ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 1998 года по МПК H02K27/00 

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к тихоходным электрическим машинам.

Известен электротехнический генератор [1], ротор которого выполнен в виде стального кольца с расположенными на нем постоянными магнитами и статором, выполненным из отдельных шихтованных секций трапециевидного сечения, имеющих соединение между собой фланцы.

Известен также синхронный генератор с постоянными магнитами [2], содержащий ферромагнитный ротор и статор, включающий четное число симметрично расположенных по окружности шихтованных стержней, снабженных расположенными на их концах полюсными наконечниками, шихтованными перпендикулярно шихтовке стержней; якорными и экранными катушками, расположенными в его средней части, причем ротор содержит две идентично жестко закрепленные на валу и одинаково ориентированные относительно него полюсные системы, включающие магнитопровод из магнитотвердого материала, имеющий по меньшей мере одну пару полюсов с наконечниками, причем полюсные наконечники статора и ротора находятся друг против друга, а одинаково ориентированные полюса полюсных систем имеют разную полярность.

Известен также генератор с кольцевым якорем [3], содержащий два многополюсных индуктора, полюсы которых направлены из постоянных магнитов с полюсными наконечниками в виде Г-образных сегментов, обращенных внутренней торцевой и цилиндрической поверхностями к обмотке якоря, причем одноименные полюсы индукторов установлены оппозитно, а якорь расположен в зазоре между инжукторами и выполнен в виде кольцевого магнитопровода с обмоткой.

Известен также генератор [4], содержащий два многополюсных индуктора с полюсами из постоянных магнитов и Г-образными наконечниками, имеющими возможность радиального смещения, состоящими из двух частей, магнитной и немагнитной, закрепленными на упругом элементе, расположенном в полюсе, и опирающимися на цилиндрические поверхности элементов скольжения. Якорь, расположенный в зазоре между индукторами, состоит из кольцевого магнитопровода, вокруг которого намотана обмотка.

Недостатком генераторов [1, 2 и 3] является отсутствие стабилизации напряжения при изменении частоты вращения ротора. Этот недостаток частично устранен в генераторе [4], который является наиболее близким по конструкции к предлагаемому нами генератору и выбран нами за прототип.

Однако генератор [4], равно как и генераторы [1, 2 и 3], не обеспечивает стабилизацию генерируемого напряжения при изменении нагрузки генератора.

Задачей изобретения является повышение надежности генератора, сохранение номинального значения КПД и повышение количества энергии при изменении электрической нагрузки генератора и скорости его вращения за счет стабилизации генерируемого напряжения.

Задача решается тем, что в генератор переменного тока, содержащий два многополюсных индуктора, полюсы которых выполнены из постоянных магнитов с Г-образными наконечниками, закрепленными на упругом элементе, расположенном в полюсе и обеспечивающем радиальное смещение, якорь, расположенный в зазоре между многополюсными индукторами, состоящий из якорной обмотки и магнитопровода, выполненного в виде кольца, имеющего в своем сечении равнобедренную трапецию, большее основание которой обращено к наружной поверхности кольца, а меньшее - к внутренней, введен электромагнит с обмоткой, электрически соединенной последовательно с якорной обмоткой, и механическая тяга, соединяющая Г-образные наконечники с якорем электромагнита, обеспечивающие радиальное смещение Г-образных наконечников в зависимости от величины электрической нагрузки генератора.

Якорь электромагнита представляет собой кольцо, состоящее из отдельных сегментов, выполненных из ферромагнитного материала. Число секторов, как правило, равно числу Г-образных наконечников и механических тяг. Взаимная связь сегментов осуществляется одним из известных механизмов, синхронизирующим их перемещение в радиальном направлении и обеспечивающим тем самым уравновешенность вращающихся масс.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен генератор переменного тока, содержащий индукторы 1 и 2 с полюсами 3 и 4 из постоянных магнитов и Г-образными наконечниками, состоящими из двух частей, магнитной 5 и немагнитной 6, закрепленными на упругом элементе 7, расположенном в полюсе 3, и опирающимися на цилиндрические поверхности элементов скольжения 8, Г-образные наконечники 5 и 6 связаны механической тягой 9 с якорем электромагнита 10, обмотка 11 которого электрически соединена последовательно с якорной обмоткой 12 и нагрузкой генератора. Якорь генератора, расположенный между многополюсными индукторами, состоит из кольцевого магнитопровода 13, вокруг которого намотана обмотка 12, присоединенная последовательно с обмоткой 11 электромагнита к выводным проводникам 14.

Стабилизация происходит следующим образом.

При подключении генератора к нагрузке по обмотке 12 якоря генератора, обмотке электромагнита 11 и выводным проводникам 14 протекает ток. При увеличении частоты вращения генератора наконечники 5 и 6 под действием центробежных сил смещаются в радиальном направлении от центра, увеличивая тем самым немагнитный зазор, что приведет к уменьшению магнитного потока, замыкающегося через наконечники 5 и 6, магнитопровод 13 и полюс 3, и уменьшению длины обмотки, взаимодействующей с магнитным потоком, и, как следствие индуцируемая в обмотке 12 якоря генератора ЭДС сохраняет свое номинальное значение. Если в этот момент нагрузка якоря увеличится, то увеличится ток через обмотку 11 электромагнита, магнитный поток, создаваемый этим током и замыкающийся через кольцевой магнитопровод 15 и якорь 10 тоже увеличится, и якорь 10 будет притягиваться к магнитопроводу 15, попеременно через магнитную тягу 9 воздействуя на Г-образный наконечник 6, заставляя его смещаться к центру, тем самым уменьшая немагнитный зазор, что приведет к увеличению магнитного потока, замыкающегося через Г-образные наконечники 5 и 6, кольцевой магнитопровод 13 и полюс 3, а также к увеличению длины обмотки, взаимодействующей с магнитным потоком, и индуцируемая в обмотке 12 ЭДС сохранит свое значение номинального режима. В целях уменьшения магнитных потоков рассеяния вал 16 сделан из слабомагнитного материала.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить стабилизацию генерируемого напряжения при изменении электрической нагрузки генератора.

Изобретение относится к электромашиностроению. В генератор переменного тока введены электромагнит с кольцевым магнитопроводом 15, якорем 10 и механическая тяга 9, соединяющая Г-образные наконечники 5 и 6 с якорем 10 электромагнита, обеспечивающие радиальное смещение Г-образных наконечников в зависимости от величины электрической нагрузки генератора. Устройство способствует повышению надежности, сохранению номинального значения КПД и повышению качества энергии при изменении нагрузки генератора и скорости его вращения за счет стабилизации напряжения. 1 ил.

Генератор переменного тока, содержащий два многополюсных индуктора, полюса которых выполнены из постоянных магнитов с Г-образными наконечниками, закрепленными на упругом элементе, расположенном в полюсе, обеспечивающем радиальное смещение, якорь, расположенный в зазоре между многополюсными индукторами, состоящий из якорной обмотки и магнитопровода, выполненного в виде кольца, имеющего в своем сечении равнобедренную трапецию, большее основание которой обращено к наружной поверхности кольца, а меньшее - к внутренней, отличающийся тем, что в него введены электромагнит с обмоткой, электрически соединенной последовательно с якорной обмоткой, и механическая тяга, соединяющая Г-образные наконечники якорем электромагнита, обеспечивающие радиальное смещение Г-образных наконечников в зависимости от величины электрической нагрузки генератора.