротора, причем внутренний статор отделен от ротора внутренним воздушным зазором;the plurality of stators includes an inner stator disposed radially inward of the rotor, the inner stator being separated from the rotor by an internal air gap; множество статоров включает в себя внешний статор, расположенный радиально снаружи от ротора, причем внешний статор отделен от ротора внешним воздушным зазором;the plurality of stators includes an outer stator disposed radially outside the rotor, the outer stator being separated from the rotor by an outer air gap; каждый статор из внутреннего и внешнего статоров снабжен соответствующими обмотками, выполненными с возможностью индуцирования в них электрического тока;each stator of the inner and outer stators is provided with respective windings configured to induce an electric current in them; ротор включает в себя множество элементов полюсной системы, выполненных с возможностью создания или генерирования магнитного поля и содержащих множество магнитных полюсов, обеспечивающих возможность индуцирования тока в обмотках во время работы; и ротор характеризуется неодинаковой толщиной в поперечном разрезе, при этом внутренняя поверхность ротора выгибается радиально внутрь напротив элементов полюсной системы так, что внутренний воздушный зазор является неравномерным в том смысле, что он оказывается радиально короче напротив элементов полюсной системы и радиально длиннее в промежутках между элементами полюсной системы; и наружная поверхность ротора выгибается радиально наружу напротив элементов полюсной системы так, что внешний воздушный зазор является неравномерным в том смысле, что он оказывается радиально короче напротив элементов полюсной системы и радиально длиннее в промежутках между элементами полюсной системы.the rotor includes a plurality of elements of the pole system, configured to create or generate a magnetic field and containing a plurality of magnetic poles, enabling the induction of current in the windings during operation; and the rotor is characterized by unequal thickness in cross section, with the inner surface of the rotor arching radially inward against the elements of the pole system so that the internal air gap is uneven in the sense that it is radially shorter opposite the elements of the pole system and radially longer in the gaps between the elements of the pole system systems; and the outer surface of the rotor arches radially outward against the pole system elements such that the external air gap is non-uniform in that it is radially shorter opposite the pole system elements and radially longer in the spaces between the pole system elements. 2. Генератор электрической энергии по п.1, в котором ротор характеризуется средним или умеренным радиусом кривизны, а его радиально внутренняя и наружная поверхности между элементами полюсной системы имеют радиус кривизны, концентрический относительно среднего радиуса кривизны.2. Electric power generator according to claim 1, in which the rotor is characterized by an average or moderate radius of curvature, and its radially inner and outer surfaces between the elements of the pole system have a radius of curvature concentric with respect to the average radius of curvature. 3. Генератор электрической энергии по п.1, в котором наружная поверхность каждого элемента полюсной системы имеет меньший радиус кривизны, чем дуга смещения, которую он описывает; а внутренняя поверхность каждого элемента полюсной системы имеет больший радиус кривизны, чем дуга смещения, которую он описывает.3. Electric power generator according to claim 1, in which the outer surface of each element of the pole system has a smaller radius of curvature than the displacement arc, which he describes; and the inner surface of each element of the pole system has a larger radius of curvature than the displacement arc it describes. 4. Генератор электрической энергии по п.1, в котором внешний воздушный зазор в среднем длиннее или шире в радиальном направлении, чем внутренний воздушный зазор.4. The electric power generator of claim 1, wherein the outer air gap is on average longer or wider in the radial direction than the inner air gap. 5. Генератор электрической энергии по п.1, в котором внутренний воздушный зазор находится в пределах 5-50 мм в месте его минимальной ширины в радиальном направлении.5. Electric power generator according to claim 1, in which the internal air gap is in the range of 5-50 mm in the place of its minimum width in the radial direction. 6. Генератор электрической энергии по п.1, в котором внутренний воздушный зазор находится в пределах 10-95 мм в месте его максимальной ширины в радиальном направлении.6. Electric power generator according to claim 1, in which the internal air gap is in the range of 10-95 mm in the place of its maximum width in the radial direction. 7. Генератор электрической энергии по п.1, в котором внешний воздушный зазор находится в пределах 20-100 мм в месте его минимальной ширины в радиальном направлении.7. Electric power generator according to claim 1, in which the external air gap is in the range of 20-100 mm in the place of its minimum width in the radial direction. 8. Генератор электрической энергии по п.1, в котором внешний воздушный зазор находится в пределах 30-165 мм в месте его максимальной ширины в радиальном направлении.8. Electric power generator according to claim 1, in which the external air gap is in the range of 30-165 mm in the place of its maximum width in the radial direction. - 7 043106- 7 043106 9. Генератор электрической энергии по п.1, в котором ротор включает в себя промежуточные опорные элементы между соседними элементами полюсной системы, обеспечивающие сплошность или непрерывность ротора в окружном направлении.9. Electric power generator according to claim 1, in which the rotor includes intermediate support elements between adjacent elements of the pole system, providing continuity or continuity of the rotor in the circumferential direction. 10. Генератор электрической энергии по п.1, в котором внутренний статор характеризуется по существу круговой наружной поверхностью, а внутренний воздушный зазор является по существу равномерным по своей внутренней границе, задаваемой наружной поверхностью внутреннего статора, но неравномерным по своей внешней границе, задаваемой внутренней поверхностью ротора.10. The electric power generator according to claim 1, in which the inner stator is characterized by a substantially circular outer surface, and the internal air gap is essentially uniform along its inner boundary, given by the outer surface of the inner stator, but uneven at its outer boundary, given by the inner surface rotor. 11. Генератор электрической энергии по п.1, в котором внешний статор характеризуется по существу круговой внутренней поверхностью, а внешний воздушный зазор является по существу равномерным по своей внешней границе, задаваемой внутренней поверхностью внешнего статора, но неравномерным по своей внутренней границе, задаваемой наружной поверхностью ротора.11. The electric power generator according to claim 1, in which the outer stator is characterized by a substantially circular inner surface, and the outer air gap is substantially uniform along its outer boundary, given by the inner surface of the outer stator, but uneven at its inner boundary, given by the outer surface rotor. 12. Генератор электрической энергии по п.1, в котором внутренний воздушный зазор находится в пределах 15-55 мм в месте его минимальной ширины и в пределах 55-95 мм в месте его максимальной ширины; а внешний воздушный зазор находится в пределах 25-55 мм в месте его минимальной ширины и в пределах 60-120 мм в месте его максимальной ширины, при этом при повышении силы тока во внешнем статоре с поддержанием силы тока во внутреннем статоре на постоянном уровне суммарный коэффициент гармонических искажений напряжения во внешнем статоре уменьшается по меньшей мере до 0,44%.12. Electric power generator according to claim 1, in which the internal air gap is in the range of 15-55 mm in the place of its minimum width and in the range of 55-95 mm in the place of its maximum width; and the external air gap is within 25-55 mm in the place of its minimum width and within 60-120 mm in the place of its maximum width, while increasing the current strength in the external stator while maintaining the current strength in the internal stator at a constant level, the total coefficient harmonic voltage distortion in the external stator is reduced to at least 0.44%. 13. Генератор электрической энергии по п.1, в котором внутренний воздушный зазор находится в пределах 25-65 мм в месте его минимальной ширины и в пределах 45-110 мм в месте его максимальной ширины; а внешний воздушный зазор находится в пределах 65-110 мм в месте его минимальной ширины и в пределах 94-140 мм в месте его максимальной ширины, при этом при повышении силы тока как во внутреннем статоре, так и во внешнем статоре гармоники и суммарный коэффициент гармонических искажений как во внутреннем статоре, так и во внешнем статоре уменьшаются по меньшей мере на 4%.13. Electric power generator according to claim 1, in which the internal air gap is in the range of 25-65 mm in the place of its minimum width and in the range of 45-110 mm in the place of its maximum width; and the external air gap is in the range of 65-110 mm in the place of its minimum width and in the range of 94-140 mm in the place of its maximum width, while with an increase in the current strength both in the internal stator and in the external stator, the harmonics and the total harmonic coefficient distortion in both the inner stator and the outer stator are reduced by at least 4%. 14. Генератор электрической энергии по п.1, в котором внутренний воздушный зазор находится в пределах 25-85 мм в месте его минимальной ширины и в пределах 65-100 мм в месте его максимальной ширины; а внешний воздушный зазор находится в пределах 35-55 мм в месте его минимальной ширины и в пределах 63-120 мм в месте его максимальной ширины, при этом при уменьшении силы тока во внутреннем статоре гармоники и суммарный коэффициент гармонических искажений уменьшаются по меньшей мере на 3% как во внутреннем статоре, так и во внешнем статоре.14. Electric power generator according to claim 1, in which the internal air gap is in the range of 25-85 mm in the place of its minimum width and in the range of 65-100 mm in the place of its maximum width; and the external air gap is in the range of 35-55 mm in the place of its minimum width and in the range of 63-120 mm in the place of its maximum width, while with a decrease in the current strength in the internal stator, the harmonics and the total harmonic distortion coefficient decrease by at least 3 % in both the inner stator and the outer stator. 15. Генератор электрической энергии по п.1, в котором внутренний воздушный зазор находится в пределах 5-50 мм в месте его минимальной ширины и в пределах 10-95 мм в месте его максимальной ширины; а внешний воздушный зазор находится в пределах 20-140 мм в месте его минимальной ширины и в пределах 30-165 мм в месте его максимальной ширины.15. Electric power generator according to claim 1, in which the internal air gap is in the range of 5-50 mm in the place of its minimum width and in the range of 10-95 mm in the place of its maximum width; and the outer air gap is within 20-140 mm at its minimum width and within 30-165 mm at its maximum width.