ГЕНЕРАТОР БЕЛАШОВА Российский патент 1994 года по МПК H02K21/00 

Изобретение относится к конструкции генераторов, предназначенных для использования в экстремальных ситуациях на подводных лодках, кораблях, батискафах, в бомбоубежищах, взрывоопасных, пожароопасных, особовлажных и особотоксичных высокотемпературных помещениях, а также для работы под водой для производства электрической энергии от подводных течений или для работы в высокоагрессивных жидкостях и т.д.

Известен генератор, содержащий индуктор, между полюсами которого в воздушном зазоре размещена якорная обмотка, выполненная из параллельных проводников, одинаковых по форме и уложенных на цилиндрическом немагнитном якоре.

Недостатками известного генератора являются большой расход цветного металла, трудоемкость изготовления якоря, коллектора, сложность производства ремонтно-восстановительных работ, большой расход механической энергии для вращения якоря генератора, невозможность одновременного получения ЭДС различного рода напряжения, невозможность работы генератора во взрывоопасных, пожароопасных, особовлажных, особотоксичных помещениях и под водой в незащищенном состоянии, низкий КПД, низкая эффективность в пользовании.

Цель изобретения - повысить КПД и надежность генератора, упростить технологию изготовления взаимозаменяемых частей индуктора, якоря, быстросъемного коллектора закрытого или открытого типа, внедрить монолитную конструкцию якоря, внедрить высокопрочное керамическое покрытие, одновременно получать ЭДС различного рода напряжения, внедрить многомодульную конструкцию генератора, уменьшить расход цветного металла.

Достигается это тем, что индуктор генератора содержит расчетное количество магнитов с разделенными между собой магнитными потоками, установленных вдоль оси вращения якоря генератора, опирающегося на стойки через элементы качения и выполненного из диэлектрического цилиндра, имеющего внутренние пазы для магнитопроводящей профильной направляющей, на которой расположены множественные обмотки, которые через средство коммутации, расположенного в промежуточной втулке, связаны с токосъемными контактами быстросъемного коллектора закрытого типа, взаимодействующими со щеточным механизмом, имеющим средство фиксации и отводящий кабель с разъемом, при этом быстросъемный коллектор закрытого типа взаимозаменяем с коллектором открытого типа.

На фиг.1 изображен генератор с коллектором закрытого типа, в сборе; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.2; на фиг.5 - разрез Г-Г на фиг.2; на фиг.6 - разрез Д-Д на фиг. 1; на фиг. 7 изображена цилиндрическая трубка якоря; на фиг.8 - профильная жесткость для одной многовитковой обмотки якоря генератора; на фиг. 9 - профильная жесткость для двух многовитковых обмоток якоря генератора; на фиг.10 - профильная жесткость для трех многовитковых обмоток якоря генератора; на фиг.11 - профильная жесткость; на фиг.12 изображено электрическое соединение многовитковой обмотки якоря генератора постоянного тока; на фиг. 13 - электрическое соединение многовитковой обмотки якоря генератора переменного тока; на фиг.14 изображен якорь генератора с коллектором открытого типа; на фиг.15 - генератор, индуктор которого содержит электромагниты.

Генератор (фиг.1) содержит кожух 1 индуктора 2, выполненного из расчетного количества подковообразных магнитов, установленных на основании 3 и связанных между собой через диэлектрические прокладки 4 так, чтобы верхние и нижние полюса индуктора были одной полярности с разделенными между собой магнитными потоками. В воздушном зазоре 5 индуктора расположен диэлектрический якорь 6, жестко связанный через промежуточную втулку 7 с коллектором 8 закрытого типа, расположенного на элементах 9 качения стойки 10, имеющей диаметральную жесткость 11 с устройством фиксации выходного вала 12 щеточного механизма снятия напряжения, содержащего отводящий кабель 13 напряжения с соединительным разъемом 14, который электрически связан с многовитковой обмоткой 15, размещенной на профильной жесткости 16 диэлектрического якоря 6, в основании которого размещена уплотнительная заглушка 17 с приемной шестерней 18 и осью 19 вращения, опирающейся на элементы 20 качения, расположенные в стойке 21. Приемная шестерня 18 взаимодействует с передаточной шестерней 22, ось вращения которой, опираясь на элементы 23 качения, связана через вставку 24 с приводным рычагом 25, имеющим рукоятку 26.

Быстросъемный коллектор закрытого типа (фиг.2) способен преобразовывать ЭДС переменного напряжения от обмотки 15, электрически связанной через шинопроводы 27 промежуточной втулки 7, проводящие каналы 28 диэлектрической втулки коллектора 8 с токосъемными кольцами 29, 30, которые взаимодействуют с подпружиненными токосъемными щетками 31, 32, расположенными в окнах 33 щеточного механизма 34, имеющего проводящие каналы 35 электрической связи с разъемом 14 отводящего кабеля 13, и ЭДС постоянного напряжения от обмотки 36, электрически связанной через шинопроводы 37 быстросъемного средства 38 коммутации промежуточной втулки 7, проводящие каналы 39 диэлектрической втулки коллектора 8 с токосъемными полукольцами 40, 41, которые взаимодействуют с подпружиненными токосъемными щетками 42, 43, расположенными в окнах щеточного механизма 34, имеющего проводящие каналы 35 для электрической связи с разъемом 14 отводящего кабеля 13. Щеточный механизм 34, размещенный на выходном валу 12, имеет средство 44 фиксации вала, отражатель 45 с проточкой, которая взаимодействует с подпружиненным кольцевым контактным уплотнителем 46, расположенным в окне диэлектрической втулки 8, имеющей уплотнитель 47, фиксирующийся заглушкой 48, и выступ 49, который опирается на перегородку 50, связанную элементами крепления с внутренним основанием диэлектрической втулки коллектора 8 через уплотнитель 51, где отверстие для заливки охлаждающей диэлектрической жидкости закрыто винтом 52, который размещен в рабочем зазоре 53 (фиг.3, 4).

Подковообразные полюса индуктора 2 (фиг.6) закрыты монолитными диэлектрическими вставками 54. Внутренняя полость диэлектрического якоря 6 (фиг.7) содержит расчетное количество пазов 55 для фиксации профильной направляющей жесткости 56 с одной множественной обмоткой якоря (фиг.8), имеющей профильные загибы 57, для профильной направляющей жесткости 58, несущей две множественные обмотки якоря (фиг.9), и профильной направляющей жесткости 59 для расчетного количества множественных обмоток якоря (фиг.10), выполненных из магнитопроводящего материала. Генератор содержит также электрическое соединение множественной обмотки 36 якоря, выдающей ЭДС постоянного напряжения с токосъемных полуколец 40, 41 (фиг.12), выполненных с расчетнм зазором 60, и электрическое соединение множественной обмотки 15 якоря, выдающей ЭДС переменного напряжения с токосъемными кольцами 29, 30 (фиг.13).

При работе генератора в нормальных климатических условиях быстросъемный коллектор может быть выполнен в открытом исполнении (фиг.14), где вал 61 вращения якоря жестко связан с промежуточной втулкой 7, имеющей средство фиксации и коммутации, а индуктор 2 (фиг.15) может дополнительно содержать электромагниты с катушкой 62.

Функционирует генератор следующим образом.

При вращении якоря 6 генератора через систему зубчатых передач 18, 22 при помощи рычага 25 и рукоятки 26 на нем развивается вращательный момент М₁, перемещающий проводники обмоток 15, 36 в магнитном поле расчетного количества полюсов индуктора 2, которые индуктируют в обмотках якоря ЭДС, направление которой определяется правилом правой руки. Если вращение якоря происходит с n числом оборотов в минуту, то в его обмотках индуктируется ЭДС Е = С_nΦ, которая при замыкании через щеточный механизм на какой-либо приемник энергии r (сопротивление нагрузки) создает в этом приемнике и обмотке якоря ток I_н, который в обмотке якоря имеет направление, совпадающее с направлением ЭДС. В результате взаимодействия этого тока с магнитным полем полюсов индуктора создается электромагнитный момент М_э, направление которого определяется правилом левой руки, а развиваемый машиной электромагнитный момент является тормозным, направленным встречно направлению вращения якоря машины, так что для вращения последнего привод должен развивать вращающийся момент М₁, хотя и достаточный для преодоления электромагнитного тормозного момента, но потребляющий гораздо меньше механической энергии, чем существующие ныне типы генераторов из-за своих конструктивных преимуществ, так как основная масса якоря расположена в непосредственной близости от центра вращения. Генератор может быть выполнен в двух вариантах - с взаимозаменяемыми между собой быстросъемными коллекторами открытого и закрытого типа, где генератор с закрытым коллектором предназначен для использования в экстремальных ситуациях, когда в окружающей среде резко колеблются температура, влажность или загазованность, и традиционным с открытым коллектором, использование которого очень опасно для окружающей среды, может привести к пожару, взрыву и т.д. Для работы генератора под водой или других агрессивных жидкостях индуктор и якорь изготавливают с керамическим высокопрочным покрытием. КПД генератора, работающего в жидкой среде, зависит от степени прецизионного изготовления зазора 5 между индуктором 2 и подвижным якорем 6, который может быть выполнен монолитным. Якорь, индуктор, быстросъемный коллектор генератора обладают упрощенной технологией изготовления, сборки, ремонта и позволяют внедрить многомодульную конструкцию генератора из взаимозаменяемых частей, который способен одновременно вырабатывать несколько ЭДС различного рода.

Использование: в экстремальных ситуациях, на подводных лодках, кораблях, батискафах, в бомбоубежищах, взрывоопасных, пожароопасных, особовлажных и особотоксичных помещениях, а также для работы под водой в назащищенном виде. Сущность изобретения: генератор содержит индуктор с постоянными магнитами и немагнитный цилиндрический якорь с обмоткой. Индуктор выполнен составным из установленных вдоль оси вращения якоря множества магнитов с диэлектрическими прокладками между ними. У одного из торцов якоря установлены промежуточная втулка со средством коммутации, быстросъемный коллектор закрытого типа с токосъемными контактами, щеточный механизм с уплотнителями и средством его фиксации. обмотки якоря размещены на профильной конструкции и выполнены из двух частей, одна из которых подключена к двум контактным кольцам, взаимодействующим со щеточным механизмом, а другая - к полукольцам, также взаимодействующим со щеточным механизмом. Генератор содержит дополнительно обмотки якоря, подключенные соответственно к своим контактным кольцам или полукольцам коллектора. Генератор имеет дополнительно на внутренней поверхности цилиндрического якоря продольные пазы, в которых установлена профильная конструкция якоря. 7 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Генератор, содержащий индуктор с постоянными магнитами и немагнитный цилиндрический якорь с обмоткой, отличающийся тем, что индуктор выполнен составным из установленных вдоль оси вращения якоря множества магнитов с диэлектрическими прокладками между ними, у одного из торцов якоря установлены промежуточная втулка со средством коммутации, быстросъемный коллектор закрытого типа с токосъемными контактами, щеточный механизм с уплотнителями и средством его фиксации, где обмотки якоря размещены на профильной конструкции и выполнены из двух частей, одна из которых подключена к двум контактным кольцам, взаимодействующим со щеточным механизмом, а другая к полукольцам, также взаимодействующим со щеточным механизмом. 2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что якорь содержит дополнительные обмотки, подключенные соответственно к своим контактным кольцам или полукольцам коллектора. 3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что на внутренней поверхности цилиндрического якоря выполнены продольные пазы, в которых установлена профильная конструкция якоря. 4. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что выполнен с высокопрочным керамическим покрытием индуктора и якоря. 5. Генератор по п.1, отличающийся тем, что коллектор снабжен плавающим механизмом с подпружиненными контактными кольцевыми уплотнителями. 6. Генератор по п.1, отличающийся тем, что составной индуктор выполнен из множества постоянных магнитов и электромагнитов. 7. Генератор по п.1, отличающийся тем, что якорь содержит монолитную конструкцию. 8. Генератор по п.1, отличающийся тем, что коллектор содержит емкость для заполнения охлаждающей жидкости.