RU2716011C1 - Magnetoelectric generator - Google Patents
Magnetoelectric generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2716011C1 RU2716011C1 RU2019128030A RU2019128030A RU2716011C1 RU 2716011 C1 RU2716011 C1 RU 2716011C1 RU 2019128030 A RU2019128030 A RU 2019128030A RU 2019128030 A RU2019128030 A RU 2019128030A RU 2716011 C1 RU2716011 C1 RU 2716011C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stator
- rotor
- plates
- cores
- permanent magnets
- Prior art date
Links
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000007779 soft material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 34
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 30
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000826860 Trapezium Species 0.000 description 2
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002889 diamagnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910001095 light aluminium alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/24—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets axially facing the armatures, e.g. hub-type cycle dynamos
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
- H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, а именно к низкооборотным электрическим генераторам, и может быть использовано, в частности, в ветроэнергетических установках. The invention relates to the field of electrical engineering, namely to low-speed electric generators, and can be used, in particular, in wind energy installations.
Известен магнитоэлектрический генератор (пат. РФ №2521048, МПК H02К21/24, H02Н1/27, опубл. 27.06.2014 г.), включающий статор с тороидальным магнитопроводом с радиально расположенными зубцами, сгруппированными по три зубца в каждой группе, на которых размещены обмотки статора, и укрепленный на валу дисковый ротор с постоянными магнитами с осевой намагниченностью и чередующейся полярностью, каждой группе зубцов с обмотками статора соответствует группа, состоящая из двух постоянных магнитов ротора, при этом расстояние между крайними гранями магнитов каждой группы по дуге, концентричной относительно оси ротора и проходящей по середине магнитов, соответствует расстоянию по той же дуге между крайними точками обмоток статора в каждой группе. При этом практически достигается существенное снижение эффекта «залипания» ротора магнитоэлектрического генератора при одновременном увеличении его КПД. Known magnetoelectric generator (US Pat. RF №2521048, IPC H02K21 / 24, H02H1 / 27, publ. 06/27/2014), including a stator with a toroidal magnetic circuit with radially spaced teeth, grouped into three teeth in each group, on which the windings are located stator, and a disk rotor mounted on the shaft with permanent magnets with axial magnetization and alternating polarity, each group of teeth with stator windings corresponds to a group consisting of two permanent rotor magnets, with the distance between the extreme edges of the magnets Doi group in an arc concentric with the rotor axis and passing through the middle magnets corresponds to the distance on the same arc between the outermost points of the stator windings in each group. In this case, a substantial decrease in the effect of “sticking” of the rotor of the magnetoelectric generator is achieved with a simultaneous increase in its efficiency.
Недостатком известного магнитоэлектрического генератора является низкая эффективность использования постоянных магнитов, обусловленная креплением постоянных магнитов одним из полюсов к диску ротора, в результате чего конструктивно эти полюса исключаются из преобразования энергии при формировании ЭДС.A disadvantage of the known magnetoelectric generator is the low efficiency of using permanent magnets, due to the mounting of permanent magnets by one of the poles to the rotor disk, as a result of which these poles are structurally excluded from energy conversion during the formation of the EMF.
Известен магнитоэлектрический генератор (пат. РФ №2427067, МПК H02К21/24, H02Н3/24, H02Н16/02, опубл. 20.08.2011 г.), ротор которого снабжен постоянными магнитами, а статор содержит две параллельные пластины, между которыми размещены кольцевые обмотки, ротор выполнен из двух закрепленных на валу параллельных дисков, на каждом из которых на обращенных друг к другу поверхностях размещены кольцеобразные ряды постоянных магнитов, расположенных в каждом ряду эквидистантно, полярность постоянных магнитов каждого ряда чередуется, при этом полюса постоянных магнитов одного ряда обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов другого ряда, а кольцевые обмотки статора выполнены в форме равнобедренных трапеций, боковые стороны которых расположены радиально относительно оси вращения ротора, а участки кольцевых обмоток в основаниях трапеций выгнуты по дуге, кольцевые обмотки попарно вставлены друг в друга, при этом расстояние между участками кольцевых обмоток в основаниях трапеций превышает ширину кольцеобразного ряда постоянных магнитов. Основным преимуществом данного технического решения является уменьшение пускового момента и уровня шума в процессе работы и незначительное повышение КПД.Known magnetoelectric generator (US Pat. RF No. 2427067, IPC H02K21 / 24, H02H3 / 24, H02H16 / 02, publ. 08/20/2011), the rotor of which is equipped with permanent magnets, and the stator contains two parallel plates, between which there are ring windings , the rotor is made of two parallel disks mounted on the shaft, on each of which on the surfaces facing each other there are ring-shaped rows of permanent magnets located in each row equidistant, the polarity of the permanent magnets of each row is alternated, while the poles of permanent magnets The rows of one row face the opposite poles of the permanent magnets of the other row, and the stator ring windings are made in the form of isosceles trapezoidal, the sides of which are located radially relative to the axis of rotation of the rotor, and the sections of the ring windings in the trapezoid bases are curved in an arc, the ring windings are inserted into each other in pairs while the distance between the sections of the annular windings in the bases of the trapezoid exceeds the width of the annular row of permanent magnets. The main advantage of this technical solution is to reduce the starting torque and noise level during operation and a slight increase in efficiency.
Недостатком известного магнитоэлектрического генератора является низкая эффективность использования постоянных магнитов, обусловленная креплением постоянных магнитов одним из полюсов к дискам ротора и конструктивное исключение этих полюсов из преобразования при формировании ЭДС. Низкая эффективность использования постоянных магнитов, свойственная многим известным техническим решениям, при одинаковой номинальной мощности приводит к увеличению массы и габаритов, снижению эффективности использования постоянных магнитов до 50 % и увеличению стоимости магнитоэлектрических машин. Кроме того, отсутствие сердечников из электротехнической стали у кольцевых обмоток статора приводит к значительному снижению напряженности магнитного поля, так как воздушный промежуток между рядами постоянных магнитов дисков ротора, обусловленный размерами обмоток статора, представляет собой значительное магнитное сопротивление. В конечном итоге это приводит к снижению индуцируемой в обмотках статора ЭДС и, соответственно, КПД магнитоэлектрического генератора. A disadvantage of the known magnetoelectric generator is the low efficiency of the use of permanent magnets, due to the mounting of permanent magnets by one of the poles to the rotor disks and the structural exclusion of these poles from the conversion during EMF formation. The low efficiency of the use of permanent magnets, which is inherent in many well-known technical solutions, with the same rated power, leads to an increase in mass and dimensions, a decrease in the efficiency of the use of permanent magnets by up to 50% and an increase in the cost of magnetoelectric machines. In addition, the absence of cores of electrical steel at the stator windings leads to a significant decrease in the magnetic field, since the air gap between the rows of permanent magnets of the rotor disks, due to the size of the stator windings, represents a significant magnetic resistance. Ultimately, this leads to a decrease in the EMF induced in the stator windings and, accordingly, the efficiency of the magnetoelectric generator.
Известен ветрогенератор (Патент Украины № 86126, МПК (2009) F03D 9/00, 1/00, 3/00, опубл. 25.03.2009), содержащий ротор, выполненный из диамагнитного материала, установленный на одном валу с ветроколесом, и статор. Магнитная система статора состоит из обмоток, установленных на кольцевом магнитопроводе, причем статор выполнен из трех соединенных многоканальными магнитопроводами ферромагнитных пластин, укрепленных на эстакаде с общей центральной осью симметрии, совпадающей с валом ветроколеса, и одинаковыми воздушными зазорами между их плоскостями. На верхней и нижней пластинах ротора равномерно по окружности установлены одинаковые цепочки постоянных магнитов, каждая пара которых размещена одна против другой, а магниты, которые являются противоположными, имеют одинаковую полярность. Посередине между соответствующими парами магнитов закреплены модули, состоящие из сердечников с катушками индуктивности, которые образуют круговую цепочку с полюсным делением, равным полюсному распределению системы магнитов. При этом магнитные потоки статора замыкаются через систему магнитопроводов. Ротор выполнен в виде двух тонких дисков, закрепленных на общем валу и установленных в зазоры между пластинами статора. В каждом диске в зонах ортогональных проекций магнитных полюсов на его плоскости выполнены отверстия, перемежающиеся со сплошными участками, причем размеры тех и других в круговом направлении равны размерам полюсных граней магнитов. Диски сдвинуты друг относительно друга на угол, при котором отверстия на одном диске ротора находятся напротив сплошных участков между отверстиями на другом диске. Указанный ветрогенератор имеет максимально малую массу ротора, поскольку на роторе отсутствуют активные детали генератора, а якорь и индуктор в данной схеме неподвижны.Known wind generator (Patent of Ukraine No. 86126, IPC (2009)
Недостатком данного генератора является низкая эффективность использования постоянных магнитов, определенная образованием ЭДС только одним полюсом каждой пары постоянных магнитов, размещенных один напротив другого на верхней и нижней пластинах ротора. Магнитная система статора имеет значительную массу кольцевого магнитопровода, состоящего из трех соединенных многоканальными магнитопроводами ферро магнитных пластин, укрепленных на эстакаде с общей центральной осью симметрии, что повышает общую массу генератора. Кроме того, при низкой скорости вращения ротора снижается уровень наведенных вихревых токов в его материале и создается небольшой эффект экранирования магнитного поля (скин-эффект), что приводит к отсутствию перемагничивания в статорной электромагнитной системе и образованию ЭДС.The disadvantage of this generator is the low efficiency of the use of permanent magnets, determined by the formation of the EMF by only one pole of each pair of permanent magnets placed one opposite the other on the upper and lower plates of the rotor. The stator magnetic system has a significant mass of an annular magnetic circuit, consisting of three ferro magnetic plates connected by multichannel magnetic circuits, mounted on a flyover with a common central axis of symmetry, which increases the total mass of the generator. In addition, at a low rotor speed, the level of induced eddy currents in its material decreases and a small screening effect of the magnetic field (skin effect) is created, which leads to the absence of magnetization reversal in the stator electromagnetic system and the formation of EMF.
Кроме того, известны аналогичные технические решения: магнитоэлектрические генераторы (пат. РФ №2521048, МПК H02K 21/24, H02K 1/27 опубл. 27.08.2014), (пат. РФ №2427067, МПК H02K 21/24, H02K 3/24, H02K 16/02 опубл. 20.08.2011), (пат. РФ №, 115978 МПК H02K 21/24, H02K 1/06, H02K 1/27 опубл. 10.05.2012), (пат. РФ №139411, МПК H02K 21/24, опубл. 20.04.2011), (пат. РФ №143802, МПК H02K 21/24, опубл. 27.07.2006).In addition, similar technical solutions are known: magnetoelectric generators (US Pat. RF No. 2521048, IPC
Общим недостатком известных технических решений также является низкая эффективность использования полюсов постоянных магнитов, обусловленная креплением постоянных магнитов одним из полюсов к дискам ротора, конструктивное исключение этих полюсов из преобразования при формировании ЭДС, ведущее к общему увеличению массы и габаритов каждого магнитоэлектрического генератора, увеличению стоимости магнитоэлектрических машин при одинаковой номинальной мощности.A common drawback of the known technical solutions is also the low efficiency of using the poles of permanent magnets, due to the fastening of the permanent magnets by one of the poles to the rotor disks, the structural exclusion of these poles from the conversion during the formation of the EMF, leading to a general increase in the mass and dimensions of each magnetoelectric generator, and an increase in the cost of magnetoelectric machines at the same rated power.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является принятый за прототип магнитоэлектрический генератор (пат. РФ №2515998, бюлл. №14, МПК H02К21/24, H02Н16/04, H02К1/12, опубл. 20.05.2014 г.), в котором ротор генератора содержит закрепленный на валу диск, на котором размещен кольцеобразный ряд постоянных магнитов с чередующейся полярностью. Магниты расположены эквидистантно относительно друг друга. Статор содержит две параллельные пластины, между которыми на сердечниках из электротехнической стали, укрепленных на пластинах статора, размещены обмотки статора. Сердечники выполнены в виде двух колец, на обращенных друг к другу поверхностях которых выполнены выступы. Ширина выступа составляет половину ширины постоянного магнита. Выступы одного из сердечников смещены по окружности относительно выступов другого сердечника на половину ширины постоянного магнита.The closest technical solution to the claimed invention is adopted as a prototype magnetoelectric generator (US Pat. RF No. 2515998, bull. No. 14, IPC H02K21 / 24, H02H16 / 04, H02K1 / 12, publ. 05/20/2014), in which the rotor The generator contains a disk mounted on the shaft, on which is placed an annular row of permanent magnets with alternating polarity. The magnets are equidistant relative to each other. The stator contains two parallel plates, between which stator windings are placed on the cores of electrical steel, mounted on the stator plates. The cores are made in the form of two rings, the protrusions are made on the surfaces facing each other. The width of the protrusion is half the width of the permanent magnet. The protrusions of one of the cores are circumferentially offset relative to the protrusions of the other core by half the width of the permanent magnet.
Основным преимуществом данного технического решения является повышение мощности генератора и уменьшение флуктуации выходного напряжения за счет обеспечения минимального и постоянного по величине зазора между статором и ротором, а также исключение эффекта «залипания ротора» путем смещения выступов одного из сердечников по окружности относительно выступов другого сердечника на половину ширины постоянного магнита. Кроме того, при формировании ЭДС используются все полюса постоянных магнитов ротора, что значительно увеличивает эффективность использования постоянных магнитов по сравнению с предыдущими техническими решениями.The main advantage of this technical solution is to increase the generator power and reduce fluctuations in the output voltage by providing a minimum and constant gap between the stator and the rotor, as well as eliminating the effect of “sticking the rotor” by shifting the protrusions of one of the cores around the circle relative to the protrusions of the other core by half the width of the permanent magnet. In addition, in the formation of the EMF, all poles of the permanent rotor magnets are used, which significantly increases the efficiency of using permanent magnets in comparison with previous technical solutions.
Недостатком прототипа является форма выступов сердечников, отличающаяся от равнобедренных трапеций, что приводит к нерациональному заполнению кольцевыми обмотками промежутков между выступами сердечников электромагнитной системы статора и образованию пустот между кольцевыми обмотками по максимальному радиусу заполнения в зоне формирования магнитного потока статорной электромагнитной системы, что приводит к общему снижению КПД. Другим существенным недостатком является конструктивная особенность генератора, состоящего только из двух статорных пластин, между которыми на валу размещен диск ротора, что предопределяет плоскую форму корпуса генератора и допускает только фланцевое крепления генератора. При производстве линейки данного генератора с различной номинальной мощностью по возрастающей будет происходить незначительное увеличение длины корпуса и значительное увеличение диаметра корпуса, что приведет к увеличению радиуса крепежных отверстий и необходимости усиления пространственного положения заднего подшипника за счет увеличения механической прочности корпуса генератора путем увеличения толщины и, соответственно, массы генератора. При последовательном механическом соединении валов генераторов для суммирования выходной мощности возрастает сложность изготовления промежуточных рам и центровки между собой валов генераторов и ведущего вала, а также возникает необходимость применения дополнительных соединительных муфт или установки нескольких корпусов генераторов на одном валу, что приводит к значительному увеличению трудоемкости монтажа генераторов и увеличению общей массы генераторной установки.The disadvantage of the prototype is the shape of the protrusions of the cores, which differs from isosceles trapeziums, which leads to irrational filling of the windings between the protrusions of the cores of the stator electromagnetic system with ring windings and the formation of voids between the ring windings along the maximum filling radius in the zone of formation of the magnetic flux of the stator electromagnetic system, which leads to a general decrease Efficiency. Another significant drawback is the design feature of the generator, consisting of only two stator plates, between which the rotor disk is placed on the shaft, which determines the flat shape of the generator housing and allows only flange mounting of the generator. In the production of the line of this generator with different rated powers, there will be a slight increase in the length of the housing and a significant increase in the diameter of the housing, which will lead to an increase in the radius of the mounting holes and the need to strengthen the spatial position of the rear bearing by increasing the mechanical strength of the generator housing by increasing the thickness and, accordingly mass generator. With a sequential mechanical connection of the shafts of the generators to summarize the output power, the complexity of manufacturing intermediate frames and aligning the shafts of the generators and the drive shaft increases, as well as the need to use additional couplings or install several cases of generators on one shaft, which leads to a significant increase in the complexity of mounting the generators and an increase in the total mass of the generator set.
Основной задачей предлагаемого изобретения является создание магнитоэлектрического генератора с улучшенными эксплуатационными и массогабаритными характеристиками и повышенной технологичностью.The main objective of the invention is the creation of a magnetoelectric generator with improved operational and mass-dimensional characteristics and high adaptability.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в улучшении эксплуатационных характеристик путем снижения магнитного сопротивления в магнитном контуре, повышения К.П.Д. генератора, уменьшения пускового момента и уровня шума. The technical result, to which the claimed invention is directed, is to improve operational characteristics by reducing magnetic resistance in the magnetic circuit, increasing KPD generator, reducing starting torque and noise level.
Одновременно улучшаются массогабаритные характеристик вследствие эффективного использования постоянных магнитов, повышается технологичность вследствие упрощения намотки катушек статора, рационального заполнения кольцевыми обмотками пространства в зоне формирования ЭДС статорной электромагнитной системы и в снижении материалоемкости.At the same time, weight and size characteristics are improved due to the effective use of permanent magnets, processability is increased due to the simplification of the winding of stator coils, the rational filling of space in the formation zone of the EMF of the stator electromagnetic system by ring windings and in reducing material consumption.
Поставленная задача и заявляемый технический результат достигаются тем, что в известном магнитоэлектрическом генераторе, ротор которого содержит закрепленный осевыми отверстиями на валу диск из немагнитного материала, на котором по кругу, концентрично оси вращения ротора, с постоянным угловым шагом, размещены кольцеобразные ряды постоянных магнитов, намагниченных в направлении, параллельном оси вращения ротора и чередующейся полярностью, выполненные в форме равнобедренных трапеций, на валу ротора закреплены N дисков из немагнитного материала с симметричным расположением полюсных центров магнитов, полюса постоянных магнитов одного диска ротора обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов другого диска, статор содержит N+1 параллельных пластин из немагнитного материала, между которыми с постоянным зазором расположены диски ротора, на не торцевых пластинах статора по кругу, концентрично оси вращения ротора, с постоянным угловым шагом, установлены сердечники из магнитомягкого материала, выполненные в форме равнобедренных трапеций, образующие электромагнитные системы не торцевых статорных пластин, а электромагнитные системы торцевых статорных пластин выполнены в виде двух колец из магнитомягкого материала, на обращенных друг к другу поверхностях которых выполнены радиально расположенные выступы в форме равнобедренных трапеций, площадь которых идентична площади полюсной поверхности сердечников не торцевых статорных пластин, на сердечниках и выступах сердечников, формирующих полюсные центры статорной электромагнитной системы, размещены ряды кольцевых обмоток, боковые стороны которых расположены радиально относительно оси вращения ротора, а обмотки торцевыми частями обращены к полюсам постоянных магнитов ротора. The task and the claimed technical result are achieved by the fact that in the known magnetoelectric generator, the rotor of which contains a disk of non-magnetic material fixed by axial holes on the shaft, on which, in a circle concentric with the axis of rotation of the rotor, with a constant angular pitch, ring-shaped rows of permanent magnets magnetized in the direction parallel to the axis of rotation of the rotor and alternating polarity, made in the form of isosceles trapezoid, N disks made of non-magnet are fixed on the rotor shaft of the material with a symmetrical arrangement of the pole centers of the magnets, the poles of the permanent magnets of one rotor disk are facing the opposite poles of the permanent magnets of the other disk, the stator contains N + 1 parallel plates of non-magnetic material, between which rotor disks are located with a constant gap, on the non-end plates of the stator along circle, concentric with the axis of rotation of the rotor, with a constant angular pitch, installed cores of soft magnetic material, made in the form of isosceles trapezoid, forming an electric the magnetic systems of the end stator plates and the electromagnetic systems of the end stator plates are made in the form of two rings of magnetically soft material, the radially spaced protrusions in the form of isosceles trapeziums, the area of which is identical to the area of the pole surface of the cores of the non-end stator plates, are made in the form of two rings of magnetically soft material on the cores and protrusions of the cores forming the pole centers of the stator electromagnetic system, rows of ring windings are located, the sides which are located radially relative to the axis of rotation of the rotor, and the windings with the end parts facing the poles of the permanent magnets of the rotor.
Целесообразно в магнитоэлектрическом генераторе угловой шаг между центральными осями полюсных центров статорных электромагнитных систем каждой пластины устанавливать равным m градусов, а оси полюсных центров статорных электромагнитных систем различных пластин смещать по окружности относительно центральных осей полюсных центров других статорных пластин с постоянным угловым шагом, равным m/(N+1) градусов, где (N+1) число статорных пластин, а N - натуральное число, больше одного. It is advisable in a magnetoelectric generator to set the angular pitch between the central axes of the pole centers of the stator electromagnetic systems of each plate equal to m degrees, and to displace the axis of the pole centers of the stator electromagnetic systems of various plates around the circumference relative to the central axes of the pole centers of other stator plates with a constant angular pitch equal to m / ( N + 1) degrees, where (N + 1) is the number of stator plates, and N is a natural number, more than one.
Рационально в магнитоэлектрическом генераторе центры полюсов статорных электромагнитных систем и центры полюсов постоянных магнитов дисков ротора располагать на одной окружности. It is rational in a magnetoelectric generator to place the centers of the poles of the stator electromagnetic systems and the centers of the poles of the permanent magnets of the rotor disks on the same circle.
Оптимально в магнитоэлектрическом генераторе полюсную площадь поверхности постоянных магнитов ротора выполнять с превышением по отношению к полюсной площади поверхности сердечников и выступов сердечников торцевых статорных пластин. Optimally, in a magnetoelectric generator, the pole surface area of the permanent rotor magnets should be exceeded with respect to the pole surface area of the cores and core protrusions of the end stator plates.
Рекомендуется в магнитоэлектрическом генераторе оси полюсных центров статорных электромагнитных систем всех пластин размещать с шагом, равным m градусов и 360/Р градусов, где Р - число сердечников и выступов сердечников статорной электромагнитной системы, формирующих полюсные центры. It is recommended that in the magnetoelectric generator the axis of the pole centers of the stator electromagnetic systems of all plates be placed with a step equal to m degrees and 360 / P degrees, where P is the number of cores and protrusions of the cores of the stator electromagnetic system that form the pole centers.
В магнитоэлектрическом генераторе центральные оси полюсных центров обмоток статоров, параллельные оси вала различных пластин статора могут устанавливаться со смещением. In a magnetoelectric generator, the central axes of the pole centers of the stator windings, parallel to the shaft axis of the various stator plates, can be offset.
В магнитоэлектрическом генераторе сердечники торцевых статорных пластин при взаимодействии с постоянными магнитами ротора рационально выполнять с образованием тороидальных магнитных систем, концентричных оси вращения ротора. In a magnetoelectric generator, the cores of the end stator plates when interacting with permanent rotor magnets are rationally performed with the formation of toroidal magnetic systems concentric with the axis of rotation of the rotor.
Технико-экономическим преимуществом предлагаемого магнитоэлектрического генератора является простота конструкции, обеспечивающая высокие массогабаритные показатели, а также расширение функциональных возможностей путем применения пластин статора в качестве независимых генераторов со схемами соединения обмоток, обеспечивающими различное выходное напряжение.The technical and economic advantage of the proposed magnetoelectric generator is the simplicity of the design, which provides high weight and size characteristics, as well as the expansion of functionality by using stator plates as independent generators with winding connection schemes providing different output voltages.
Эффективное использование постоянных магнитов, с учетом того, что при формировании ЭДС используются все полюса постоянных магнитов ротора, индуцируемой в обмотках статора, приводит к повышению КПД генератора, уменьшению пускового момента и уровня шума в процессе работы, максимальному рациональному заполнению кольцевыми обмотками пространства в зоне формирования ЭДС. The effective use of permanent magnets, taking into account the fact that all the poles of the permanent magnets of the rotor induced in the stator windings are used in the formation of the EMF, leads to an increase in the efficiency of the generator, a decrease in the starting torque and noise level during operation, and to the maximum rational filling of space in the formation zone by the ring windings EMF.
При этом обеспечивается повышение мощности магнитоэлектрического генератора, за счет увеличения напряженности магнитного поля, вследствие уменьшения, до минимально возможного и постоянного по величине зазора между взаимодействующими постоянными магнитами ротора и сердечниками кольцевых обмоток статора, улучшение эксплуатационных характеристик магнитоэлектрического генератора за счет уменьшения его массы и габаритов, уменьшение флуктуации выходного напряжения и снижение магнитного сопротивления в магнитном контуре.This ensures an increase in the power of the magnetoelectric generator due to an increase in the magnetic field strength due to a decrease to the minimum possible and constant gap between the interacting permanent rotor magnets and the cores of the stator ring windings, improve the operational characteristics of the magnetoelectric generator by reducing its mass and dimensions, reducing fluctuations in the output voltage and reducing the magnetic resistance in the magnetic circuit.
Заявителем не выявлены источники информации, в которых содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. Указанные новые свойства объекта определяют, по мнению заявителя, соответствие изобретения критерию «Изобретательский уровень».The applicant has not identified sources of information that would contain information on the influence of the distinguishing features of the invention on the achieved technical result. These new properties of the object determine, according to the applicant, the compliance of the invention with the criterion of "Inventive step".
Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:The invention is illustrated by drawings, which depict:
на фиг. 1 – вид магнитоэлектрического генератора спереди; in FIG. 1 is a front view of a magnetoelectric generator;
на фиг. 2 – статорная пластина; на фиг. 3 – диск ротора с постоянными магнитами; на фиг. 4 – сердечники обмоток статора в аксонометрии; на фиг. 5 – фрагмент статорной пластины с проекциями полюсных поверхностей сердечников и выступов сердечников различных пластин статора.in FIG. 2 - stator plate; in FIG. 3 - a rotor disk with permanent magnets; in FIG. 4 - stator winding cores in a perspective view; in FIG. 5 is a fragment of a stator plate with projections of the pole surfaces of the cores and protrusions of the cores of the various stator plates.
В магнитоэлектрическом генераторе ротор (фиг. 1) содержит закрепленные осевыми отверстиями на валу 1 параллельные идентичные N диски 2,3,4 из немагнитного материала, в тело которых по кругу, концентрично оси вращения ротора, с постоянным угловым шагом, установлены кольцеобразные ряды постоянных магнитов 5, 6 (фиг. 1, 3), намагниченных в направлении, параллельном оси 7 вращения ротора и чередующейся полярностью, выполненные в форме равнобедренных трапеций (фиг. 2, 3, 4). Все диски 2, 3, 4 ротора закреплены на валу 1 таким образом, что полюсные центры магнитов 5, 6 расположены симметрично, а полюса постоянных магнитов одного диска 2, 3, 4 ротора обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов 5, 6 другого диска, формируя постоянные магнитные потоки, параллельные оси вращения вала.In the magnetoelectric generator, the rotor (Fig. 1) contains axial holes fixed on the
Статор содержит N+1 параллельных пластин 8, 9, 10, 11 из немагнитного материала, между которых с минимально постоянным зазором расположены диски 2, 3, 4 ротора, на не торцевых пластинах статора по кругу, концентрично оси вращения 7 ротора, с постоянным угловым шагом, установлены идентичные сердечники 12, 13 из магнитомягкого материала, выполненные в форме равнобедренных трапеций, образующие электромагнитные системы не торцевых статорных пластин (фиг.4). Электромагнитные системы торцевых статорных пластин 8, 11, выполнены в виде двух колец 14, 15, из магнитомягкого материала, на обращенных друг к другу поверхностях которых выполнены радиально расположенные выступы 16, 17, в форме равнобедренных трапеций, площадь поверхности 18 идентична полюсной поверхности 19 сердечников 12,13 кольцевых обмоток не торцевых статорных пластин 9, 10. На сердечниках 12, 13 (фиг.2) и выступах 16, 17 сердечников 12, 13, формирующих полюсные центры статорной электромагнитной системы, размещены ряды кольцевых обмоток 20, 21, боковые стороны 22 которых расположены радиально относительно оси вращения 7 ротора, кольцевые обмотки 20, 22 торцевыми частями обращены к полюсам постоянных магнитов 5, 6 ротора, образуя параллельные тороидальные статорные электромагнитные системы каждой пластины 8, 9, 10. При этом (фиг. 5) угловой шаг 23 между центральными осями полюсных центров 24, 25 статорных электромагнитных систем каждой пластины 8, 9, 10 равен m градусов, а оси полюсных центров 26, 27, 28 статорных электромагнитных систем различных пластин 8, 9, 10, 11 смещены по окружности относительно центральных осей полюсных центров других статорных пластин 8, 9, 10, 11 с постоянным угловым шагом 29 равным m /(N+1) градусов, где (N+1) - число статорных пластин, а N - натуральное число, больше одного.The stator contains N + 1
Магнитоэлектрический генератор работает следующим образом.Magnetoelectric generator operates as follows.
Диски ротора 2, 3, 4 (фиг. 1) закреплены на валу 1 таким образом, что расположение полюсных центров постоянных магнитов 5, 6 симметрично, а полюса постоянных магнитов 5, 6 одного диска 2, 3, 4 ротора обращены к противоположным полюсам постоянных магнитов другого диска, формируя постоянные магнитные потоки, параллельные оси вращения 7 вала 1. При вращении вала 1 разноименные полюса постоянных магнитов 5, 6 различных дисков ротора 2, 3, 4, чередуясь, подходят одновременно к полюсным поверхностям сердечников 19 (фиг. 1, 4) не торцевых статорных пластин 9, 10, с минимальным зазором, при этом переменный магнитный поток, проходя через сердечники 12, 13 из магнитомягкого материала, индуцирует ЭДС в кольцевых обмотках 20, 21, размещенных на сердечниках 12, 13 не торцевых статорных пластин 9, 10. Одновременно к полюсным поверхностям 18 выступов колец 14, 15 торцевых статорных пластин 8, 11, с минимальным зазором, чередуясь, подходят полюса постоянных магнитов 5, 6 дисков ротора 2, 4, вследствие чего происходит изменение направления магнитного потока в выступах сердечников 16, 17, при этом переменный магнитный поток, проходя через выступы сердечников и замыкаясь в кольцах сердечников 14, 15 из магнитомягкого материала, индуцирует ЭДС в кольцевых обмотках 20, 21, размещенных на выступах сердечниках торцевых статорных пластин 8, 11. The
Поскольку угловой шаг 23 (фиг. 5) между центральными осями полюсных центров 24, 25 статорных электромагнитных систем каждой пластин 8, 9, 10, 11 равен m градусов, а оси полюсных центров 25, 26, 27, 28 статорных электромагнитных систем различных пластин смещены по окружности относительно центральных осей полюсных центров других статорных пластин с постоянным угловым шагом 29, равным m /(N+1) градусов, где (N+1) – число статорных пластин, а N - натуральное число, больше одного. Это обеспечивает суммарное равноудаленное распределение осей полюсных центров сердечников и выступов сердечников различных пластин статора 8, 9, 10, 11 по кругу вращения постоянных магнитов 5, 6 дисков ротора 2, 3, 4.Since the angular pitch 23 (Fig. 5) between the central axes of the pole centers 24, 25 of the stator electromagnetic systems of each
Поскольку диски ротора идентичны, а площадь полюсной поверхности сердечников и выступов сердечников различных пластин статора также идентичны, силы взаимодействия магнитных полей постоянных магнитов ротора с сердечниками или выступами сердечников одной пластины статора уравновешиваются магнитными полями других пластин статора, образуя однородную среду для движущихся магнитов дисков ротора. В результате при любом положении ротора суммарная составляющая действующих на него сил магнитных потоков в круговом, радиальном и осевом направлении практически равна нулю, что исключает эффект «залипания ротора», который затрудняет пуск генератора, обеспечивает бесшумную и плавную работу генератора, уравновешивание сил притяжения ротора и статора в осевом направлении, что в конечном итоге увеличивает срок службы подшипников вала.Since the rotor disks are identical, and the area of the pole surface of the cores and protrusions of the cores of the various stator plates is also identical, the interaction forces of the magnetic fields of the permanent rotor magnets with the cores or protrusions of the cores of one stator plate are balanced by the magnetic fields of the other stator plates, forming a homogeneous medium for the moving rotor disk magnets. As a result, for any position of the rotor, the total component of the magnetic flux forces acting on it in a circular, radial and axial direction is practically zero, which eliminates the effect of “sticking of the rotor”, which makes it difficult to start the generator, provides silent and smooth operation of the generator, balancing the attractive forces of the rotor and stator in the axial direction, which ultimately increases the life of the shaft bearings.
Для снижения массы устройства диски ротора и статорные пластины могут быть реализованы, например, из стеклотекстолита или авиационного алюминия. To reduce the mass of the device, the rotor disks and stator plates can be implemented, for example, from fiberglass or aircraft aluminum.
Заявляемое изобретение может найти широкое применение в случае необходимости использования магнитоэлектрического генератора с улучшенными эксплуатационными и массогабаритными характеристиками и повышенной технологичностью. The claimed invention can find wide application in case of need to use a magnetoelectric generator with improved operational and mass-dimensional characteristics and high adaptability.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019128030A RU2716011C1 (en) | 2019-09-06 | 2019-09-06 | Magnetoelectric generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019128030A RU2716011C1 (en) | 2019-09-06 | 2019-09-06 | Magnetoelectric generator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2716011C1 true RU2716011C1 (en) | 2020-03-05 |
Family
ID=69768316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019128030A RU2716011C1 (en) | 2019-09-06 | 2019-09-06 | Magnetoelectric generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2716011C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU210261U1 (en) * | 2021-11-29 | 2022-04-04 | Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Производственное Предприятие "Томская Электронная Компания" | End electric machine |
| CN114825708A (en) * | 2022-05-12 | 2022-07-29 | 重庆大学 | Magnetic gear rotor and structure forming tool system thereof |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08126277A (en) * | 1994-10-25 | 1996-05-17 | Sawafuji Electric Co Ltd | Flat rotating machine |
| EA016263B1 (en) * | 2006-06-08 | 2012-03-30 | Эксро Технолоджис Инк. | Poly-phasic multi-coil generator |
| EP2015428B1 (en) * | 2006-08-09 | 2012-06-06 | Honda Motor Co., Ltd. | Motor |
| RU2494520C2 (en) * | 2011-12-26 | 2013-09-27 | Сергей Михайлович Есаков | Electromagnetic generator |
| RU2515998C1 (en) * | 2012-11-06 | 2014-05-20 | Сергей Михайлович Есаков | Magnetoelectric generator |
| RU166555U1 (en) * | 2016-04-28 | 2016-12-10 | Андрей Александрович Нестеренко | DISK GENERATOR |
-
2019
- 2019-09-06 RU RU2019128030A patent/RU2716011C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08126277A (en) * | 1994-10-25 | 1996-05-17 | Sawafuji Electric Co Ltd | Flat rotating machine |
| EA016263B1 (en) * | 2006-06-08 | 2012-03-30 | Эксро Технолоджис Инк. | Poly-phasic multi-coil generator |
| EP2015428B1 (en) * | 2006-08-09 | 2012-06-06 | Honda Motor Co., Ltd. | Motor |
| RU2494520C2 (en) * | 2011-12-26 | 2013-09-27 | Сергей Михайлович Есаков | Electromagnetic generator |
| RU2515998C1 (en) * | 2012-11-06 | 2014-05-20 | Сергей Михайлович Есаков | Magnetoelectric generator |
| RU166555U1 (en) * | 2016-04-28 | 2016-12-10 | Андрей Александрович Нестеренко | DISK GENERATOR |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU210261U1 (en) * | 2021-11-29 | 2022-04-04 | Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Производственное Предприятие "Томская Электронная Компания" | End electric machine |
| CN114825708A (en) * | 2022-05-12 | 2022-07-29 | 重庆大学 | Magnetic gear rotor and structure forming tool system thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100385780C (en) | dynamo | |
| RU2427067C1 (en) | Magnetoelectric generator | |
| TW200929805A (en) | Permanent magnet rotating machine | |
| CN110086308B (en) | Six-phase concentrating magnetism type permanent magnet motor with internal and external passive rotor transverse flux | |
| CN110224563B (en) | Three-phase magnetic concentrating bilateral passive rotor transverse flux permanent magnet motor | |
| JP2021182865A (en) | Electric motor | |
| RU109349U1 (en) | MAGNETO-ELECTRIC GENERATOR | |
| CN109617348A (en) | A Novel Permanent Magnet Array Magnetic Gear Motor | |
| CN105515229A (en) | Disc type motor | |
| RU2716011C1 (en) | Magnetoelectric generator | |
| CN110994821B (en) | Magnetic flux modulation stator structure using axial sectional type hysteresis loop | |
| MX2024007007A (en) | Flywheel systems with multiple generator coils. | |
| RU2594018C1 (en) | Magnetic reducing gear | |
| RU2581338C1 (en) | Magnetoelectric generator | |
| RU2515998C1 (en) | Magnetoelectric generator | |
| RU2474032C2 (en) | Magnetoelectric generator | |
| RU2506688C2 (en) | Magnetoelectric generator | |
| RU2545166C1 (en) | Magnetic reducing gear | |
| RU2534046C1 (en) | Electric power generator | |
| CN207442555U (en) | Rotor assembly and magneto | |
| CN110417223B (en) | Permanent magnet motor magnetic adjustment mechanism and magnetic adjustment method thereof | |
| CN111030402B (en) | Directional silicon steel sheet axial magnetic field motor | |
| WO2009036666A1 (en) | Generator | |
| RU2577527C2 (en) | Magnetoelectric generator | |
| RU2709788C1 (en) | Synchronous electric generator with multi-pole combined magnetic system with permanent magnets |