Індукторний генератор

Винахід відноситься до галузі електромашинобудування, а саме до виробництва електричних машин. Відомий синхронний генератор (Осин И. Л., Шакарян Ю. Г. Электрические машины. Синхронные машины, М.: Высшая школа, 1990, 302с., с. 13-15), що складається зі статора, на якому розміщено робочу обмотку, в якій індукується електрорушійна сила (ЕРС) (робоча обмотка складається з трьох чи більше незалежних обмоток, що розташовані під кутом 120° електричних) і ротора, на якому розміщено обмотку збудження, що створює магнітний потік машини. Недоліками синхронного генератору є: велика номінальна частота обертання (1000-3000 об/мин), значна металоємність, велика маса, відсутність можливості регулювати параметри генератора, знаходження обмотки збудження на роторі, що призводить до втрат у його контактних кільцях. Спільними з заявленим рішенням ознаками є: наявність ротора, статора, трьох або більше робочих обмоток, розміщених під кутом 120° електричних, та наявність обмотки збудження. Відомий також індукторний генератор (Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины: Учеб. пособие для электромех. и электроэнерг. спец. вузов, М.: Высшая школа, 1990, 416с., с. 136-139), в якому робоча обмотка 1 (фіг. 1) та обмотка збудження 2 знаходяться на статорі, а зміна у часі магнітного потоку, що проходить через робочу обмотку, відбувається за рахунок періодичної зміни магнітного опору на шляху робочого потоку при обертанні ротора 3, який складається з втулки 4 (з магнітом'якого матеріалу) та пакета 5 з виступами (зубцями), d d що примикають через робочі зазори min , max до зубців статора 6. Таким чином, ротор відносно якоря має d d магнітну несиметричність, яка проявляється у різниці мінімального min та максимального max зазору (фіг 1). Основний потік магнітної індукції, що створює обмотка збудження, замикається через корпус 7, втулку 4, робочі зазори і зубці. Між втулкою 4 та пакетом статора потік розгалужується: його більша частина Φmax замикається d d через зубці ротора 5 і найменший зазор min , а менша частина Φmin - через найбільший зазор max . При роботі індукторного генератора, завдяки обертанню ротора, в кожній секції робочої обмотки буде по черзі проходити то потік Фmax, то потік Фmin внаслідок цього в робочій обмотці буде наводитись ЕРС. Позначимо, що магнітна індукція в кожній точці робочого зазору змінюється тільки за величиною, а її напрямок залишається сталим. Недоліком такого генератора є велика металоємність ротора, а також відсутність можливості регулювати величину номінальної частоти обертання генератора та його параметрів (номінальної потужності, напруги , струму). Ознаками спільними з рішенням, що заявляється, є: наявність ротора з зубцями з магнітом'якого матеріалу, наявність статора з обмотками (робочою та збудження). В основу винаходу поставлено задачу розробити індукторний генератор, який шляхом збільшення числа пар полюсів ротора дозволяє змінювати номінальні параметри (частоту обертання ротора, потужність, номінальну напругу, струм), а також отримати добрі маса-габаритні характеристики, низьку металоємність, підвищені питомі енергетичні показники, зниження частоти обертання ротора. Суттєвими ознаками винаходу є: наявність ротора з зубцями з магнітом'якого матеріалу для періодичної зміни робочого потоку магнітної індукції, створеного обмоткою збудження; наявність статора, який складається з декількох незалежних магнітних ланцюгів, що містить шихтоване осердя з магнітом'якого матеріалу, на якому розміщено обмотку збудження та робочу обмотку, обмотки кожного ланцюга є скупчені, зміщені аксіально під кутом 120° електричних. Відмінними від прототипу ознаками є: ротор генератора складається з диска, на якому розташовані плоскі зубці (тобто зубчасті полюсні виступів, число яких може бути змінним); статор виконаний з декількох магнітних ланцюгів, кожний з яких містить шихтоване осердя з магнітом'якого матеріалу та обмотки (робочу та збудження), обмотки кожного ланцюга є скупчені, зміщені аксіальне під кутом 120° електричних. На фіг. 1 зображено однопакетний одноіменнополюсний індукторний генератор, який є аналогом заявленого рішення. На фіг. 2 зображено схему запропонованого індукторного генератора. На фіг. 3 зображено схему одного магнітного ланцюга індукторного генератора. Конструкція індукторного генератора містить: ротор 1 та статор 2. Ротор 1 являє собою зубчастий диск з електротехнічної сталі, який посаджено на вал 3, що у свою чергу обертається первинним двигуном, який на схемі не позначено. Статор 2 складається з корпусу 4 з закріпленими на ньому декількома магнітними ланцюгами 5, встановленими навколо ротора 1. Магнітний ланцюг складається з осердя 6 П-образної форми з довгими башмаками 7, які є одним цілим з осердям, та з двох обмоток: обмотка збудження 8 (OЗ) та робоча обмотка 9 (PO). Обмотка збудження 8 намотана з дроту меншої товщини, ніж дріт робочої обмотки 9, а також з більшим числом витків. Осердя 6 магнітного ланцюга виконано шихтованим для зменшення втрат на вихрові струми (струми Фуко). Тобто осердя виготовлено з тонких пластин товщиною 0,35 — 0,5 мм з електротехнічної сталі. Пластини повинні бути електричне ізольованими одна від одної. Такі магнітні ланцюги розташовані навколо ротора таким чином, щоб між осями робочих обмоток ланцюга був кут 120° електричних. Тобто якщо на роторі p зубців, то кут між осями обмоток 1200 (1) p де a — просторовий кут між осями обмоток, градуси, p - кількість зубців, 120° - електричний кут між осями магнітних ланцюгів. Система працює таким чином: обмотка збудження 8 створює магнітний потік, який проходить по осердю 6. На одному валі 3 з генератором буде знаходитись первинний двигун. Під його дією ротор 1 генератора обертається з номінальною частотою. Зубці ротора 1 проходять між башмаками 7 осердя 6 магнітного ланцюга 5, періодично змінюючи магнітний опір. Опір магнітного ланцюга 5 буде приймати значення від Rmin (у ту мить, коли зубець є a= частиною магнітного ланцюга і коли зазори мінімальні) до Rmax (коли зазор максимальний). При зміні магнітного опору ланцюга 5 виникає зміна потоку магнітної індукції від Фmax до Фmin, внаслідок чого виникає ЕРС в робочій обмотці 9 (відповідно до закону електромагнітної індукції). Башмаки 7 потрібні в даній конструкції для зменшення розсіювання магнітного поля. Приклад конкретного виконання. Корпус можна виконати з будь-якого міцного металу. Ротор виконаний у вигляді кільця діаметром 65 см зі спицями, на якому насаджено 17 шихтованих зубців з магнітом'якої електротехнічної сталі. Ротор насаджений на вал, який у свою чергу закріплений у підшипниках до корпусу. Один зубець буде мати такі розміри: 1) ширина зубця l = 8см; 2) товщина зубця h= 1см; 3) довжина активної зони зубця l=10 см. Осердя магнітного ланцюга має П-образну форму з башмаками, є шихтованим, виконаним з магнітом'якої електротехнічної сталі. Має такі параметри: 1) довжина осердя a =30 см; 2) товщина осердя b=3 cm; 3) ширина осердя, як і ширина зубця l =8 см; 4) довжина башмаків, як і довжина активної зони зубця, l=10 см. Зазори у той момент, коли зубець знаходиться між башмаками, будуть становити близько d =0,5 мм. Обмотки виконані з мідного дроту. Робоча обмотка має 1490 витків, а обмотка збудження близько 2000 витків (це, якщо по ній тече постійний струм 0,03 А). Така конструкція при обертанні ротора первинним двигуном з частотою обертання 180 об/хв має частоту струму 50Гц, потужність 4 кВт, номінальну напругу 220 В, номінальний струм 18 А. Маса конструкції без корпусу складатиме 30 кг.