БЕСКОНТАКТНЫЙ КОМПРЕССИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 1997 года по МПК H02K25/00 H02K39/00 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к специальным электромашинным генераторам, вырабатывающим импульсы тока за счет ротационного уплотнения магнитного потока, к так называемым компрессионным генераторам, и может быть использовано в качестве источника электрической энергии в системах электроснабжения электрофизических установок.

Известен компрессионный генератор [1] имеющий шихтованные явнополюсные статор и ротор, в пазы которых уложены обмотки, образующие одинаковые системы чередующихся полюсов на статоре и на роторе; пару контактных колец с щетками, с помощью которых осуществляется последовательное соединение обмоток и подключение общей однофазной обмотки генератора к источнику возбуждения и нагрузке; и др. элементы ( вал, корпус и т.д.). Благодаря последовательному соединению обмоток индуктивность однофазной обмотки генератора (при вращении ротора) меняется в значительных пределах, в частности отношение K_L L_max/L_min, где L_max максимальное значение индуктивности однофазной обмотки генератора при согласном расположении полюсов, L_min минимальное значение индуктивности генератора при встречном расположении полюсов, у данного генератора может достигать ста и более единиц, что, в конечном итоге, и определяет хорошие удельные характеристики (удельную мощность и энергоемкость) генератора [1] Однако, беря во внимание частотный режим работы, значительную величину импульсов, проходящих через скользящие контакты данного генератора, наличие щеточно-контактного узла у рассматриваемой машины делает проблематичным создание мощных компрессионных генераторов, аналогичных известному генератору [1] во-первых, из-за неизбежных и возможно больших потерь мощности на скользящих контактах и, во-вторых, из-за низкой надежности самого щеточно- контактного узла. Отсюда существенным недостатком данного генератора является необходимость использования в его конструкции щеточно-контактного узла.

Известен также бесконтактный компрессионный генератор [2] который в отличие от известного генератора [1] имеет лишь одну рабочую обмотку, расположенную на статоре, и желобчатый ротор. Данная конструкция обеспечивает только пассивную компенсацию магнитного потока статорной обмотки в моменты расположения ротора желобами к полюсам статора без дополнительного сжатия и увеличения длины магнитных силовых линий в машине, столь характерных для генератора [1] В связи с этим удельная мощность рассматриваемого генератора [2] всегда будет меньше удельной мощности генератора [1]
Цель настоящего изобретения повышение удельной мощности бесконтактного компрессионного генератора-прототипа [2] путем увеличения коэффициента изменения индуктивности генератора.

Поставленная цель достигается при выполнении: статора из двух торцевых, подковообразных по форме, ориентированных вдоль оси симметрии машины, взаимно перпендикулярных пакетов с тремя полюсами (двумя радиальными и одним осевым) на каждом; ротора шестиполюсным (с четырьмя радиальными полюсами и двумя осевыми) из двух, Y образных по форме, ориентированных вдоль оси симметрии машины, взаимно перпендикулярных пакетов, разделенных и скрепленных в единую конструкцию с помощью диамагнитного наполнителя; вала генератора из диамагнитного материала; обмотки генератора из шести последовательно соединенных и согласно включенных катушек, образующих четыре радиальных чередующихся полюса на статоре с помощью четырех согласно включенных катушек, расположенных на радиальных полюсах статора, и четыре радиальных чередующихся полюса на роторе с помощью двух кольцевых согласно включенных катушек, расположенных на осевых (торцевых) полюсах статора.

На фиг. 1 схематически изображен общий вид генератора при согласном (сверху) и встречном (снизу) расположении радиальных полюсов, продольный разрез, пути магнитного потока при согласном и встречном расположении радиальных полюсов генератора; на фиг.2 то же, сечение А-А на фиг.1, пути магнитного потока при согласном и встречном расположении радиальных полюсов генератора.

Генератор имеет следующие элементы: статор 1, состоящий из двух шихтованных ферромагнитных пакетов (магнитопроводов) 1а, 1б; четыре медных экрана (2', 2'')_а,б статора по два на каждом пакете; ротор 3, состоящий из двух шихтованных ферромагнитных пакетов (магнитопроводов) 3а, 3б, наполнителя из диамагнитного материала 3в и электрически непроводящего наполнителя 3г; два несоприкасающихся между собой медных экрана 4а, 4б ротора с радиальными прорезями с торцов; статорную обмотку 5, состоящую из четырех радиальных катушек 5а, и двух торцевых 5б; вал 6, фланцы 7, 8 и корпус 9 из диамагнитного материала.

Поясним работу компрессионного генератора.

Пусть к моменту согласного расположения радиальных полюсов генератора (при вращающемся роторе) по обмотке генератора через нагрузку протекает ток возбуждения (накачки) I_o, созданный внешним источником тока возбуждения (не показан), или в машине возбужден обусловленный током I_o магнитный поток Φ_o. Начиная с этого момента времени, процессы в машине протекают в таком порядке.

1. За счет уменьшения индуктивности генератора, вызываемого движением ротора от согласного расположения полюсов к встречному, в обмотке генератора наводится согласная с током ЭДС взаимоиндукции, которая приводит к нарастанию тока в катушках генератора. Процесс нарастания тока генератора, а следовательно, и тока в нагрузке, образующей с обмоткой генератора замкнутый контур, будет проходить вплоть до встречного расположения полюсов генератора. В момент встречного расположения радиальных полюсов генератора производная тока станет равной нулю, ток в обмотке достигнет максимального значения I_m. Оценим величину тока I_m по отношению к току накачки I_o. Предположим, что потери потокосцепления Ψ обмотки за время движения ротора от согласного расположения полюсов к встречному практически не произошло, тогда

Следовательно, величина тока I_m будет больше тока накачки I_o примерно в K_L раз.

2. После прохождения радиальными полюсами ротора встречно расположенных радиальных полюсов статора ЭДС взаимоиндукции сменит свое направление, ток генератора начнет уменьшаться и к моменту согласного расположения полюсов достигнет значения, несколько меньшего I_o из-за потери части потокосцепления обмотки генератора.

3. Для того чтобы амплитуда следующего импульса была не меньше предыдущего, источник возбуждения должен восполнить потерю потокосцепления обмотки к моменту согласного расположения полюсов генератора, т.е. обеспечить к данному времени протекание по обмотке генератора тока накачки I_o.

Таким образом, за один период изменения индуктивности машины генератором вырабатывается один импульс тока, амплитуда импульса тока I_m больше тока накачки I_o примерно в K_L раз.

Покажем теперь, почему коэффициент изменения индуктивности K_L у предлагаемого генератора будет больше, чем у генератора [2] и не меньше, чем у генератора [1] Для этого качественно оценим сопротивления участков магнитных цепей, составляющих пути магнитного потока при согласном расположении радиальных полюсов генератора и при встречном.

Для согласного расположения радиальных полюсов генератора магнитный поток накачки Φ_o, сцепляясь со всеми витками катушек обмотки 5, проходит через магнитопроводы статора и ротора 1, 3 и поперечные воздушные зазоры 10, 11 генератора. Отсюда следует, что сопротивление магнитной цепи для потока Φ_o в основном состоит из сопротивлений участков, образованных поперечными воздушными зазорами 10, 11, которых оказывается столько же, сколько и у известных генераторов [1,2] при аналогичном расположении полюсов: на 1/2 потока два участка. Поэтому при одном и том же объеме активных материалов максимальная индуктивность предлагаемого генератора (в расчете на один виток катушек обмотки) будет не меньше максимальной индуктивности известных генераторов [1,2]
Для встречного расположения радиальных полюсов генератора в магнитную цепь кроме участков цепи для согласного расположения радиальных полюсов генератора войдут дополнительные протяженные узкие воздушные промежутки 12 между радиальными полюсами статора. Поэтому сопротивление магнитной цепи при встречном расположении радиальных полюсов генератора будет значительным из-за протяженных воздушных участков 12, которых будет столько же, сколько и у известного генератора [1] при аналогичном расположении ротора относительно статора: на 1/2 потока два участка. Отсюда минимальная индуктивность L_min предлагаемого генератора будет не больше (при равных условиях), а возможно даже и меньше (за счет уменьшения с помощью экранов 2, 4 индуктивностей рассеяния катушек 5 и увеличения, обусловленного перпендикулярностью пакетов статора и ротора, магнитного сопротивления торцевых полюсов генератора) L_min генератора [1] и существенно меньше L_min генератора [2]
Таким образом, предлагаемый генератор будет иметь больший коэффициент изменения индуктивности K_L, а следовательно, и большую удельную мощность по отношению к генератору [2] и примерно одинаковые характеристики по отношению к генератору [1]

Изобретение относится к области электротехники, а именно к специальным электромашинным генераторам, вырабатывающим импульсы тока за счет ротационного уплотнения магнитного потока. Сущность изобретения состоит в том, что статор компрессионного генератора выполнен из двух шихтованных пакетов подковообразной формы, а ротор - из двух скрепленных диамагнитным материалом Y - образных пакетов, оси симметрии которых совпадают с осью генератора и каждый из которых имеет четыре радиальных и два аксиальных полюса. На статоре генератора расположена рабочая обмотка из шести последовательно соединенных и согласно включенных катушек. Ротор установлен на валу диамагнитного материала. При этом две из шести катушек рабочей обмотки выполнены кольцевыми и размещены на аксиальных полюсах статора, а остальные четыре - на его радиальных полюсах. Предлагаемый компрессионный генератор характеризуется большим коэффициентом изменения индуктивности, а следовательно, и большей удельной мощностью, по сравнению с известными при отсутствии в нем щеточно-контактного узла. 2 ил.

Бесконтактный компрессионный генератор, содержащий шихтованный статор с явно выраженными полюсами, установленный на валу желобчатый ротор с явно выраженными полюсами, корпус с фланцами из диамагнитного материала и рабочую обмотку, расположенную на статоре, отличающийся тем, что статор выполнен из двух пакетов подковообразной формы, расположенных взаимно перпендикулярно и с ориентацией их осей симметрии вдоль оси генератора, каждый пакет статора имеет один аксиальный и два радиальных полюса, ротор выполнен из двух взаимно перпендикулярных и скрепленных диамагнитным материалом Y-образных пакетов, ось симметрии каждого из которых совпадает с осью генератора и каждый из которых имеет два радиальных и один аксиальный полюса, при этом вал выполнен из диамагнитного материала, рабочая обмотка выполнена из шести последовательно соединенных и согласно включенных катушек, из которых две выполнены кольцевыми и размещены на аксиальных полюсах статора, а четыре размещены на радиальных полюсах.