КОММУТАТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 2004 года по МПК H02K19/24 H02K19/16 H02K19/20 

Изобретение относится к электрическим машинам индукторного типа с коммутацией магнитного потока и может быть использовано для получения электроэнергии в системах, условия работы которых не допускают применения щеточных электрических контактов.

Известен индукторный генератор, содержащий на статоре узел возбуждения, выполненный в виде центрального аксиального токопровода, и якорные ферромагнитные сердечники, охваченные якорными катушками. Якорные ферромагнитные сердечники выполнены двухполюсными и магнитно не связаны друг с другом. На роторе укреплены магнитно не связанные магнитопроводящие сегменты [а.с. СССР №641599, 05.01.79 г., Б.И. №1].

Недостатком данной конструкции генератора является сложность передачи механического момента на полый вал и увеличение массы и габаритных размеров при реализации многофазной системы якоря.

Известен также многофазный индукторный генератор с коммутацией потока, содержащий зубчатый ротор - коммутатор и статор с тангенциальными магнитами и активными зубцовыми зонами в виде гребенок, между которыми расположены постоянные магниты [а.с. СССР №824380, 23.04.81 г., Б.И. №15].

Недостатком генератора является расположение катушек обмотки якоря и постоянных магнитов вдоль окружности статорного пакета, что уменьшает значение коэффициента полюсного перекрытия и, следовательно, увеличивает минимально допустимые габаритные размеры генератора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту, принятым за прототип, является коммутаторный генератор, вал которого выполнен полым, а проводники обмотки возбуждения размещены внутри полого вала. Магнитопровод каждой фазы якоря выполнен в виде радиально расположенных пакетов с обмотками на них. Ротор содержит отдельные для каждой фазы немагнитные диски с укрепленными на них дугообразными магнитопроводами, которые отделены друг от друга в радиальном и тангенциальном направлении немагнитными промежутками и размещены с воздушным зазором по отношению к противоположным по радиусу концам пакетов якоря, причем внутренние дугообразные магнитопроводы смещены по окружности наружных магнитопроводов на 180 эл.град. Длина этих магнитопроводов по окружности превышает расстояние между соседними пакетами якоря [а.с. СССР №748693, 15.07.80 г., Б.И. №26].

Недостатком такой конструкции является наличие проводников обмотки возбуждения, расположенных внутри полого вала. В связи с этим генератор имеет более сложный узел передачи механического момента на вал и, как следствие, меньшую надежность и меньший коэффициент использования обмотки возбуждения. Кроме того, данное конструктивное решение для исполнения m-фазного генератора требует наличия расположенных вдоль оси вращения m блоков, каждый из которых содержит немагнитный диск ротора с дугообразными магнитопроводами и неподвижный якорь в виде радиально расположенных пакетов с обмотками на них, что увеличивает массу и габаритные размеры генератора.

Задача изобретения - снижение массы и габаритов генератора, увеличение числа фаз, упрощение технологии его изготовления и повышение надежности конструкции.

Решение данной задачи достигается использованием тороидальной обмотки возбуждения, расположенной на неподвижной части генератора и охватывающей ось вращения ротора. По окружности обмотка возбуждения поочередно охвачена пакетами статора двух групп, имеющих противоположное направление относительно оси вращения генератора. Магнитопроводы фаз якоря выполнены в виде радиально расположенных пакетов с обмотками на них. Ротор состоит из двух немагнитных дисков, на которых укреплены магнитопроводы двух типов: сквозные и шунтирующие. Каждый тип магнитопровода ротора содержит два пакета и отделен от магнитопровода другого типа немагнитными промежутками.

На фиг.1 и 2 представлены продольные разрезы активной части генератора для двух положений ротора; на фиг.3 - поперечный разрез генератора.

Генератор содержит корпус 1 с подшипниковыми щитами 2 и 3. В центре генератора расположена тороидальная обмотка возбуждения 4 с двумя группами пакетов статора 5 и 6. Пакеты этих групп расположены поочередно, по окружности обмотки возбуждения и встречно друг другу. На торцах генератора расположены два неподвижных блока, содержащих пакеты фаз якоря 7 с обмотками на них 8. Ротор состоит из двух одинаковых немагнитных дисков 9 и 10, на которых укреплены магнитопроводы двух типов: сквозные 11 и шунтирующие 12, которые переключают направление магнитного потока, созданного обмоткой возбуждения 4.

При вращении ротора при угловом положении 0 эл.град., соответствующем фиг.1, поток, созданный тороидальной обмоткой возбуждения 4, замыкается по пакетам группы 6, шунтирующему магнитопроводу 12 диска ротора 9 и одновременно по пакетам группы 5 и сквозному магнитопроводу 11 диска ротора 10 через пакеты фазы якоря 7. При угловом положении ротора 180 эл.град. (фиг.2) поток замыкается по пакетам группы 6 и сквозному магнитопроводу 11 диска ротора 9 через пакеты фазы якоря 7 и по пакетам группы 5 и шунтирующему магнитопроводу 12 диска ротора 10.

Особенностью генератора является наличие в обмотке фазы якоря знакопеременного потока при изменении потока обмотки возбуждения только по величине. Кроме того, изменение взаимных индуктивностей обмотки возбуждения и обмотки фазы якоря, за счет наличия шунтирующих магнитопроводов ротора, происходит до нулевого значения.

Существенное упрощение технологии изготовления генератора достигается тем, что изготовление обмотки возбуждения осуществляют отдельно от пакетов статора, а их конструктивное объединение происходит в процессе сборки генератора. Изготовление шунтирующих магнитопроводов ротора, пакетов статора и фаз якоря осуществляют навивкой по безотходной технологии.

Предложенное взаимное расположение пакетов статора и фаз якоря позволяет значительно повысить коэффициент полюсного перекрытия и коэффициент использования обмотки возбуждения. Повышение надежности конструкции генератора достигают упрощением конструкции узла передачи механического момента на вал.

Изобретение относится к области электротехники, а именно электрическим машинам индукторного типа с коммутацией магнитного потока, и может быть использовано для получения электроэнергии в системах, условия работы которых не допускают применения щеточных электрических контактов. Техническая задача предлагаемого изобретения заключается в снижении массы и габаритов, увеличении числа фаз (плюсов) коммутаторного генератора, а также в упрощении технологии его изготовления. Решение поставленной задачи достигают применением для системы возбуждения тороидальной обмотки, охватывающей ось вращения ротора, в сочетании с пакетами статора двух групп охватывающими, поочередно, по окружности, обмотку возбуждения в двух встречных направлениях. При этом магнитопроводы фаз якоря выполняют в виде радиально расположенных на торцах генератора пакетов с обмотками на них. Ротор состоит из вала и двух немагнитных дисков с укрепленными на них поочередно сквозными и шунтирующими магнитопроводами. Данное конструктивное решение позволяет уменьшить массу и габариты коммутаторного генератора при равном с аналогами и прототипом числе фаз (полюсов), повысить КПД и надежность передачи механического момента на вал, использовать при изготовлении генератора безотходную технологию. 3 ил.

Коммутаторный генератор, содержащий магнитопроводы фаз якоря, выполненные в виде радиально расположенных пакетов с обмотками на них, ротор, на котором укреплены магнитопроводы, отделенные между собой немагнитными промежутками в радиальном и тангенциальном направлениях, отличающийся тем, что обмотка возбуждения выполнена тороидальной, охватывающей ось вращения ротора, пакеты статора двух групп охватывают по окружности обмотку возбуждения поочередно в двух встречных направлениях и выполнены навивкой, ротор содержит два немагнитных диска с укрепленными на них поочередно сквозными и шунтирующими магнитопроводами, каждый из них состоит из двух пакетов.