Спосіб та мотор-генератор для генерування електричної енергії

Реферат: Винахід належить до галузі електротехніки та електроенергетики, зокрема до способів та обладнання для генерування електричної енергії, і може бути використаний в автономних системах електрообладнання, в автоматиці та побутовій техніці, на авіаційному, морському та автомобільному транспорті. Мотор-генератор за рахунок того, що вісь намотування обмотки статора розташована уздовж дуги кола, а її довжина дорівнює довжині магнітопроводу статора, утворюють додатковий обертальний момент до обертального моменту, створюваного зовнішнім приводом, причому збільшення сили струму, що проходить через обмотку статора, викликає нарощування додаткового обертального моменту, що дозволяє збільшити ККД та зменшити потужність зовнішнього приводу. UA 102808 C2 (12) UA 102808 C2 UA 102808 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід відноситься до галузі електротехніки та електроенергетики, зокрема до способів та обладнання для генерування електричної енергії, і може бути використаний в автономних системах електрообладнання, в автоматиці та побутовій техніці, на авіаційному, морському та автомобільному транспорті, в якості електричних генераторів і синхронних перетворювачів частоти змінного струму, в якості генераторів постійного струму, збудників синхронних генераторів пересувних міні-електростанцій. З рівня техніки [Патент Російської Федерації RU № 2027285] відомий індукторний однофазний генератор, що включає статор, який містить магнітопровід з декількох циліндричних шихтованих зубчастих пакетів, якірну обмотку, дві кільцеві обмотки збудження і ротор. Магнітопровід з поздовжніми зубцями, розташованими в шаховому порядку, складається з трьох шихтованих зубчастих пакетів, а якірна обмотка виконана у вигляді двох симетричних багатовиткових секцій, прямолінійні частини яких (стрижні) розташовані в двох протилежних пазах середнього статорного пакета, а лобові частини - в зазорах, утворених торцевими поверхнями середнього і крайніх магнітопроводів, концентрично обмоткам збудження. Недоліком цього технічного рішення є: складна конструкція магнітопроводу, складний процес намотування обмоток, низький ККД. За прототип було обрано відоме з рівня техніки технічне рішення [Патент Російської Федерації № 2393615], що являє собою однофазний безконтактний магнітоелектричний генератор, що містить: корпус; статор з обмоткою, сердечник якоря котрого набраний з ізольованих листів електротехнічної сталі з високою магнітною проникністю і має чітко виражені полюса з котушковою однофазною обмоткою якоря, кожна котушка якої розміщена на відповідному чітко вираженому полюсі якоря; безобмоточний феромагнітний ротор-індуктор з непарними і парними сердечниками з однаковим числом явно виражених полюсів на кожному сердечнику, непарні і парні сердечники ротора-індуктора виконані у вигляді пакетів, набраних з ізольованих листів електротехнічної сталі з високою магнітною проникністю, число сердечників індуктора не менше двох, парні сердечники ротора-індуктора зміщені щодо непарних в тангенціальному напрямі на половину полюсного поділу сердечника індуктора, сердечники індуктора насаджені на відповідні магнітопроводи індуктора, між магнітопроводами ротораіндуктора розташовані кільцеві шари аксіально намагнічених в одному напрямку сегментарних постійних магнітів. При цьому дотримуються певні співвідношення між числом чітко виражених полюсів якоря та числом чітко виражених полюсів на кожному сердечнику ротора-індуктора, а також між шириною полюсної дуги чітко виражених полюсів якоря і шириною полюсної дуги чітко виражених полюсів кожного сердечника індуктора. Недоліком цього технічного рішення є: необхідність обов'язкового використання постійних магнітів, складність розрахунку та виготовлення ротора-індуктора, порівняно низький ККД. Задачею запропонованого винаходу є створення ефективного, надійного, дешевого у реалізації способу генерування електричної енергії та пристрою для його реалізації з високим ККД. Поставлена задача вирішується створенням мотора-генератора, що включає корпус, статор з обмоткою, магнітопровід статора, ротор-індуктор. При цьому, відповідно до запропонованого винаходу, обмотка статора має вісь намотування, розташовану уздовж дуги кола, довжина магнітопроводу статора дорівнює довжині обмотки статора так, що крайні точки магнітопроводу збігаються з крайніми точками обмотки статора, при цьому, довжина обмотки не перевищує довжини півкола, а центральний кут утворений центральними лініями різних полюсів ротора-індуктора дорівнює центральному куту, що утворений крайніми точками обмотки. При цьому, відповідно до запропонованого винаходу, статор має множину обмоток. При цьому, відповідно до запропонованого винаходу, при використанні більш ніж однієї обмотки з магнітопроводами, магнітопроводи різних обмоток мають немагнітний зазор, для перешкоджання прямому магнітному замиканню. При цьому, відповідно до запропонованого винаходу, обмотки виконані з можливістю окружного та осьового переміщення відносно осі обертання ротора-індуктора, причому обмотки зміщені одна відносно одної на ненульовий кут. Також поставлена задача вирішується шляхом створення способу отримання електричної енергії за допомогою мотора-генератора, що включає обертання ротора-індуктора. При цьому, відповідно до запропонованого винаходу, в одному з полюсів ротора-індуктора створюють магнітне поле, після чого магнітне поле рухають таким чином, що його центральна лінія перетинає один край обмотки з магнітопроводом в момент виходу її з іншого полюса ротора-індуктора з протилежного краю цієї ж обмотки з магнітопроводом, при цьому взаємодією 1 UA 102808 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 магнітного поля статора з магнітним полем ротора-індуктора створюють додатковий обертаючий момент до обертального моменту, який створюють зовнішнім приводом, причому магнітне поле ротора-індуктора рухають уздовж дуги кола, на якій розташована обмотка статора. Технічний результат запропонованого винаходу зокрема полягає у тому, що: - додатковий обертаючий момент, що виникає у процесі роботи мотора-генератора збільшується пропорційно кількості додаткових обмоток. При цьому, якщо відбувається збільшення сили струму, який проходить через обмотку статора і навантаження, то збільшується додатковий момент; - за рахунок конструктивного об'єднання функцій двигуна і генератора, в процесі вироблення електричної енергії, отримуємо новий клас машин оскільки одночасно використовують принципи дії (функції) електричного двигуна і генератора електричного струму, в одному пристрої. Заявлений винахід проілюстрований наступними фігурами. На фіг. 1. схематично зображений перетин конструкції МГ в площині, перпендикулярній осі обертання ротора-індуктора. На фіг. 2. схематично зображені різні фази обертання ротора-індуктора в площині, перпендикулярній осі його обертання. Мотор-генератор містить обмотку статора (1), магнітопровід статора (2), ротор-індуктор (3), навантаження (4); напрямок обертання ротора-індуктора (5); проявлені полюса обмотки (6); центральна лінія магнітного поля полюсів ротора-індуктора (7); полярність струму в обмотці (8); корпус статора (не показаний). Запропонований мотор-генератор працює наступним чином: при включенні зовнішнього приводу (на малюнку не показаний), ротор-індуктор (3) починає обертатися. При перетині початку обмотки (1) магнітним потоком одного з полюсів ротора-індуктора (3) в обмотці (1) індукується ЕРС. При підключенні навантаження (4), в обмотці (1) починає текти струм (8) і полюса магнітного поля, що виникло в обмотках згідно з правилом Е. Х. Ленца направлені на зустріч магнітному потоку, що його порушила. Магнітні потоки статора, що виникають за правилом Ленца, складаються з магнітним потоком ротора-індуктора (3) і згідно дії сили Ампера, утворюють додатковий обертаючий момент до обертального моменту створюваного зовнішнім приводом (не показаний). Оскільки обмотка статора (1) з осердям розташована по дузі кола, то магнітне поле ротора-індуктора (3) рухається вздовж витків (дуги кола) обмотки статора (1). При цьому на початку обмотки (1) виникає полюс (6), однаковий з полюсом ротораіндуктора (3), а на іншому кінці протилежний. Треба відмітити, що довжина магнітопроводу статора дорівнює довжині обмотки статора (крайні точки магнітопроводу збігаються з крайніми точками обмотки статора) і статор при цьому може мати будь-яку кількість обмоток. Згідно дії сили Ампера, ротор-індуктор (3) прагне прийняти положення, яке відповідає дії цієї сили. Максимальна магнітна індукція в обмотці досягається в момент, коли центральна лінія полюса індуктора (7) знаходиться навпроти середини обмотки (1). При подальшому русі ротораіндуктора (3), магнітна індукція обмотки зменшується і в момент виходу центральної лінії полюса індуктора (7) за межі обмотки (1) дорівнює нулю. У цей же момент, початок обмотки (1) починає перетинати магнітне поле другого полюса ротора-індуктора (3) і згідно з правилами, описаними вище, кінець обмотки статора (1), від якої починає віддалятися перший полюс, починає його відштовхувати з силою, що нарощується. Збільшення сили струму, що проходить через обмотку статора (1), викликає нарощування додаткового обертального моменту. Для повноцінного використання додаткового обертального моменту, повітряний зазор між сусідніми обмотками з магнітопроводами, повинен перевищувати зазор між магнітопроводами і ротороміндуктором. При використанні більш ніж однієї обмотки статора (1) з магнітопроводом (2), магнітопроводи різних обмоток статора (1) повинні мати повітряний зазор (не показаний), який перешкоджає прямому магнітному замиканню. Додаткові обмотки можуть бути зміщені як по одній окружності навколо ротора-індуктора, так і вздовж осі обертання ротора-індуктора. Так, обмотки можуть бути зсунуті вздовж осі обертання ротора-індуктора, і зміщені по окружності обертання ротора-індуктора (кожна на кут відмінний від 0, від попередньої), що нарощує додатковий обертаючий момент, пропорційно кількості обмоток. Таким чином запропонована конструкція є ефективною, має більшій ККД та потребує меншу потужність зовнішнього привода. 55 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 60 1. Мотор-генератор, що включає корпус, статор з обмоткою, магнітопровід статора, роторіндуктор, який відрізняється тим, що обмотка статора має вісь намотування, розташовану уздовж дуги кола, довжина магнітопроводу статора дорівнює довжині обмотки статора так, що 2 UA 102808 C2 5 10 15 20 крайні точки магнітопроводу збігаються з крайніми точками обмотки статора, при цьому, довжина обмотки не перевищує довжини півкола, а центральний кут утворений центральними лініями різних полюсів ротора-індуктора дорівнює центральному куту, що утворений крайніми точками обмотки. 2. Мотор-генератор за п. 1, який відрізняється тим, що статор має множину обмоток. 3. Мотор-генератор за п. 2, який відрізняється тим, що при використанні більш ніж однієї обмотки з магнітопроводами, магнітопроводи різних обмоток мають немагнітний зазор, для перешкоджання прямому магнітному замиканню. 4. Мотор-генератор за п. п. 2, 3, який відрізняється тим, що обмотки виконані з можливістю окружного та осьового переміщення відносно осі обертання ротора-індуктора, причому обмотки зміщені одна відносно одної на ненульовий кут. 5. Спосіб отримання електричної енергії за допомогою мотора-генератора п. 1-4, що включає обертання ротора-індуктора, який відрізняється тим, що в одному з полюсів ротора-індуктора створюють магнітне поле, після чого магнітне поле рухають таким чином, що його центральна лінія перетинає один край обмотки з магнітопроводом в момент виходу її з іншого полюса ротора-індуктора з протилежного краю цієї ж обмотки з магнітопроводом, при цьому взаємодією магнітного поля статора з магнітним полем ротора-індуктора створюють додатковий обертаючий момент до обертального моменту, який створюють зовнішнім приводом, причому магнітне поле ротора-індуктора рухають уздовж дуги кола, на якій розташована обмотка статора. Фіг. 1 3 UA 102808 C2 Фіг. 2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4