Електрогенератор з комбінованим збудженням

Електрогенератор з комбінованим збудженням, що має вал, встановлений на немагнітопрові 3 постійним магнітом та додатковою обмоткою збудження на роторі з кігтеподібними полюсами (Аспит В.В. Классификация электрических машин с когтеобразными элементами магнитной цепи / В.В. Аспит // Бесконтактные электрические машины. Рига: Ин-т. АН Латвийской ССР. - 1964. - №3 с.28-31). Такий генератор складається з ротора, встановленого на валу і закріплених на роторі циліндричного магніту та додаткової обмотки збудження всередині нього, а також розташованих по їхніх торцях дископодібних магнітопроводів, які переходять на периферії в кігтеподібні полюсні виступи, що утворюють між їхньою радіальною поверхнею робочий повітряний зазор з магнітопроводом статора, на якому розміщена його обмотка. Циліндричний магніт з аксіально орієнтованими полюсами може бути встановлений на торцевих магнітопроводах на виступах, або на втулці з немагнітного матеріалу. Описана конструкція дозволяє вигідно поєднувати переваги постійного магніту з можливістю регулювання вихідної напруги регульованим струмом у додатковій обмотці збудження. Тут досягаються досить високі показники заповнення магнітоактивним матеріалом ротора. При цьому зберігається класична компоновка ротора всередині статора, що забезпечує максимальну колову швидкість руху полюсів перпендикулярно контурам обмотки статора та індукування максимальної електрорушійної сили. Однак генератор описаної конструкції при використанні на вітроустановках має такі суттєві недоліки, як значний момент опору при пуску з нерухомого стану та зменшення магнітного потоку постійного магніту через збільшення зазору між його торцевою поверхнею та торцевими магнітопроводами при нагріванні через різні коефіцієнти температурного розширення матеріалу постійного магніту і феромагнітного матеріалу втулки, чи валу, на яких намотана додаткова обмотка. Пусковий момент опору ротора викликаний притягуванням полюсів ротора до осердя статора, бо після припинення руху ротор займає статичне найбільш магнітно збалансоване положення. Температурне розширення матеріалу постійних магнітів значно відрізняється від металів, зокрема сталі, тому в описаній конструкції генератора при нагріванні сталевий вал більше видовжується і утворюється повітряний зазор між торцем циліндричного магніту і поверхнею торцевого магнітопроводу, що призводить до зменшення робочого магнітного потоку. В основу винаходу було поставлене завдання зменшити пусковий момент опору ротора, викликаний протягуванням в нерухомому стані його магнітних полюсів до осердя статора, та компенсувати різницю температурного розширення магнітного матеріалу і валу ротора, щоб забезпечити постійне щільне прилягання торців циліндричного магніту до торцевих магнітопроводів. Для вирішення поставленого завдання в генераторі з циліндричним постійним магнітом ротора додаткова обмотка збудження всередині нього встановлена безпосередньо на валу, виготовленому з магнітнотвердої сталі, а торцеві магнітопроводи напресовані на валу на поздовжніх шліцах з певним торцевим зазором між фаскою потовще 91779 4 ної частини валу при щільному приляганні поверхні торцевих магнітопроводів до торців магніту і принаймні з одного зовнішнього боку торцевий магнітопровід притискається в напрямі торців циліндричного магніту пружним кільцем з температурним ефектом пам'яті форми. Суть винаходу пояснюється кресленням, де (Фіг.) зображено розріз генератора, який складається з валу 1, встановленого на підшипниках 2 в підшипникових щитах 3 з неферомагнітного матеріалу, закріплених на пластинчастому магнітопроводі статора 4, в пазах якого розміщена обмотка статора 5. На валу 1 всередині магнітопроводу статора 4 встановлені два торцеві магітопровідні диски відповідно з північними 6 та південними 7 кігтеподібними полюсами, між якими на виточених виступах встановлений циліндричний магніт 8, всередині якого на потовщеній частині валуї намотана додаткова обмотка збудження 9, початок і кінець якої приєднані ізольованими провідниками відповідно до контактних кілець 10 і 11. Один торцевий магнітопровід 6 притискається всередину до торцевої поверхні циліндричного магніту пружинним кільцем 12 з температурним ефектом пам'яті форми, яке опирається на розпірну втулку 13. Принцип роботи генератора полягає в тому, що в нерухомому стані магнітне поле циліндричного постійного магніту замикається частково через робочий зазор та магнітопровід статора між кігтеподібними полюсами ротора, а частково через торцеві магнітопроводи 6 і 7 та сталевий вал 1. Це дозволяє зменшити силу притягування полюсів до осердя статора і відповідно знизити пусковий момент опору ротора. В поєднанні з раціональним співвідношенням кількості полюсів ротора і статора така конструкція забезпечує мінімальний пусковий момент опору. Після початку обертання ротора частина магнітного потоку постійного магніту створює електрорушійну силу в обмотках статора, звідки після випрямлення надходить струм збудження через контактні кільця 10, 11 в додаткову обмотку збудження 9. Випрямлений струм в обмотці 9 створює постійне магнітне поле, пералельне магнітному полю постійного магніту, яке внаслідок цього витісняється з сталевого валу і обидва магнітні потоки спрямовуються через торцеві магнітопроводи 6 і 7 до їх кігтеподібних полюсів, а далі через робочий повітряний зазор та зубці і спинку магнітопроводу статора, в обмотці 5 якого індукують електрорушійну силу. Таке комбіноване збудження дозволяє створювати значну електрорушійну силу навіть при невеликій частоті обертання ротора та мати широкий діапазон регулювання вихідної напруги за рахунок зміни величини і навіть напрямку струму збудження в обмотці 9. При суттєвій зміні температури деталей генератора внаслідок навантажень або нагрівання сонячними променями різниця температурного розширення матеріалу постійного магніту і сталевого валу ротора компенсується торцевим зазором 14 між фаскою потовщеної частини валуї і торцевим магнітопроводом 6 за рахунок збільшення торцевого зусилля від пружинного кільця 12 з температурним ефектом пам'яті форми, яке підпирається розпірною втулкою 13. 5 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 91779 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601