ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 1995 года по МПК H02K33/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в составе автономного источника электрической энергии с тепловым двигателем.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является электрический генератор, содержащий зубчатый магнитопровод статора, безобмоточный ферромагнитный ротор с поверхностью, ограниченной в направлении перемещения кромками и расположенной напротив зубцов магнитопровода статора, однофазную якорную обмотку, размещенную между зубцами статора, индуктор.

В указанном генераторе индуктор включает источник питания обмотки, импульсный регулятор тока возбуждения, состоящий из диодов и управляемых ключей, датчики положения ротора.

В качестве источника питания обмотки в этом генераторе использованы аккумуляторные батареи или гальванические элементы. Применение таких источников питания и наличие большого количества элементов для осуществления возбуждения генератора снижает его надежность в автономных установках, которые должны работать длительное время без обслуживания. Другим источником питания обмотки может служить электронное устройство, запитываемое электрической энергией от самого генератора, но такое устройство должно иметь большое число электронных элементов, что также снизит надежность генератора в автономном режиме работы.

Целью изобретения является повышение надежности в автономном режиме работы.

Это достигается тем, что в электрическом генераторе, содержащем статор с магнитопроводом П-образной формы и однофазной обмоткой, расположенной во внутренней полости магнитопровода, ферромагнитный ротор, колеблющийся вдоль полюсов статора, один из участков магнитопровода выполнен в виде постоянного магнита с полюсами, ориентированными вдоль магнитопровода.

Ротор может быть выполнен П-образной формы, при этом его концы ориентированы к концам магнитопровода статора.

Такое исполнение позволяет повысить надежность электрического генератора в автономном режиме работы, поскольку исключаются аккумуляторные батареи или гальванические элементы, уменьшается число элементов для осуществления возбуждения генератора.

На фиг. 1 изображен электрический генератор с нейтральным положением ротора; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 генератор с зубчатым ротором; на фиг.4 и 5 генератор с различными рабочими положениями ротора.

Электрический генератор содержит магнитопровод 1 статора с зубцами 2, безобмоточный ферромагнитный ротор 3 с поверхностью 4, ограниченной в направлении перемещения кромками 5. Поверхность 4 расположена напротив зубцов 2 с воздушными зазорами 6. Между зубцами 2 расположена однофазная якорная обмотка 7. Индуктор 8 содержит два магнитопровода 9 и 10 с зубцами 11 и 12 соответственно. Магнитопроводы 9 и 10 охватывают однофазную якорную обмотку 7. Зубцы 11 магнитопровода 9 находятся напротив зубцов 12 магнитопровода 10 и разделены воздушными зазорами 13. Зубцы 11 могут перемещаться относительно зубцов 12 одновременно с перемещением кромок 5 относительно зубцов 2. Одновременность перемещения достигается тем, что магнитопровод 9 соединен с ротором 3, а магнитопровод 10 с магнитопроводом 1 статора. Магнитопровод 10 содержит постоянный магнит 14, создающий магнитный поток в магнитопроводах 9 и 10.

Ротор генератора может быть выполнен зубчатым, при этом зубцы 15 ротора 3 расположены напротив зубцов 2 магнитопровода 1 статора и могут перемещаться относительно зубцов 2 одновременно с перемещением зубцов 11 магнитопровода 9 относительно зубцов 12 магнитопровода 10.

Электрический генератор работает следующим образом.

Когда ротор 3 находится в нейтральном положении, как показано на фиг.1, зубцы 11 и 12 магнитопроводов 9 и 10 находятся напротив друг друга, а поверхность 4 ротора 3 находится напротив зубцов 2 магнитопровода 1 статора. В этом положении магнитное сопротивление между поверхностью 4 и зубцами 2 имеет минимальное значение, поскольку воздушные зазоры 6 минимальны.

При перемещении ротора 3 из нейтрального положения (фиг.4) зубцы 11 смещены относительно зубцов 12, при этом магнитное сопротивление между зубцами 11 и 12 изменяется, поскольку изменяются воздушные зазоры 13, что приводит к изменению магнитного потока Ф_в в магнитопроводах 9 и 10. Так как магнитопроводы 9 и 10 охватывают однофазную якорную обмотку 7, то й ней наводится ЭДС, а если обмотка 7 соединена с нагрузкой, то по ней протекает электрический ток i. Этот электрический ток создает магнитный поток Ф_я в магнитопроводе 1 статора и роторе 3. Поскольку одновременно с относительным перемещением зубцов 11 и 12 происходит перемещение кромок 5 относительно зубцов 2 магнитопровода 1 статора, магнитное сопротивление между поверхностью 4 и зубцом 2 возрастает, так как возрастает воздушный зазор 6. Возрастание магнитного сопротивления вызывает уменьшение магнитного потока Ф_я в магнитопроводе 1 статора и роторе 3, что вызывает в свою очередь возрастание электрического тока i в однофазной якорной обмотке 7, который должен появиться, чтобы препятствовать уменьшению магнитного потока Ф_я. Процесс нарастания тока может происходить без участия индуктора 8, как показано на фиг.5, когда зубцы 11 и 12 удалены друг от друга и магнитное сопротивление между ними практически не меняется. Процесс нарастания тока в обмотке 7 продолжается по мере увеличения магнитного сопротивления между поверхностью 4 и зубцами 2. При достижении крайнего положения скорость ротора 3 снижается до нуля, и магнитное сопротивление перестает возрастать, что приводит к затуханию электрического тока i. Процесс нарастания тока более подробно описан в прилагаемом расчете электрического тока в якорной обмотке.

При возвращении ротора из крайнего положения возбуждение генератора не происходит, поскольку зубцы 11 и 12 находятся далеко друг от друга и магнитный поток через обмотку 7 не изменяется.

При приближении ротора 3 к нейтральному положению зубцы 11 и 12 сближаются до величины, обеспечивающей изменение магнитного потока в магнитопроводах 9 и 10. В результате в однофазной якорной обмотке 7 возникает электрический ток. Этот ток создает магнитный поток в магнитопроводе 1 статора и роторе 3. Поскольку ротор движется к нейтральному положению, магнитное сопротивление между поверхностью 4 ротора 3 и зубцами 2 магнитопровода 1 статора уменьшается. Это приводит к возрастанию магнитного потока в магнитопроводе 1 статора и роторе 3 и, следовательно, к наведению ЭДС, которая подавляет первоначальный ток. Таким образом, при движении ротора 3 из крайнего положения в нейтральное электрический ток в якорной обмотке 7 почти не возникает.

При перемещении ротора из нейтрального положения в противоположное крайнее, а затем снова в нейтральное электрический генератор работает аналогично.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в составе автономного источника электрической энергии с тепловым двигателем. Электрический генератор содержит магнитопровод 1 статора с зубцами 2, безобмоточной ферромагнитный ротор 3 с поверхностью, ограниченной в направлении перемещения кромками 5 и расположенной напротив зубцов 2 магнитопровода 1 статора, однофазную якорную обмотку 7, размещенную между зубцами 2 магнитопровода 1 статора, индуктор 8. Индуктор выполнен в виде двух магнитопроводов 9 и 10 с зубцами 11 и 12 соответственно, охватывающих однофазную якорную обмотку 7, при этом магнитопровод 10 соединен с магнитопроводом 1 статора, магнитопровод 9 с ротором 3, а зубцы 11 находятся напротив зубцов 12 и могут перемещаться относительно зубцов 12 одновременно с перемещением кромок 5 относительно зубцов 2, причем магнитопровод 10 содержит постоянный магнит 14. При движении ротора 3 из нейтрального положения в результате относительного перемещения зубцов 11 и 12 двух магнитопроводов 9 и 10 индуктора 8 в якорной обмотке 7 возникает электрический ток, который создает магнитный поток в магнитопроводе 1 староста и роторе 3. Поскольку магнитное сопротивление между магнитопроводом 1 статора и ротором 3 увеличивается, то, чтобы препятствовать уменьшению магнитного потока, происходит возрастание электрического тока в якорной обмотке 7. 1 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий статор с магнитопроводом П-образной формы и однофазной обмоткой, расположенной во внутренней полости магнитопровода, ферромагнитный ротор, колеблющийся вдоль полюсов статора, отличающийся тем, что один из участков магнитопровода статора выполнен в виде постоянного магнита с полюсами, ориентированными вдоль магнитопровода. 2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что ротор выполнен П-образной формы, а его концы ориентированы к концам магнитопровода.