RU2448405C1

RU2448405C1 - Power generator

Info

Publication number: RU2448405C1
Application number: RU2010143853/07A
Authority: RU
Inventors: Виктор Дмитриевич Сергеев (RU); Виктор Дмитриевич Сергеев; Валерий Викулович Чебоксаров (RU); Валерий Викулович Чебоксаров
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2012-04-20

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: power generator comprises a rotary part with rectangular cores - magnetic conductors from soft magnetic material evenly arranged along the circumference, and a non-rotary part. The non-rotary part comprises a vessel element, a hub installed on a bearing on the vessel element as capable of rotation, multiple inductors stretching in radial direction and arranged substantially in a circular row and comprising L-shaped cores from soft magnetic material and joined permanent magnets with alternation of poles polarity. Besides, the pitch of inductors is twice less than the pitch of cores-magnetic conductors of the rotary part. In radial slots formed by L-shaped cores and permanent magnets there is a coil winding that belongs to the non-rotary part. Poles of inductors face the rotary part, are aligned in axial direction and are separated with working gaps from cores-magnetic conductors arranged on the rotary part. Multiple inductors on the non-rotary part in the specified circular row are made as arranged on sections of the vessel element in the form of N ≥ 2 combinations of groups with identical even number of inductors in each group with gaps between groups that are more than one pitch of inductors arrangement in the group, and the winding is separated into identical coils, besides, each of them covers one group of the specified inductors, and the energy that is generated in them is discharged via conductors of the non-rotary part. Each combination of inductor groups comprises three neighbouring groups, at the same time each second group in the combination is displaced by a whole number of periods plus 1/3 of the inductors pitch, and each third group in the combination - by a whole number of periods plus 2/3 of the inductors pitch relative to the first group. At the same time combinations of groups are arranged along the circumference evenly with the shift of 360/N degrees. The rotary part rests against the hub with the bearing installed on the vessel element, or on rollers with bearings installed on sections of the vessel element that carry groups of inductors.

EFFECT: improved technical properties of a power generator due to increased diameter of a rotary speed, a linear speed, a number of cores-magnetic conductors, and accordingly current frequency at limited frequency of propeller rotation, and exclusion of total tangential and radial oscillations of forces specified by gravity forces acting between inductors and cores-magnetic conductors, simplified design by elimination of a multiplicator.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для создания генераторов для малооборотных ветро- или гидроустановок.The invention relates to the field of electric power and can be used to create generators for low-speed wind or hydraulic power plants.

Известны электрогенераторы, содержащие неподвижный корпусной элемент, внутри которого неподвижно установлены магнитопроводы и обмотки, а на вращающейся части - постоянные магниты (Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 280 с.).Known electric generators containing a fixed housing element, inside which the magnetic circuits and windings are fixedly mounted, and permanent magnets are mounted on the rotating part (V. Balagurov, F. F. Galteev. Electric generators with permanent magnets. - M .: Energoatomizdat, 1988. - 280 s.).

Конструкции этих электрогенераторов рассчитаны на большую частоту вращения, поэтому при работе с тихоходным приводом необходимо применять дорогостоящие мультипликаторы.The designs of these electric generators are designed for high speed, therefore, when working with a low-speed drive, it is necessary to use expensive multipliers.

Известен также электрогенератор, содержащий вращающуюся часть с равномерно расположенными по кругу прямоугольными сердечниками-магнитопроводами из магнитно-мягкого материала и не вращающуюся часть, которая содержит корпусной элемент, ступицу, установленную на подшипнике на корпусном элементе с возможностью вращения, множество простирающихся в радиальном направлении индукторов, расположенных по существу в круговой ряд и содержащих Г-образные сердечники из магнитно-мягкого материала и связанные с ними постоянные магниты с чередованием полярности полюсов, причем шаг индукторов вдвое меньше шага сердечников-магнитопроводов вращающейся части, принадлежащую не вращающейся части упомянутого узла катушечную обмотку, размещенную в радиальных пазах, образованных Г-образными сердечниками и постоянными магнитами, при этом полюсы индукторов обращены к вращающейся части, ориентированы в осевом направлении и отделены рабочим зазором от сердечников-магнитопроводов, расположенным на вращающейся части (см. патент РФ №2351054, 2009 г.).An electric generator is also known, which contains a rotating part with rectangular cores-magnetic circuits evenly spaced from magnetically soft material and a non-rotating part, which contains a housing element, a hub mounted rotatably on a bearing on the housing element, a plurality of inductors extending in the radial direction, located essentially in a circular row and containing L-shaped cores of soft magnetic material and associated permanent magnets with alternating polarity of the poles, and the pitch of the inductors is half the pitch of the core-magnetic circuits of the rotating part, the coil winding belonging to the non-rotating part of the said assembly is placed in radial grooves formed by L-shaped cores and permanent magnets, while the poles of the inductors face the rotating part, are oriented in axial direction and separated by a working gap from the core-magnetic cores located on the rotating part (see RF patent No. 2351054, 2009).

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции и наличие значительных пульсаций радиальных и тангенциальных сил, обусловленных тяжением постоянных магнитов и проводников магнитного потока, разделенных рабочим зазором.The disadvantages of the known device are the design complexity and the presence of significant pulsations of radial and tangential forces due to the tension of permanent magnets and magnetic flux conductors, separated by a working gap.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является улучшение технических характеристик электрогенератора и упрощение конструкции путем исключения мультипликатора.The task to which the proposed technical solution is directed is to improve the technical characteristics of the generator and simplify the design by eliminating the multiplier.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в улучшении технических характеристик электрогенератора за счет увеличения диаметра вращающейся части, линейной скорости, количества сердечников-магнитопроводов и, следовательно, частоты тока при ограниченной частоте вращения движителя и исключении суммарных тангенциальных и радиальных колебаний сил, обусловленных силами тяжения, действующими между индукторами и сердечниками-магнитопроводами.The technical result that is achieved when solving the problem is expressed in improving the technical characteristics of the electric generator by increasing the diameter of the rotating part, linear speed, the number of magnetic core cores and, consequently, the current frequency with a limited rotational speed of the mover and eliminating the total tangential and radial fluctuations of forces, due to the forces of gravity acting between the inductors and the core-magnetic circuits.

Поставленная задача решается тем, что электрогенератор, содержащий вращающуюся часть с равномерно расположенными по кругу прямоугольными сердечниками-магнитопроводами из магнитно-мягкого материала и не вращающуюся часть, которая содержит корпусной элемент, ступицу, установленную на подшипнике на корпусном элементе с возможностью вращения, множество простирающихся в радиальном направлении индукторов, расположенных по существу в круговой ряд и содержащих Г-образные сердечники из магнитно-мягкого материала и связанные с ними постоянные магниты с чередованием полярности полюсов, причем шаг индукторов вдвое меньше шага сердечников-магнитопроводов вращающейся части, принадлежащую не вращающейся части упомянутого узла катушечную обмотку, размещенную в радиальных пазах, образованных Г-образными сердечниками и постоянными магнитами, при этом полюсы индукторов обращены к вращающейся части, ориентированы в осевом направлении и отделены рабочим зазором от сердечников-магнитопроводов, расположенным на вращающейся части отличается тем, что множество индукторов на не вращающейся части в указанном круговом ряду выполнены расположенными на участках корпусного элемента в виде N≥2 совокупностей групп с одинаковым четным количеством индукторов в каждой группе с промежутками между группами больше, чем один шаг расположения индукторов в группе, а обмотка разделена на одинаковые катушки, причем каждая из них охватывает одну группу указанных индукторов, а энергия, в них генерируемая, выводится по проводникам не вращающейся части. При этом каждая совокупность групп индукторов содержит три соседние группы, при этом каждая вторая группа в совокупности смещена на целое число периодов плюс 1/3 шага индукторов, а каждая третья группа в совокупности - на целое число периодов плюс 2/3 шага индукторов относительно первой группы. Кроме того, N совокупностей групп расположены по кругу равномерно со сдвигом 360/N градусов. Причем вращающаяся часть оперта на ступицу с подшипником, установленным на корпусном элементе, или на ролики с подшипниками, установленные на участках корпусного элемента, несущих группы индукторов.The problem is solved in that the generator comprising a rotating part with rectangular cores-magnetic cores evenly spaced from magnetically soft material and a non-rotating part that contains a housing element, a hub mounted rotatably on a bearing on the housing element, a plurality of radial direction of inductors located essentially in a circular row and containing L-shaped cores of soft magnetic material and associated constant magnets with alternating polarities of the poles, and the pitch of the inductors is half the pitch of the core-magnetic circuits of the rotating part, the coil winding belonging to the non-rotating part of the said assembly is placed in radial grooves formed by L-shaped cores and permanent magnets, while the poles of the inductors face the rotating part , oriented in the axial direction and separated by a working gap from the core-magnetic cores located on the rotating part differs in that many inductors The connecting parts in the indicated circular row are made located on the sections of the housing element in the form of N≥2 sets of groups with the same even number of inductors in each group with gaps between the groups more than one step of the location of the inductors in the group, and the winding is divided into identical coils, each of them covers one group of these inductors, and the energy generated in them is output through the conductors of the non-rotating part. Moreover, each set of inductor groups contains three neighboring groups, with each second group in the aggregate shifted by an integer number of periods plus 1/3 of the inductor steps, and each third group in the aggregate is shifted by an integer number of periods plus 2/3 steps of the inducers relative to the first group . In addition, N groups of groups are arranged in a circle evenly with a shift of 360 / N degrees. Moreover, the rotating part is supported on a hub with a bearing mounted on the housing element, or on rollers with bearings mounted on sections of the housing element carrying groups of inductors.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the essential features of the proposed technical solution with the essential features of analogues and prototype indicates its compliance with the criterion of "novelty."

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.In this case, the distinguishing features of the claims solve the following functional tasks.

Признаки «…множество индукторов на не вращающейся части в указанном круговом ряду выполнены расположенными на участках корпусного элемента в виде N≥2 совокупностей групп с одинаковым четным количеством индукторов в каждой группе с промежутками между группами больше, чем один шаг расположения индукторов в группе…» необходимы для возможности неограниченного увеличения диаметра вращающейся части без увеличения числа магнитов и для пропорционального увеличения линейной скорости движения сердечников мимо полюсов индукторов и соответствующего увеличения эффективности индуцирования ЭДС.The signs "... a lot of inductors on a non-rotating part in the indicated circular row are made located on sections of the housing element in the form of N≥2 sets of groups with the same even number of inductors in each group with gaps between the groups more than one step of the location of the inductors in the group ..." for the possibility of an unlimited increase in the diameter of the rotating part without increasing the number of magnets and for a proportional increase in the linear velocity of the cores past the poles of the inductors, and accordingly an increase in the efficiency of induction of EMF.

Признак «…катушечная обмотка разделена на одинаковые катушки, причем каждая из них охватывает одну группу указанных индукторов…» позволяет упростить технологию изготовления обмотки, а в некоторых случаях - и уменьшить расход обмоточного провода, а также маневрировать величиной ЭДС и тока обмотки.The sign "... the coil winding is divided into identical coils, each of them covering one group of the indicated inductors ..." allows us to simplify the manufacturing technology of the winding, and in some cases to reduce the consumption of the winding wire, as well as maneuver the magnitude of the EMF and current of the winding.

Совокупность отличительных признаков второго дополнительного пункта формулы изобретения позволяет уменьшить или даже исключить суммарные тангенциальные силы и момент сопротивления генератора, обусловленные силами тяжения, действующими между индукторами и сердечниками-магнитопроводами.The set of distinctive features of the second additional claim allows to reduce or even eliminate the total tangential forces and the moment of resistance of the generator due to the forces of tension acting between the inductors and the core-magnetic circuits.

Совокупность отличительных признаков третьего дополнительного пункта формулы изобретения позволяет исключить пульсации радиальных сил и обеспечить компенсацию радиальных сил в генераторе, обусловленные силами тяжения, действующими между индукторами и сердечниками-магнитопроводами.The set of distinctive features of the third additional claim allows to exclude pulsations of radial forces and to provide compensation for radial forces in the generator, due to the forces of tension acting between the inductors and the core-magnetic circuits.

Совокупность отличительных признаков четвертого дополнительного пункта формулы изобретения позволяет при неограниченном увеличении диаметра вращающейся части упростить постоянство рабочего зазора между индукторами и сердечниками-магнитопроводами и отказаться от связей со ступицей и самой ступицы.The set of distinguishing features of the fourth additional claim makes it possible, with an unlimited increase in the diameter of the rotating part, to simplify the constancy of the working gap between the inductors and the core-magnetic circuits and to refuse connections with the hub and the hub itself.

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами, где на фиг.1 показан разрез по оси вращения, на фиг.2 показана опора вращающейся части на ступицу, на фиг.3 - опора вращающейся части на ролики и на фиг.4 - разрез по опорному ролику.The invention is illustrated by the following drawings, in which Fig. 1 shows a section along the axis of rotation, Fig. 2 shows the support of the rotating part on the hub, Fig. 3 shows the support of the rotating part on the rollers, and Fig. 4 is a section along the support roller.

На этих чертежах 1 - вращающаяся часть; 2 - прямоугольные сердечники-магнитопроводы; 3 - не подвижная часть; 4 - корпусной элемент; 5 - ступица; 6 - подшипник ступицы; 7 - Г-образный сердечник; 8 - постоянные магниты; 9 - катушечная обмотка; 10 - ролик (фиг.3, фиг.4); 11 - подшипник ролика (фиг.4); 12 и 13 - рабочие зазоры.In these drawings 1 is a rotating part; 2 - rectangular magnetic core cores; 3 - non-moving part; 4 - case element; 5 - a nave; 6 - the bearing of a nave; 7 - L-shaped core; 8 - permanent magnets; 9 - coil winding; 10 - roller (figure 3, figure 4); 11 - roller bearing (figure 4); 12 and 13 - working clearances.

Электрогенератор содержит вращающуюся часть 1 с равномерно расположенными по кругу прямоугольными сердечниками-магнитопроводами 2 из магнитно-мягкого материала и не вращающуюся часть 3. Не вращающаяся часть 3 содержит корпусной элемент 4, ступицу 5, установленную на подшипнике 6 на корпусном элементе 4 с возможностью вращения, множество простирающихся в радиальном направлении индукторов, расположенных по существу в круговой ряд и содержащих Г-образные сердечники 7 из магнитно-мягкого материала и связанные с ними постоянные магниты 8 с чередованием полярности полюсов. Причем шаг индукторов (7, 8) вдвое меньше шага сердечников-магнитопроводов 2 вращающейся части 1. В радиальных пазах, образованных Г-образными сердечниками 7 и постоянными магнитами 8, размещена катушечная обмотка 9, принадлежащая не вращающейся части 3. Полюсы индукторов (7, 8) обращены к вращающейся части 1, ориентированы в осевом направлении и отделены рабочими зазорами 12 и 13 от сердечников-магнитопроводов 2, расположенных на вращающейся части 1. Множество индукторов (7, 8) на не вращающейся части 3 в указанном круговом ряду выполнены расположенными на участках корпусного элемента 4 в виде N≥2 совокупностей групп с одинаковым четным количеством индукторов (7, 8) в каждой группе с промежутками между группами больше, чем один шаг расположения индукторов в группе, а обмотка разделена на одинаковые катушки 9, причем каждая из них охватывает одну группу указанных индукторов, а энергия, в них генерируемая, выводится по проводникам не вращающейся части 3. Каждая совокупность групп индукторов (7, 8) содержит три соседние группы, при этом каждая вторая группа в совокупности смещена на целое число периодов плюс 1/3 шага индукторов, а каждая третья группа в совокупности - на целое число периодов плюс 2/3 шага индукторов относительно первой группы. При этом совокупности групп расположены по кругу равномерно со сдвигом 360/N градусов. Вращающаяся часть 1 оперта на ступицу 5 с подшипником 6, установленным на корпусном элементе 4, или на ролики 10 с подшипниками 11, установленными на участках корпусного элемента 4, несущих группы индукторов (7, 8).The electric generator comprises a rotating part 1 with rectangular cores-magnetic cores 2 evenly spaced from magnetically soft material and a non-rotating part 3. The non-rotating part 3 comprises a housing element 4, a hub 5 mounted on the bearing 6 on the housing element 4 for rotation, a plurality of radially extending inductors arranged essentially in a circular row and containing L-shaped cores 7 of soft magnetic material and associated permanent magnets 8 with black dovaniem pole polarity. Moreover, the pitch of the inductors (7, 8) is half the pitch of the core-magnetic cores 2 of the rotating part 1. In the radial grooves formed by the L-shaped cores 7 and the permanent magnets 8, a coil winding 9 belonging to the non-rotating part 3 is placed. Poles of the inductors (7, 8) facing the rotating part 1, oriented in the axial direction and separated by working gaps 12 and 13 from the core-magnetic cores 2 located on the rotating part 1. Many inductors (7, 8) on the non-rotating part 3 in the specified circular row are located in sections of the housing element 4 in the form of N≥2 sets of groups with the same even number of inductors (7, 8) in each group with gaps between the groups more than one step of the location of the inductors in the group, and the winding is divided into identical coils 9, each of them covers one group of the indicated inductors, and the energy generated in them is output through the conductors of the non-rotating part 3. Each set of groups of inductors (7, 8) contains three neighboring groups, and each second group in the aggregate is shifted by an integer periods plus 1/3 of the inductor pitch, and every third group in the aggregate - by an integer number of periods plus 2/3 of the inductor pitch relative to the first group. Moreover, the aggregate groups are arranged in a circle evenly with a shift of 360 / N degrees. The rotating part 1 is supported on a hub 5 with a bearing 6 mounted on the housing element 4, or on rollers 10 with bearings 11 mounted on the sections of the housing element 4 carrying groups of inductors (7, 8).

Работа электрогенератора осуществляется следующим образом.The operation of the generator is as follows.

При вращении подвижной части 1 генератора все индукторы с магнитами 7, 8 одинаковой полярности в группе поочередно одновременно перекрываются (или не перекрываются) сердечниками-магнитопроводами 2, расположенными на вращающейся части 1. При этом в два раза изменяются потокосцепления катушек 9 и в них наводятся ЭДС. Последние различаются, в общем случае, по величине и временной фазе. ЭДС катушек 9 далее объединяют, и результирующая ЭДС генератора непосредственно или после выпрямления используется для питания потребителей электроэнергии и подзарядки буферной аккумуляторной батареи. При необходимости можно использовать известные схемы стабилизации напряжения постоянного тока или инвертирования для получения стабильного напряжения переменного тока стандартного уровня и частоты.When the movable part 1 of the generator rotates, all inductors with magnets 7, 8 of the same polarity in the group alternately simultaneously overlap (or do not overlap) with core-magnetic circuits 2 located on the rotating part 1. At the same time, the flux linkages of the coils 9 are changed and the emf is induced in them . The latter differ, in the general case, in magnitude and time phase. The EMF of the coils 9 are further combined, and the resulting EMF of the generator, directly or after rectification, is used to power consumers and recharge the buffer battery. If necessary, you can use the known DC voltage stabilization or invert circuit to obtain a stable AC voltage of standard level and frequency.

Claims

1. Электрогенератор, содержащий вращающуюся часть с равномерно расположенными по кругу прямоугольными сердечниками-магнитопроводами из магнитно-мягкого материала, и не вращающуюся часть, которая содержит корпусной элемент, ступицу, установленную на подшипнике на корпусном элементе с возможностью вращения, множество простирающихся в радиальном направлении индукторов, расположенных, по существу, в круговой ряд и содержащих Г-образные сердечники из магнитно-мягкого материала и связанные с ними постоянные магниты с чередованием полярности полюсов, причем шаг индукторов вдвое меньше шага сердечников-магнитопроводов вращающейся части, принадлежащую не вращающейся части упомянутого узла катушечную обмотку, размещенную в радиальных пазах, образованных Г-образными сердечниками и постоянными магнитами, при этом полюсы индукторов обращены к вращающейся части, ориентированы в осевом направлении и отделены рабочим зазором от сердечников-магнитопроводов, расположенным на вращающейся части, отличающийся тем, что множество индукторов на невращающейся части в указанном круговом ряду выполнены расположенными на участках корпусного элемента в виде N≥2 совокупностей групп с одинаковым четным количеством индукторов в каждой группе с промежутками между группами больше, чем один шаг расположения индукторов в группе, а обмотка разделена на одинаковые катушки, причем каждая из них охватывает одну группу указанных индукторов, а энергия, в них генерируемая, выводится по проводникам невращающейся части.1. An electric generator comprising a rotating part with rectangular cores-magnetic circuits evenly spaced from magnetically soft material, and a non-rotating part, which comprises a housing element, a hub mounted rotatably on a bearing on the housing element, a plurality of radially extending inductors located essentially in a circular row and containing L-shaped cores of soft magnetic material and associated permanent magnets with alternating polar there are poles, and the pitch of the inductors is half the pitch of the core-magnetic circuits of the rotating part, the coil winding belonging to the non-rotating part of the said assembly is placed in radial grooves formed by L-shaped cores and permanent magnets, while the poles of the inductors are facing the rotating part, oriented axially direction and separated by a working gap from the core-magnetic circuits located on the rotating part, characterized in that the set of inductors on the non-rotating part in the specified circle Next, they are arranged in sections of the housing element in the form of N≥2 sets of groups with the same even number of inductors in each group with gaps between the groups more than one step of the location of the inductors in the group, and the winding is divided into identical coils, each of which covers one a group of these inductors, and the energy generated in them is output through the conductors of the non-rotating part.

2. Электрогенератор по п.1, отличающийся тем, что каждая совокупность групп индукторов содержит три соседние группы, при этом каждая вторая группа в совокупности смещена на целое число периодов плюс 1/3 шага индукторов, а каждая третья группа в совокупности - на целое число периодов плюс 2/3 шага индукторов относительно первой группы.2. The generator according to claim 1, characterized in that each set of inductor groups contains three adjacent groups, each second group in the aggregate is shifted by an integer number of periods plus 1/3 of the inductor pitch, and every third group in the aggregate is shifted by an integer periods plus 2/3 steps of the inductors relative to the first group.

3. Электрогенератор по п.1, отличающийся тем, что совокупности групп расположены по кругу равномерно со сдвигом 360/N градусов.3. The generator according to claim 1, characterized in that the aggregate groups are arranged in a circle evenly with a shift of 360 / N degrees.

4. Электрогенератор по п.1, отличающийся тем, что вращающаяся часть оперта на ступицу с подшипником, установленным на корпусном элементе, или на ролики с подшипниками, установленные на участках корпусного элемента, несущих группы индукторов. 4. The generator according to claim 1, characterized in that the rotating part is supported on a hub with a bearing mounted on the housing element, or on rollers with bearings mounted on sections of the housing element carrying groups of inductors.