Електрогенератор постійного струму

Реферат: Електрогенератор постійного струму містить ротор з двома паралельними дисками, закріпленими на валу, між якими розташований диск статора, при цьому диски ротора містять постійні магніти, які чергуються своїми полюсами, причому протистоячі полюси магнітів на дисках ротора протилежні, диск статора виконаний з діелектричного матеріалу і містить розміщені з постійним кроком електромагнітні котушки без сердечників. Постійні магніти і обмотки електромагнітних котушок мають трапецієподібну форму, їх кількість парна, при цьому кількість магнітів на два більша, ніж котушок, диски ротора виготовлені з магнітном'якого матеріалу, а електромагнітні котушки підключені до багатофазного випрямляча. UA 88420 U (54) ЕЛЕКТРОГЕНЕРАТОР ПОСТІЙНОГО СТРУМУ UA 88420 U UA 88420 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електротехніки і може бути використана у вітроенергетичних установках для вироблення електроенергії, зокрема, в установках з осьовим розташуванням основного магнітного потоку в немагнітному зазорі. Відомий електрогенератор постійного струму [1], статор якого складається з нерухомих діелектричних дисків із закріпленими на них циліндровими електромагнітними котушками. Ротор складається з дисків, на поверхні яких радіально розташовані постійні магніти циліндрової форми. Кількість магнітів і котушок однаково. Диски статора розміщені між дисками ротора. Генератор поміщений в кожух, до якого жорстко закріплені диски статора. Диски ротора закріплені на валу і обертаються разом з ним. Цьому генератору властиві ряд істотних недоліків: - оскільки в генераторі використані магніти і котушки циліндрової форми, то між ними існують істотні зазори, які не охоплюються основним потоком магнітної індукції. Це приводить до необхідності збільшення кількості витків котушок, що у свою чергу, призводить до значних енергетичних втрат, які йдуть на нагрів котушок. Так само збільшується внутрішній опір генератора і знижується його коефіцієнт корисної дії (ККД); - у матеріалі магнітів і дисків ротора виникає значний додатковий магнітний опір, який призводить до витрат енергії магнітного поля, що у свою чергу, призводить до неефективного використання магнітного потоку і нагріву елементів конструкції генератора; - однакова кількість магнітів і котушок створює підвищену вібрацію при електричному навантаженні і, як наслідок, високий рівень шуму в процесі роботи. Відомий електрогенератор постійного струму [2], ротор якого включає магніти трапецеїдальної форми, закріплені по колу на кришці та основі корпусу генератора. Основа корпусу і кришка виконані з магнітнопровідного матеріалу. Магніти встановлені так, що їх полюси чергуються, при цьому магніти на кришці і основі встановлені один проти одного також з різнойменними полюсами. Між магнітами ротора розташований статор у вигляді диска з діелектричного немагнітного матеріалу. В радіальних отворах статора розташовані електромагнітні обмотки плоскої котушки. Трапецієподібна форма магнітів дозволяє зменшити зазори між ними, що сприяє деякому підвищенню ККД генератора. Проте, в конструкції статора спостерігається неефективне використання електромагнітних обмоток, тому що значна їх частина розташована поза дією магнітного поля. Отже, ці частини обмоток чинять додатковий опір струму, що збільшує внутрішній опір генератора і знижує його ККД. Крім того, з графічного зображення генератора помітно, що зовнішні частини ротора виступають за межі робочої частини системи котушок. Це підсилює момент інерції поза магнітною системою, що погіршує динамічні характеристики генератора. Відомо про електрогенератор постійного струму [3], який вибрано як найближчий аналог. Він містить ротор з двома паралельними дисками, закріпленими на валу, між якими розташований диск статора. Диски ротора містять постійні магніти з полюсами, що чергуються. Протистоячі полюси магнітів на сусідніх дисках протилежні. Диски ротора виготовлені із сталі. Диск статора виконаний з діелектричного матеріалу і містить розміщені, з постійним кроком, електромагнітні котушки без сердечників. При цьому кількість котушок непарна. Постійні магніти і електромагнітні котушки мають прямокутну форму. Проте, прямокутна форма котушок не забезпечує їх розташування з мінімальними зазорами між ними, що, у свою чергу, обумовлює втрати енергії магнітного поля і, як наслідок, зменшення ККД, питомої потужності і збільшення маси генератора. Крім того, прямокутна форма магнітів приводить до неоднорідності магнітного поля в робочому зазорі, а достатньо велика відстань між магнітами підвищує магнітний опір, що зменшує ККД пристрою. Також, задане співвідношення кількості магнітів і котушок не забезпечує радіальну симетрію і плавність навантаження ротора. Фазові зрушення різних пар збільшують рівень пульсації напруги на виході генератора і механічну вібрацію генератора. Задачею, на вирішення якої спрямована корисна модель, є удосконалення конструкції електрогенератора, для підвищення його ККД і питомої потужності, а також зниження рівня шуму і амплітуди пульсацій вихідної напруги. Такий результат повинен досягатися шляхом вибору геометричної форми магнітів і котушок, їх парності і кількісного співвідношення між ними. Поставлена задача вирішується в електрогенераторі постійного струму, який патентується. Запропонований електрогенератор, як і найбільш близький аналог, містить ротор з двома паралельними дисками закріпленими на валу, між якими розташований диск статора. При цьому диски ротора містять постійні магніти, які чергуються своїми полюсами. Протистоячі полюси магнітів на дисках ротора протилежні. Диск статора виконаний з діелектричного матеріалу і містить розміщені з постійним кроком електромагнітні котушки без сердечників. 1 UA 88420 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На відміну від найближчого аналога, в запропонованому електрогенераторі постійні магніти і обмотки електромагнітних котушок мають трапецієподібну форму, їх кількість парна, при цьому кількість магнітів на два більша, ніж котушок. Диски ротора виготовлені з магнітном'якого матеріалу. Електромагнітні котушки підключені до багатофазного випрямляча. Кількість електромагнітних котушок статора може бути кратною чотирьом. Завдяки вищевказаним відмітним особливостям електрогенератора забезпечується малий магнітний опір сукупності магнітів та його лінійність, що забезпечує високу магнітну індукцію в робочому зазорі і зменшує втрати на перемагнічування. Даний фактор забезпечує перевагу перед найближчим аналогом за величиною електрорушійної сили (ЕРС), індукованої в обмотках електромагнітних котушок, завдяки підвищеній напруженості магнітного поля і різкій зміні напрямку магнітного поля між сусідніми полюсами. Також забезпечується максимальна ефективність використання магнітного потоку ротора, що приводить до збільшення питомої потужності електрогенератора і підвищення його ККД. При цьому досягається рівномірність розподілу навантаження на конструкцію ротора із забезпеченням симетрії по діаметру, що, у свою чергу, сприяє зменшенню вигинаючої напруги на вал. Зменшується також шум при роботі генератора. Підключення котушок до багатофазного випрямляча обумовлює отримання постійного струму з мінімальними пульсаціями. Всі вищеописані удосконалення електрогенератора найбільш ефективні, якщо використовується кратне чотирьом число електромагнітних котушок. Суть корисної моделі пояснюється графічними матеріалами. На фіг. 1 зображений загальний вид електрогенератора в розрізі. На фіг. 2 зображений диск ротора з постійними магнітами. На фіг. 3 показано диск статора з електромагнітними котушками. На фіг. 4 зображена схема підключення котушок до багатофазного випрямляча. У запропонованому електрогенераторі постійного струму (фіг. 1-3) ротор складається з двох дисків 1, виготовлених з магнітном'якої сталі, діаметром 140 мм і завтовшки 2,5 мм. На кожному диску жорстко закріплені постійні магніти 2 у формі рівнобедреної трапеції, число яких однаково і парне. Магніти 2 виконані із сплаву NdFeB і встановлені по колу і чергуються полюсами. Полюси постійних магнітів одного диска звернені до протилежних полюсів постійних магнітів іншого диска. Для забезпечення необхідного робочого зазору в роторі використовується циліндровий виступ 3, що є частиною приводного вала 4, закріпленого підшипниками 5. У диску статора 6 (див. фіг. 1, 3) закріплена плоска система котушок 7 без сердечників, завтовшки 7 мм. Обмотки котушок виконані у формі рівнобедрених трапецій. Трапеції розташовані по колу в діелектричному диску 6, щодо осі обертання ротора. Кількість котушок кратна чотирьом. На діелектричному диску 6 вмонтовані діоди багатофазного випрямляча (D1D32) (див. фіг. 4). Обмотки всіх котушок (L1-L16) сполучені через діоди паралельно і ці загальні виводи шин є виходом генератора. Електрогенератор працює наступним чином. При обертанні ротора 1 відбувається зміна магнітного потоку через електромагнітні котушки 7 статора 6, що викликає виникнення синусоїдальною ЕРС у витках обмоток котушок 7. Щоб забезпечити необхідний робочий зазор у роторі 1 використовується циліндровий виступ 3, який є частиною приводного вала 4, закріпленого підшипниками 5. Парність кількості магнітів 2 і електромагнітних котушок 7 приводить до того, що в парі електромагнітних котушок, лежачих на одному діаметрі, збуджуються протилежні по фазі ЕРС. Кожна така пара підключена до навантаження через чотири випрямні елементи, що формують мостовий двопівперіодний випрямляч, підключений до навантаження. Підсумовування струмів, зміщених по фазах, для формування вихідного струму з низьким рівнем пульсацій забезпечується кутовими зрушеннями між парами електромагнітних котушок 7 і магнітів 2 в навантаженні. Електрогенератор може бути забезпечений акумулятором і блоком автоматичного зарядного пристрою. Конструкція запропонованого електрогенератора постійного струму забезпечує високий ККД і високу питому потужність. При цьому електрогенератор працює з низьким рівнем шуму і малою амплітудою пульсацій вихідної напруги. Джерела інформації: 1. Патент Великобританії GB 2118376 А. 2. Патент РФ RU2423773. 3. http://cxem.net/greentech/greentech15.php (найближчий аналог). 2 UA 88420 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 1. Електрогенератор постійного струму, що містить ротор з двома паралельними дисками, закріпленими на валу, між якими розташований диск статора, при цьому диски ротора містять постійні магніти, які чергуються своїми полюсами, причому протистоячі полюси магнітів на дисках ротора протилежні, диск статора виконаний з діелектричного матеріалу і містить розміщені з постійним кроком електромагнітні котушки без сердечників, який відрізняється тим, що постійні магніти і обмотки електромагнітних котушок мають трапецієподібну форму, їх кількість парна, при цьому кількість магнітів на два більша, ніж котушок, диски ротора виготовлені з магнітном'якого матеріалу, а електромагнітні котушки підключені до багатофазного випрямляча. 2. Електрогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що кількість електромагнітних котушок статора кратна чотирьом. 3 UA 88420 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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