Синхронний генератор оніпка з постійними магнітами на роторі

Реферат: Синхронний генератор з постійними магнітами на роторі містить ротор з двома поверхнями, виконаними концентричними осі ротора і обернутими одна до одної, на яких розташовані щонайменше по чотири постійні магніти на кожній поверхні, які розташовані попарно вздовж радіуса ротора і спрямовані в сторону проміжку між цими поверхнями один проти одного своїми полюсами. Полярність полюсів цих пар постійних магнітів у напрямку по колу чергується, обмотка немагнітного статора розташована у проміжку між концентричними поверхнями ротора з постійними магнітами. Переважно кожен виток обмотки немагнітного статора розташований у площині, яка наближена до осі ротора, і розташований своїми подовженими протилежними частинами в полях різних магнітів, які розташовані один проти одного полюсами з однаковою полярністю. UA 90760 U (12) UA 90760 U UA 90760 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі електротехніки, а саме виробництва синхронних генераторів з немагнітним статором і постійними магнітами на роторі і може бути використаним для перетворення відновлюваних джерел енергії в електричну. Відомий синхронний генератор з постійними магнітами на роторі (п. RU 2355909 F03B 9/00), який містить ротор з двома поверхнями, виконаними концентричними осі ротора і обернутими одна до одної, на яких розташовані щонайменше по чотири постійні магніти на кожній поверхні. Ці магніти спрямовані в сторону проміжку між цими поверхнями своїми полюсами в залежності від співвідношення їх кількості на одній та другій поверхнях, яке визначають за формулою. Полярність полюсів цих пар постійних магнітів у напрямку по колу чергується. Містить статор з зубцями на внутрішній поверхні із магнітом'якого матеріалу, на яких містяться електроізоляційні каркаси з обмоткою, центральна вісь якої близька до радіуса статора. Обмотка статора розташована у проміжку між концентричними поверхнями ротора з постійними магнітами. Статор виконаний з можливістю обертання протилежно обертанню ротора. Збігаються з суттєвими ознаками відомого синхронного генератора ротор з двома поверхнями, виконаними концентричними осі ротора і обернутими одна до одної, на яких розташовані щонайменше по чотири постійні магніти на кожній поверхні. Ці магніти спрямовані в сторону проміжку між цими поверхнями один проти одного своїми полюсами. Полярність полюсів цих пар постійних магнітів у напрямку по колу чергується. Обмотка статора розташована у проміжку між концентричними поверхнями ротора з постійними магнітами. Недоліком відомого синхронного генератора з постійними магнітами на роторі є недостатньо ефективний контакт обмотки статора з магнітним полем постійних магнітів ротора, що зменшує ефективність перетворення механічної енергії обертання ротора в електричну енергію. Відомий синхронний генератор з постійними магнітами на роторі (п. JP 2006094645 Н02K 2/12, Н02K 3/32, 1102K 3/47, Н02K 5/173, Н02K 7/18), вибраний як найближчий аналог, який містить ротор з двома циліндричними поверхнями, виконаними концентричними осі ротора і обернутими одна до одної, на яких розташовані щонайменше по чотири постійні магніти на кожній поверхні. Ці магніти розташовані попарно вздовж радіуса ротора і спрямовані в сторону проміжку між цими поверхнями один проти одного різнойменними полюсами. Полярність полюсів цих пар постійних магнітів у напрямку по колу чергується. Обмотка немагнітного статора закріплена смолоподібним компаундом і розташована у проміжку між концентричними поверхнями ротора з постійними магнітами. Кожен виток обмотки немагнітного статора своїми подовженими протилежними частинами розташований вздовж кола обертання магнітів ротора близько до поверхні, яка концентрична колу обертання магнітів ротора і своїми подовженими протилежними частинами розташований в полях суміжних пар магнітів. Збігаються з суттєвими ознаками відомого синхронного генератора ротор з двома поверхнями, виконаними концентричними осі ротора і обернутими одна до одної, на яких розташовані щонайменше по чотири постійні магніти на кожній поверхні. Ці магніти розташовані попарно вздовж радіуса ротора і спрямовані в сторону проміжку між цими поверхнями один проти одного своїми полюсами. Полярність полюсів цих пар постійних магнітів у напрямку по колу чергується. Обмотка немагнітного статора розташована у проміжку між концентричними поверхнями ротора з постійними магнітами. Недолік прототипу такий, як у попереднього аналога. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення відомого синхронного генератора, у якому шляхом зміни конструкції збільшено ефективність контакту обмотки немагнітного статора з магнітним полем постійних магнітів ротора, що збільшує ефективність перетворення механічної енергії обертання ротора в електричну енергію. Поставлена задача вирішується тим, що в синхронному генераторі з постійними магнітами на роторі, який містить ротор з двома поверхнями, виконаними концентричними осі ротора і обернутими одна до одної, на яких розташовані щонайменше по чотири постійні магніти на кожній поверхні, які розташовані попарно вздовж радіуса ротора і спрямовані в сторону проміжку між цими поверхнями один проти одного своїми полюсами, полярність полюсів цих пар постійних магнітів у напрямку по колу чергується, обмотка немагнітного статора розташована у проміжку між концентричними поверхнями ротора з постійними магнітами, згідно з корисною моделлю переважно кожен виток обмотки немагнітного статора розташований у площині, яка наближена до осі ротора, і розташований своїми подовженими протилежними частинами в полях різних магнітів, які розташовані один проти одного полюсами з однаковою полярністю. Крім того, синхронний генератор додатково містить концентричні поверхні ротора, як поверхні циліндрів і/або дисків, з постійними магнітами і обмотки немагнітного статора. Сукупність наведених основних ознак синхронного генератора з постійними магнітами на 1 UA 90760 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 роторі, які розташовані один проти одного полюсами з однаковою полярністю, забезпечує збільшення ефективності контакту обмотки статора з магнітним полем постійних магнітів ротора. Це забезпечується також за рахунок зменшення частин витків обмотки якоря статора по довжині проводу, які неефективно орієнтовані відносно силових ліній магнітного поля, а саме вздовж напрямку обертання. Як додатковий ефект - завдяки зменшенню довжини неефективно орієнтованих ділянок зменшується опір струму, який генерується у ділянках, розташованих перпендикулярно дотичній до кола, яке концентричне обертанню постійних магнітів ротора. При цьому зберігається така суттєва ознака прототипу, як щільна компоновка обмотки статора, що забезпечує її ефективний зв'язок з магнітним полем постійних магнітів ротора. Аналогічна перевага щодо орієнтації витків є також перед першим аналогом, де витки розташовані на окремих котушках. Також спрощується конструкція синхронного генератора. Поєднання цих переваг забезпечує більш ефективну генерацію струму в обмотці статора, що збільшує ефективність перетворення механічної енергії обертання ротора в електричну енергію. Крім того, додаткові концентричні поверхні ротора, як поверхні циліндрів і/або дисків, з постійними магнітами і обмотки немагнітного статора корисні для побудови синхронних генераторів великої потужності. На фіг. 1 схематично зображено синхронний генератор з постійними магнітами на роторі, на фіг. 2 - фрагмент його поперечного розрізу, на фіг. 3 - схематично комбінований варіант пропонованого генератора. Статор 1 генератора виконаний з кріпильними елементами, які на кресленні не показані, ротор 2 зв'язаний з валом 3 для з'єднання з джерелом механічної енергії, наприклад валом повітряного ротора. Дископодібні корпуси статора 1 і ротора 2 виконані з немагнітного матеріалу. Циліндричні концентричні поверхні ротора 2 виконані як зовнішня поверхня меншого циліндра 4 і внутрішня поверхня більшого циліндра 5, на яких розташовані ряди 6 і 7 постійних магнітів. Південні полюси позначені чорним кольором, а північні - білим. Пари магнітів, один на зовнішній поверхні 4, другий на внутрішній поверхні 5, розташовані вздовж радіуса ротора 2 і спрямовані в сторону проміжку між поверхнями 4 і 5 один проти одного однойменними полюсами. Полярність полюсів цих пар постійних магнітів у напрямку по колу чергується. Виток 8 обмотки статора 1 розташований у площині, яка наближена до осі ротора 2, і розташований своїми подовженими протилежними частинами в полях з однаковою полярністю протилежно розташованих магнітів 6 і 7. Стрілкою 9 показано напрямок струму у витку 8, який разом із джгутом витків розташований на діелектричному циліндрі-каркасі 10. Ротор 2, як варіант, додатково має дискові концентричні поверхні 11 з центральними отворами і рядами 6 і 7 постійних магнітів, які розташовані на них по колу, а статор 1 - диски 12, на яких розташовані його обмотки з витками 8. Синхронний генератор з постійними магнітами на роторі працює таким чином. У нерухомому стані ряди 6 і 7 постійних магнітів утворюють магнітне поле, параметри якого для заданої конструкції синхронного генератора розраховують. При закріпленому корпусі статора 1 і обертанні, наприклад, повітряного ротора, вал 3 ротора 2 обертає поверхні 4 і 5 з постійними магнітами 6 і 7, які завдяки руху свого магнітного поля генерують струм у витку 8. Напрямок струму у витку 8 показаний стрілкою 9. Подібні процеси відбуваються в інших витках обмотки на циліндрі-каркасі 10. Оскільки полярність полюсів пар постійних магнітів у напрямку по колу чергується, то з обмотки статора на вихід запропонованого синхронного генератора надходить змінний струм. Збільшення концентричних поверхонь ротора і статора як додаткових циліндрів і/або дисків 11 і 12 з постійними магнітами та обмотками, яке використовують у більших за потужністю і габаритами генераторах, дає додатковий позитивний ефект. Синхронний генератор з постійними магнітами на роторі, який пропонується, виготовлений як експериментальний зразок і показав стабільні позитивні результати у дослідній експлуатації з повітряним ротором у широкому діапазоні швидкостей вітру, починаючи від 0,4 м/с і вище. 2 UA 90760 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 1. Синхронний генератор з постійними магнітами на роторі, що містить ротор з двома поверхнями, виконаними концентричними осі ротора і обернутими одна до одної, на яких розташовані щонайменше по чотири постійні магніти на кожній поверхні, які розташовані попарно вздовж радіуса ротора і спрямовані в сторону проміжку між цими поверхнями один проти одного своїми полюсами, полярність полюсів цих пар постійних магнітів у напрямку по колу чергується, обмотка немагнітного статора розташована у проміжку між концентричними поверхнями ротора з постійними магнітами, який відрізняється тим, що переважно кожен виток обмотки немагнітного статора розташований у площині, яка наближена до осі ротора, і розташований своїми подовженими протилежними частинами в полях різних магнітів, які розташовані один проти одного полюсами з однаковою полярністю. 2. Синхронний генератор за п. 1, який відрізняється тим, що додатково містить концентричні поверхні ротора, як поверхні циліндрів і/або дисків, з постійними магнітами і обмотки немагнітного статора. 3 UA 90760 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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