ГЕНЕРАТОР МАХОВИЧНЫЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2002 года по МПК F02P1/02 F02P3/06 

Изобретение относится к источникам электроэнергии, устанавливаемым на двигателях внутреннего сгорания транспортных средств, в частности мототехники, для питания систем зажигания этих двигателей и бортовой сети мототехники (фары, фонари, светосигнальные приборы).

Известен генератор для системы зажигания и выработки дополнительной энергии (см. патент США 4418677, кл. F 02 Р 1/02, 5/04, 3/06, публ. 6.12.83г. ). Генератор содержит маховик, несколько магнитов и статор. На внутренней поверхности маховика, вращающегося от ДВС, в общей плоскости установлено несколько магнитов, равноотстоящих по окружности. На двигателе внутри маховика и концентрично маховику установлен статор, который состоит из кольцевого сердечника из магнитомягкого материала и имеет несколько равноотстоящих полюсов для питания потребителей тока и, по меньшей мере, два полюса для системы зажигания. Первые полюса расположены в плоскости магнитов. Полюса системы зажигания сдвинуты относительно этой плоскости. На полюсах, предназначенных для питания потребителей тока, намотаны силовые обмотки. На полюсах системы зажигания намотаны обмотки зажигания, которые состоят из обмоток для малой и большой частоты вращения.

Описанное устройство имеет следующие недостатки.

Конструкция генератора усложнена за счет применения отдельных магнитов на роторе и размещения полюсов статора в разных плоскостях для силовых обмоток и обмоток зажигания. Применение отдельных магнитов на роторе связано с трудностями их крепления. Размещение полюсов статора в равных плоскостях увеличивает осевой размер генератора, который для большинства ДВС очень ограничен. Применение разных обмоток зажигания для малой и большой частоты вращения является устаревшим и имело место при малой энергии магнитных систем. Удельная (на единицу объема) мощность такого генератора невелика и питание потребителей ограничено.

Известно бесконтактное магдино (см. авт. свид. СССР 569742, кл. F 02 Р 1/02), содержащее маховик с магнитами, полюсные наконечники, основание с зарядными, осветительными и управляющими обмотками, расположенными на сердечниках. По меньшей мере два полюсных наконечника, прилегающих к одному из магнитов, снабжены клювами, смещенными один относительно другого совместно с сердечниками управляющих обмоток в осевом направлении. Маховик ротора и его посадочный конус выполнены разными деталями.

Недостатком данного устройства является то, что оно имеет неоправданно высокую трудоемкость изготовления при низкой удельной (на единицу объема) мощности, т. к. конструкция магдино усложнена за счет применения отдельных магнитов, полюсных наконечников, притом с клювами, отдельных сердечников обмоток, при этом расположенных на разных уровнях сборной конструкции маховика.

Известен генератор маховичный переменного тока для транспортного средства (см. патент США 5072714, кл. F 02 Р 1/02, 3/06, Н 02 К 7/02, публ. 17.12.91 г.), принятый за прототип. Генератор содержит ротор, выполненный в виде маховика с посадочным конусом и постоянных магнитов, и полюсных наконечников, размещенных на внутренней поверхности маховика, образующих асимметричное магнитное поле, и статор, выполненный в виде звездочки с различным количеством полюсов с размещенными на них обмотками управления и зажигания, при этом обмотки управления включены встречно. Силовая обмотка отсутствует.

Недостатками прототипа являются низкая энергия магнитной системы генератора, обеспечивающая только работу зажигания, и высокая трудоемкость крепления отдельных магнитов и полюсных наконечников.

Задачей предлагаемого изобретения является создание ряда компактных унифицированных генераторов маховичных переменного тока для транспортных средств, в частности мототехники классов от 35 до 250 см³.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в обеспечении большей мощности генератора в малых габаритах, в повышении срока службы и эксплуатационной надежности работы генератора, в обеспечении возможности применения самых современных систем электронного зажигания и стабилизации напряжения бортовой сети транспортных средств, в обеспечении минимальной трудоемкости изготовления генераторов.

Указанный технический результат достигается тем, что в генераторе маховичном переменного тока для транспортного средства, содержащем ротор, выполненный в виде маховика с посадочным конусом и постоянного магнита, размещенного на внутренней поверхности маховика и намагниченного асимметричным магнитным полем, и статор, выполненный в виде звездочки с различным количеством полюсов и размещенными на них обмотками управления и зажигания, при этом обмотки управления включены встречно, маховик ротора и его посадочный конус выполнены единой деталью из магнитомягкого материала, постоянный магнит ротора выполнен кольцеобразным из магнитопласта на основе неодима, железа, бора и полимерного связующего с каучуком и обладает энергией Нсв•Br>170 Тл•кА•м^-1, между дном маховика и магнитом установлено кольцо из твердого немагнитного материала, статор имеет 2Р полюсов, где Р≥4, а ротор имеет (2Р-2) полюсных секторных участка, намагниченных последовательно N и S, при этом (2Р-3) полюсных секторных участка имеют ширину α^° и один -3α^°, подчиняясь уравнению (2P-3)α^°+3α^° = 360^°, а нормальная составляющая магнитной индукции в условиях разомкнутого магнитного потока в середине секторных участков шириной α^° и на расстоянии от краев секторного участка шириной 3α^° выше нормальной составляющей магнитной индукции в середине секторного участка шириной 3α^°, на статоре дополнительно выполнены обмотки питания бортовой сети транспортного средства, при этом количество обмоток управления кратно двум, а общее количество обмоток зажигания и питания бортовой сети ≥ 6, оставаясь четным числом.

Новое исполнение ротора и статора, использование новых материалов, введение дополнительных обмоток позволяет получить генератор большой мощности при малых габаритах с высоким сроком службы и эксплуатационной надежностью его работы. Одновременно обеспечивается минимальная трудоемкость изготовления генератора.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что предлагаемое техническое решение обладает новизной и изобретательским уровнем.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен генератор, общий вид; на фиг.2 - вариант намагничивания постоянного магнита для статора с числом полюсов 2Р=8; на фиг.3 - то же, для статора с числом полюсов 2Р=10; на фиг.4, 5 - соответственно варианты диаграмм намагничивания постоянного магнита ротора.

Генератор содержит ротор, состоящий из маховика 1 с посадочным конусом 2, постоянного магнита 3, размещенного на внутренней поверхности маховика 1. Между дном маховика и магнитом установлено кольцо 4 из твердого немагнитного материала.

Генератор содержит также статор, выполненный в виде звездочки 5 с различным количеством полюсов и размещенными на них обмотками 6 управления и зажигания, при этом обмотки управления включены встречно.

Маховик ротора и его посадочный конус изготовлены единой деталью из магнитомягкой сортовой электротехнической стали методом полугорячего выдавливания. Постоянный магнит выполнен кольцеобразным из магнитопласта на основе неодима, железа, бора и полимерного связующего с каучуком и обладает энергией Нсв•Вr>170 Тл•кА•м^-1. Магнит формуется в магнитном поле в целях предварительной ориентации молекул в направлении к центру Полюсные наконечники на магните отсутствуют. Ротор и статор генератора образуют асимметричную магнитную систему с разным числом полюсов (секторных участков) ротора и статора. Статор имеет 2Р полюсов, где Р≥4, а ротор имеет (2Р-2) полюсных секторных участка, намагниченных последовательно N и S согласно диаграммам намагничивания (см. фиг.4 и 5). При этом (2Р-3) полюсных секторных участка имеют ширину α^° и один -3α^°, подчиняясь уравнению (2P-3)α^°+3α^° = 360^°. Нормальная составляющая магнитной индукции в условиях разомкнутого магнитного потока (без статора) в середине секторных участков шириной α^° и на расстоянии от краев секторного участка шириной 3α^° выше нормальной составляющей магнитной индукции в середине секторного участка шириной 3α^°. На статоре дополнительно выполнены обмотки питания бортовой сети транспортного средства, при этом количество обмоток управления кратно двум, а общее количество обмоток зажигания и питания бортовой сети ≥ 6 остается четным числом.

У статора два смежных полюса заняты обмотками управления, а (2Р-2) полюса - обмотками зажигания и питания бортовой сети.

Генератор работает следующим образом.

При вращении ротора генератора относительно статора полюсные секторные участки магнита 3 генерируют электрический ток в обмотках 6 статора. Секторный участок шириной 3α^°, проходя мимо двух смежных полюсов статора, на которых размещены обмотки управления системой зажигания, включенные встречно, генерирует в этих обмотках импульс тока, один за один оборот ротора, благодаря которому система зажигания обеспечивает на запальной свече двигателя одну искру за один оборот коленчатого вала, что необходимо для работы одноцилиндрового двухтактного двигателя. Все секторные участки шириной α^°, проходя мимо двух смежных полюсов статора, на которых расположены обмотки управления системой зажигания, не генерируют в них электрический ток, так как обмотки включены встречно.

Все секторные участки шириной α^° и 3α^°, проходя мимо полюсов статора, на которых расположены обмотки питания системы зажигания и обмотки питания бортовой сети, генерируют в них электрический ток. Чем меньше нормальная составляющая магнитной индукции в середине секторного участка шириной 3α^°, тем выше напряжение и отдаваемая мощность обмоток питания системы зажигания и питания бортовой сети. У генераторов, предназначенных для установки на двигатели спортивной мототехники, обмотки питания бортовой сети могут отсутствовать. Изменяя очередность положительных импульсов напряжения, выдаваемых обмотками управления системой зажигания за счет переключения концов обмоток, генераторы могут работать в любом направлении вращения. Для дорожной и спортивной мототехники классов 36...50 см³ предположительно применение генераторов с числом полюсов статора 2Р=8, а для классов 50...250 см³ - с числом полюсов статора 2Р=10 и более.

Изобретение позволяет получить генераторы с параметрами:
- бесперебойное искрообразование при частотах вращения от 400 до 7500 мин^-1, в варианте для спортивной мототехники до 11000 мин^-1,
- номинальное напряжение 14 В,
- мощность 40...110 Вт,
- бесперебойное зажигание при частотах вращения 400...7500 мин^-1 для спортивной мототехники 400...11000 мин^-1,
- энергия искры 15 мДж,
- длительность искры 1,1 мс,
- автоматическое изменение угла опережения зажигания 14^o,
- максимальный диаметр маховика ротора 97 мм,
- допустимое осевое смешение ротора относительно статора ± 1,5 мм,
- устойчивость к размагничиванию: при коротком замыкании 100%, при размыкании магнитной цепи 100%,
- ресурс 50 тыс. км,
- срок службы с сохранением технических параметров 10 лет.

Изобретение относится к источникам электроэнергии, устанавливаемым на двигателях внутреннего сгорания транспортных средств, в частности мототехники, для питания систем зажигания этих двигателей и бортовой сети мототехники (фары, фонари, светосигнальные приборы). Генератор маховичный переменного тока содержит ротор в виде маховика с посадочным конусом и постоянного магнита, выполненного кольцеобразным из магнитопласта на основе неодима, железа, бора и полимерного связующего с каучуком и размещенного на внутренней поверхности маховика и намагниченного асимметричным магнитным полем, и статор, выполненный в виде звездочки с различным количеством полюсов и размещенными на них обмотками управления и зажигания, при этом обмотки управления включены встречно, маховик ротора и его посадочный конус выполнены единой деталью из магнитомягкого материала, между дном маховика и магнитом установлено кольцо из твердого немагнитного материала, статор имеет 2Р полюсов, где Р≥4, а ротор имеет (2Р-2) полюсных секторных участка, намагниченных последовательно N и S, на статоре дополнительно выполнены обмотки питания бортовой сети транспортного средства, при этом количество обмоток управления кратно двум, а общее количество обмоток зажигания и питания ≥6, оставаясь четным числом. Техническим результатом является обеспечение полной мощности генератора в малых габаритах, повышение срока службы. 5 ил.

Генератор маховичный переменного тока для транспортного средства, содержащий ротор, выполненный в виде маховика с посадочным конусом и постоянного магнита, размещенного на внутренней поверхности маховика и намагниченного асимметричным магнитным полем, и статор, выполненный в виде звездочки с различным количеством полюсов и размещенными на них обмотками управления и зажигания, при этом обмотки управления включены встречно, отличающийся тем, что маховик ротора и его посадочный конус выполнены единой деталью из магнитомягкого материала, постоянный магнит ротора выполнен кольцеобразным из магнитопласта на основе неодима, железа, бора и полимерного связующего с каучуком, между дном маховика и магнитом установлено кольцо из твердого немагнитного материала, статор имеет 2Р полюсов, где Р≥4, а ротор имеет (2Р-2) полюсных секторных участка, намагниченных последовательно N и S, на статоре дополнительно выполнены обмотки питания бортовой сети транспортного средства, при этом количество обмоток управления кратно двум, а общее количество обмоток зажигания и питания ≥6, оставаясь четным числом.