RU2147155C1 - Current generator - Google Patents
Current generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2147155C1 RU2147155C1 RU98122494A RU98122494A RU2147155C1 RU 2147155 C1 RU2147155 C1 RU 2147155C1 RU 98122494 A RU98122494 A RU 98122494A RU 98122494 A RU98122494 A RU 98122494A RU 2147155 C1 RU2147155 C1 RU 2147155C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- permanent magnets
- magnets
- coils
- contacts
- current generator
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 2
- BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] Chemical compound N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000012772 electrical insulation material Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкциям магнитоэлектрических генераторов тока, приводимых во вращение, например, ветровым лопастным колесом. The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to the construction of magnetoelectric current generators driven into rotation, for example, by a wind impeller.
Известны магнитоэлектрические торцевые генераторы переменного тока, содержащие корпус, приводной вал, на котором закреплен ротор с магнитопроводами и постоянными магнитами, размещенными по окружности магнитопровода, статор в виде диска с катушками рабочих обмоток [1]. Known magnetoelectric end alternators containing a housing, a drive shaft, on which a rotor is fixed with magnetic circuits and permanent magnets placed around the circumference of the magnetic circuit, a stator in the form of a disk with coils of working windings [1].
Существенными недостатками этих устройств являются низкий КПД и низкая удельная мощность генератора. Significant disadvantages of these devices are low efficiency and low power density of the generator.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является "Торцевой генератор переменного тока" [2], содержащий корпус с опорными подшипниками и приводным валом, на котором жестко закреплен ротор, выполненный в виде двух связанных между собой дисковых магнитопроводов и аксиально намагниченных постоянных магнитов, которые расположены дискретно по окружности обращенных одна к другой стороне магнитопроводов, статор в виде диска из электроизоляционного материала с катушками рабочей обмотки, с элементами для регулирования величины воздушных зазоров между ротором и статором. The closest in technical essence to the proposed solution is the “Face alternator” [2], containing a housing with thrust bearings and a drive shaft, on which the rotor is rigidly mounted, made in the form of two interconnected disk magnetic circuits and axially magnetized permanent magnets, which located discretely around the circumference facing one side of the magnetic circuits, the stator in the form of a disk of electrical insulation material with coils of the working winding, with elements for regulation air gaps between the rotor and the stator.
Недостатком устройства, как и аналога, являются низкий КПД и низкая удельная мощность генератора. The disadvantage of the device, as well as the analogue, are low efficiency and low specific power of the generator.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание генераторов с внешним ротором с высоким КПД и высокой удельной мощностью. The objective of the invention is to remedy these disadvantages and the creation of generators with an external rotor with high efficiency and high specific power.
Задача решается тем, что предлагаемый генератор тока (ГТ), содержащий корпус с подшипниками, опирающимися на вал, дисковые магнитопроводы и аксиально намагниченные основные постоянные магниты с чередующейся полярностью, катушки обмоток статора, отличаются тем, что снабжен датчиками положения ротора, блоком управления, дополнительными рядами постоянных магнитов, размещенными между основными магнитами, причем вал выполнен полым с отверстиями с закрепленными на нем дисками электрических блоков статора, чередующихся с постоянными магнитами, каждый из блоков содержит диэлектрическое кольцо с отверстием, контактами и радиатор, в пазах которого установлены датчики положения ротора и обмотки, выполненные в виде квазикольцевых катушек, выводы которых присоединены к контактам диэлектрического кольца и объединены в фазовые секции, при этом постоянные магниты установлены в обоймах, соединены между собой с образованием корпуса и тороидальных зазоров, в пространстве которых размещены электрические блоки статора, причем чередующиеся магнитные поля магнитов направлены навстречу друг другу, а выводы датчиков положения ротора подключены к контактам диэлектрического кольца и через отверстия этого кольца и полого вала подключены к управляющим входам блока управления, фазовые секции катушек также подключены к контактам диэлектрического кольца, а в рядах электрических блоков соединены последовательно или параллельно, или последовательно-параллельно и через отверстия диэлектрических колец и полого вала подключены к электрической нагрузке, а другими выводами - к силовым ключам блока управления. The problem is solved in that the proposed current generator (GT), comprising a housing with bearings resting on the shaft, disk magnetic cores and axially magnetized main permanent magnets with alternating polarity, stator winding coils, are characterized in that they are equipped with rotor position sensors, a control unit, additional rows of permanent magnets located between the main magnets, and the shaft is made hollow with holes with fixed disks of the electric blocks of the stator, alternating with permanent magnets mi, each of the blocks contains a dielectric ring with a hole, contacts and a radiator, in the slots of which rotor and winding position sensors are installed, made in the form of quasi-ring coils, the terminals of which are connected to the contacts of the dielectric ring and combined into phase sections, while the permanent magnets are installed in clips are interconnected with the formation of the housing and toroidal gaps, in the space of which are placed the electric blocks of the stator, and the alternating magnetic fields of the magnets are directed towards each other, and the terminals of the rotor position sensors are connected to the contacts of the dielectric ring and through the holes of this ring and the hollow shaft are connected to the control inputs of the control unit, the phase sections of the coils are also connected to the contacts of the dielectric ring, and in the rows of electrical blocks are connected in series or in parallel, or sequentially-in parallel and through the holes of the dielectric rings and the hollow shaft are connected to the electrical load, and other leads to the power switches of the control unit.
Генератор тока может отличаться тем, что постоянные магниты и электрические блоки установлены тороидальными зазорами горизонтально к оси вала. The current generator may differ in that the permanent magnets and electrical units are mounted with toroidal gaps horizontally to the axis of the shaft.
Генератор тока может отличаться тем, что постоянные магниты и электрические блоки установлены тороидальными зазорами под углом к оси вала. The current generator may differ in that the permanent magnets and electrical units are mounted with toroidal gaps at an angle to the axis of the shaft.
Такие конструкции позволяют значительно уменьшить габариты генераторов. Генератор тока может отличаться тем, что обмотки катушек выполнены из электропроводной ленты, например сверхпроводящей, покрытой изоляцией. При этом уменьшается активное сопротивление обмоток и увеличивается удельная мощность генератора. Such designs can significantly reduce the size of the generators. The current generator may differ in that the windings of the coils are made of electrically conductive tape, for example superconducting, coated with insulation. In this case, the active resistance of the windings decreases and the specific power of the generator increases.
Генератор тока (ГТ) может отличаться тем, что магниты выполнены в виде отдельных секций постоянных магнитов. The current generator (GT) may differ in that the magnets are made in the form of separate sections of permanent magnets.
При этом повышается технологичность производства генераторов и снижается его стоимость, особенно для мощностей от 10 кВт и более. At the same time, the manufacturability of the production of generators is increased and its cost is reduced, especially for capacities of 10 kW or more.
Конструкция и принцип работы генератора тока поясняются чертежами, где
- на фиг. 1 показан один из вариантов реализации ГТ, состоящий из трех тороидальных магнитов, установленных в обоймах ротора, чередующихся с двумя электрическими блоками, закрепленными между собой и статором, при этом тороидальные зазоры установлены под прямым углом к оси вала;
- на фиг. 2 приведена схема электрическая, принципиальная ГТ с блоком управления, состоящим из силовых, тиристорных ключей, коммутирующих секции катушек к электрической нагрузке и управляемых датчиками Холла;
- на фиг. 3 - конструктивное исполнение электрического блока, содержащего диэлектрическое кольцо с отверстием, контактами и радиатор, в пазах которого установлены ленточные катушки и датчики положения чередующегося магнитного поля ротора, например датчики Холла;
- на фиг. 4 - топология контактов диэлектрического кольца с отверстием, обеспечивающих электрическое соединение катушек в три фазовые секции и соединение датчиков положения ротора между собой, нагрузкой, блоком управления и другими электрическими блоками;
- на фиг. 5 - эпюры напряжения в электрических блоках в зависимости от положения фазовых секций катушек и чередующегося магнитного поля ротора;
- на фиг. 6 и 7 представлены схемы размещения магнитов и электрических блоков, установленных тороидальными зазорами под углом и горизонтально оси вала соответственно.The design and principle of operation of the current generator are illustrated by drawings, where
- in FIG. 1 shows one of the options for the implementation of the GT, consisting of three toroidal magnets mounted in the cages of the rotor, alternating with two electrical units fixed to each other and the stator, while the toroidal gaps are set at right angles to the axis of the shaft;
- in FIG. Figure 2 shows an electrical circuit diagram of a main circuit with a control unit consisting of power thyristor switches, switching sections of coils to an electrical load and controlled by Hall sensors;
- in FIG. 3 is a design of an electrical unit containing a dielectric ring with a hole, contacts and a radiator, in the grooves of which are mounted ribbon coils and position sensors of the alternating magnetic field of the rotor, for example Hall sensors;
- in FIG. 4 - the topology of the contacts of the dielectric ring with the hole, providing electrical connection of the coils in three phase sections and the connection of the rotor position sensors to each other, load, control unit and other electrical units;
- in FIG. 5 - voltage plots in electrical units depending on the position of the phase sections of the coils and the alternating magnetic field of the rotor;
- in FIG. 6 and 7 show the arrangement of magnets and electrical units installed by toroidal gaps at an angle and horizontal axis of the shaft, respectively.
Генератор содержит корпус, состоящий из двух дисковых магнитопроводов 1 на подшипниках 2, сидящих на полом валу 3 статора и упирающихся на торцы крайних магнитов 4. Три магнита 4 чередуются с двумя электрическими блоками 5, содержащими диэлектрическое кольцо 6 с контактами 15, отверстием и радиатор 7. The generator contains a housing consisting of two disk
Диэлектрическое кольцо 6 электрическими контактами соединяет шесть ленточных катушек 8 в три фазовые секции и три датчика 9 положения ротора, например датчика Холла, регистрирующих положение ротора по изменению чередующегося поля магнита 4. Датчики 9 соединены с управляющими входами блока 12 управления. Фазовые секции катушек 8 смещены друг относительно друга на 60, а датчики 9 - на 120 градусов и в процессе перемещения ротора формируют три группы сигналов управления силовыми ключами 14 блока 12 управления. Силовые ключи 14 обеспечивают синхронное автоматическое подключение фазовых секций катушек 8 к общему проводу, другие концы обмоток катушек 8 подключены к электрической нагрузке 13, например к аккумулятору. A
Катушки 8 и датчики 9 установлены в пазах радиатора 7, который обеспечивает отвод тепла и механическую прочность электрического блока 5. Все магниты 4 установлены в обоймах 10, соединены между собой и с магнитопроводами 1 с образованием корпуса генератора и двух тороидальных зазоров 11, в пространстве которых размещены электрические блоки 5, закрепленные на полом валу 3 статора. Ряды магнитов 4 установлены в обоймах 10 и формируют корпус генератора таким образом, что их чередующиеся магнитные поля направлены навстречу друг другу (см. фиг. 5) и замыкаются магнитопроводами 1, при этом напряженность магнитного поля всех магнитов 4 суммируется в тороидальных зазорах 11 и взаимодействует с фазовыми секциями катушек 8, установленных в электрических блоках 5 статора, создавая в них в процессе вращения ротора электродвижущую силу (ЭДС).
При выполнении катушек 8 из сверхпроводящей изолированной ленты электрическое сопротивление обмоток уменьшается и соответственно увеличиваются КПД и удельная мощность генератора. When making
Фазовые секции катушек 8 в различных рядах электрических блоков 5 подключены параллельно, возможно и последовательное, а также последовательно-параллельное подключение фазовых секций катушек, при этом электродвижущая сила, наведенная в фазовых обмотках, будет суммироваться и соответственно возрастать. The phase sections of the
Изменение схемы подключения фазовых секций катушек 8 дает возможность управлять величиной электродвижущей силы генератора, т.е. величиной и формой выходного напряжения и тока генератора. Changing the connection scheme of the phase sections of the
Силовые ключи 14 могут быть выполнены на основе симметричных тиристоров, это дает возможность формировать на нагрузке переменную электродвижущую силу, т. е. создавать генераторы переменного тока. Когда силовые ключи включаются только на одну, например, положительную фазу ЭДС, на нагрузке создается однополярное, т.е. постоянное, напряжение.
Генератор тока предлагаемой конструкции работает следующим образом. При вращении ротора в фазовых секциях катушек 8 электрических блоков 5 возникает ЭДС, которая суммируется при соответствующем подключении секции катушек в фазовое напряжение на нагрузке. The current generator of the proposed design operates as follows. When the rotor rotates in the phase sections of the
Поскольку предложенное объединение рядов электрических блоков 5 и расположение тороидального магнитного поля 11 с чередующейся полярностью формируют в зазоре напряженность поля, которая вызывает срабатывание датчиков 9 положения ротора, происходит срабатывание силовых ключей 14 под действием сигналов I1, I2, I3, поступающих от датчиков 9, которые подключают ЭДС, возникающие в обмотках фазовых секций катушек 8, в соответствующих фазовых соотношениях к электрической нагрузке 13 (см. фиг. 5). При этом возникает фазовое, суммарное, напряжение на нагрузке 13, , обеспечивающее высокий КПД и высокую удельную мощность генератора.Since the proposed combination of the rows of
Потокосцепление магнитного поля с обмотками приводит к возникновению ЭДС в зависимости от положения чередующегося поля ротора, определяющего возникновение в фазовых обмотках электродвижущей силы U1, U2, U3.The flux linkage of the magnetic field with the windings leads to the emergence of an EMF depending on the position of the alternating rotor field, which determines the occurrence of the electromotive force U 1 , U 2 , U 3 in the phase windings.
Это приводит к появлению напряжения индукции по синусоидальному закону. В течение периода оно дважды меняет знак, т.е. является переменным напряжением. Суммирование ЭДС, наводимых в нескольких фазовых секциях катушек в тороидальных, с чередующейся полярностью, зазорах 11 нескольких магнитов, дает возможность получить высокую удельную мощность генератора, а также и КПД. Таким образом, изобретение позволяет при высоком уровне унификации узлов и деталей производить генераторы, конкурентоспособные на мировом рынке. This leads to the appearance of an induction voltage according to a sinusoidal law. During the period, it changes sign twice, i.e. is an alternating voltage. The summation of the EMF induced in several phase sections of the coils in the toroidal, with alternating polarity,
Литература
1. Заявка Великобритании N 1491026, Кл. H 02 K 21/00, 1977 г.Literature
1. Application of Great Britain N 1491026, Cl. H 02 K 21/00, 1977
2. Патент СССР N 1835116, Кл. H 02 K 21/12, БИ N 30, 1993 г. 2. USSR patent N 1835116, Cl. H 02 K 21/12, BI N 30, 1993
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98122494A RU2147155C1 (en) | 1998-12-04 | 1998-12-04 | Current generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98122494A RU2147155C1 (en) | 1998-12-04 | 1998-12-04 | Current generator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2147155C1 true RU2147155C1 (en) | 2000-03-27 |
Family
ID=20213344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98122494A RU2147155C1 (en) | 1998-12-04 | 1998-12-04 | Current generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2147155C1 (en) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2327273C1 (en) * | 2007-05-03 | 2008-06-20 | Игорь Николаевич Попов | Method of measuring the rotor current of synchronous generators with brushless excitation |
| RU2340068C1 (en) * | 2007-06-27 | 2008-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенская государственная технологическая академия" | Electrical machine with disk rotor |
| RU2402858C1 (en) * | 2009-10-12 | 2010-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУ ВПО "КубГТУ") | Axial contactless direct current generator |
| RU2470446C1 (en) * | 2011-05-27 | 2012-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУ ВПО "КубГТУ") | Stabilised axial dc generator |
| RU2510565C1 (en) * | 2012-11-22 | 2014-03-27 | Евгений Евгеньевич Голубков | Low-speed current generator |
| RU2528378C2 (en) * | 2012-02-28 | 2014-09-20 | Михаил Федорович Ефимов | Magnetoelectric machine with auxiliary motor |
| RU2529210C1 (en) * | 2013-10-03 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") | Axial contact-free engine-generator |
| CN105811722A (en) * | 2015-12-28 | 2016-07-27 | 于德龙 | Multi-magnet DC motor |
| RU2601952C1 (en) * | 2015-04-29 | 2016-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Axial controlled contactless engine-generator |
| RU2633374C1 (en) * | 2016-11-15 | 2017-10-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Non-contact multiphase ac generator |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1491026A (en) * | 1974-04-04 | 1977-11-09 | Gen Electric Canada | Synchronous dynamoelectric machine |
| WO1997018617A1 (en) * | 1995-11-15 | 1997-05-22 | Palmer, Charles, L. | Method and apparatus for improving the efficiency of a permanent magnet motor |
-
1998
- 1998-12-04 RU RU98122494A patent/RU2147155C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1491026A (en) * | 1974-04-04 | 1977-11-09 | Gen Electric Canada | Synchronous dynamoelectric machine |
| WO1997018617A1 (en) * | 1995-11-15 | 1997-05-22 | Palmer, Charles, L. | Method and apparatus for improving the efficiency of a permanent magnet motor |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Т.КЕНИО, С.НАГОМОРИ. Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с. 94 - 96, рис. 5-27, 5-28. * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2327273C1 (en) * | 2007-05-03 | 2008-06-20 | Игорь Николаевич Попов | Method of measuring the rotor current of synchronous generators with brushless excitation |
| RU2340068C1 (en) * | 2007-06-27 | 2008-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенская государственная технологическая академия" | Electrical machine with disk rotor |
| RU2402858C1 (en) * | 2009-10-12 | 2010-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУ ВПО "КубГТУ") | Axial contactless direct current generator |
| RU2470446C1 (en) * | 2011-05-27 | 2012-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУ ВПО "КубГТУ") | Stabilised axial dc generator |
| RU2528378C2 (en) * | 2012-02-28 | 2014-09-20 | Михаил Федорович Ефимов | Magnetoelectric machine with auxiliary motor |
| RU2510565C1 (en) * | 2012-11-22 | 2014-03-27 | Евгений Евгеньевич Голубков | Low-speed current generator |
| RU2529210C1 (en) * | 2013-10-03 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") | Axial contact-free engine-generator |
| RU2601952C1 (en) * | 2015-04-29 | 2016-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Axial controlled contactless engine-generator |
| CN105811722A (en) * | 2015-12-28 | 2016-07-27 | 于德龙 | Multi-magnet DC motor |
| RU2633374C1 (en) * | 2016-11-15 | 2017-10-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Non-contact multiphase ac generator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20220302811A1 (en) | Multi-tunnel electric motor/generator | |
| US6121705A (en) | Alternating pole AC motor/generator with two inner rotating rotors and an external static stator | |
| US4645961A (en) | Dynamoelectric machine having a large magnetic gap and flexible printed circuit phase winding | |
| US7898135B2 (en) | Hybrid permanent magnet motor | |
| KR101192483B1 (en) | Monopole field electric motor-generator with switchable coil configuration | |
| US10447103B2 (en) | Multi-tunnel electric motor/generator | |
| US4200831A (en) | Compensated pulsed alternator | |
| US4188556A (en) | Electro-mechanical machine | |
| US3237036A (en) | Commutating dynamo-electric machine | |
| US10587178B2 (en) | Method and apparatus for power generation | |
| CA2038480C (en) | Two-stator induction synchronous motor | |
| RU2147155C1 (en) | Current generator | |
| USRE33628E (en) | Electro-mechanical machine with pie-shaped coils on disc rotor | |
| RU2141159C1 (en) | Permanent-magnet torque motor | |
| CA2024384A1 (en) | Double air gap alternator | |
| RU2156191C2 (en) | Motorized wheel | |
| RU2091969C1 (en) | Commutatorless dc motor | |
| RU98122496A (en) | MOTOR WHEEL | |
| US3624439A (en) | Electromechanical energy converter with low-inertia specially wound coil | |
| US9831753B2 (en) | Switched reluctance permanent magnet motor | |
| RU2146849C1 (en) | Overhung current generator | |
| RU2047936C1 (en) | Synchronous motor | |
| RU2001123704A (en) | ELECTRIC MACHINE WITH PERMANENT MAGNETS AND ENERGY SAVING CONTROL | |
| US5146125A (en) | DC electric rotating machine using hall effect material | |
| RU2241298C1 (en) | Electrical machine |