ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА, ЕГО ВАРИАНТЫ И СПОСОБЫ ИХ УСТАНОВКИ Российский патент 2010 года по МПК H02K19/00 H02K35/00 F03B13/12 

Изобретение относится к области электричества и электрических машин, в частности к элементам конструкций их магнитной цепи; к элементам конструкции обмоток, кожухов, корпусов и опор; к устройствам для регулирования механической энергии, конструктивно сопряженным с электрическими машинами; к машинам с несколькими роторами или статорами; к асинхронным и синхронным двигателям и генераторам; к синхронным двигателям и генераторам с постоянными магнитами; к коллекторным двигателям и генераторам постоянного тока с механической коммутацией, к универсальным коллекторным двигателям, допускающим питание как переменным, так и постоянным током; к двигателям и генераторам пульсирующего постоянного тока; к коллекторным двигателям и генераторам переменного тока с механической коммутацией; к двигателям или генераторам с бесконтактной коммутацией; к униполярным двигателям и генераторам, машинам постоянного тока с барабанным или дисковым якорем и непрерывным токосъемом; к генераторам с возвратно-поступательным, колебательным или вибрационным движением магнита, якоря или системы катушек или какого-либо иного элемента магнитной цепи.

Известен синхронный генератор электрического тока, у которого статор состоит из станины, катушек, сердечников, обмоток и панели выводов, а корпус - сварной из литой стали. Пакеты сердечника статора собраны из отдельных листов электротехнической стали, покрытых изолирующим лаком, концы трех фаз статорной обмотки и нулевая точка выведены на шины. Явнополюсный ротор генератора состоит из вала, остова и сердечников, на которых размещаются обмотки возбуждения и успокоительная. Сердечник ротора набран из отдельных стальных листов, скрепленных в пакет. Траверсы контактных колец установлены на фланце подшипникового щита с роликовым и шариковым подшипником, имеется вентилятор; ребро для подъема; полюс и ротор генератора начального пуска или иные системы возбуждения - независимой; с самовозбуждением; или смешанной (см. книгу: Лейкин B.C. Судовые электрические станции и системы. - М.: Транспорт. 1982. С.25-26).

Недостатком данного генератора является то, что его ротор выполнен статически и динамически сбалансированным и при установке статора на опорные элементы и фундамент он не может изменить свою ориентацию к статору и к центру Земли, что не позволяет использовать эффект получения электрического тока при их свободном взаимном смещении.

Устранение указанного недостатка и получение электрического тока при свободном смещении ротора относительно статора силами притяжения Земли предусмотрено в предлагаемой заявке и является ее главной задачей.

В предлагаемой заявке на изобретение поставленная задача решена путем выполнения новых конструкций генераторов и способов их установки, в которых генератор содержит ротор и статор с общей продольной осью, расположенной горизонтально, имеет сердечники с катушками и системой возбуждения для выработки электрического тока, при этом центры масс ротора или статора выполнены эксцентрично смещенными относительно продольной оси их вращения, а для увеличения эксцентриситета на роторе или статоре может быть размещен дополнительный груз, и/или выполнены пазы и/или отверстия, в которые может быть введен материал с большим удельным весом, чем у окружающего их материала, или одна или часть катушек и их сердечников могут быть удалены, или сердечники с катушками расположены асимметрично или в нечетном количестве, большем трех, а для обеспечения возможности качания статически неуравновешенных роторов или статоров они установлены свободно, когда парный им ротор или статор закреплен на плавающем средстве, имеющем возможность колебаний на угол ±α при движении волн на воде и возможность разворота по нормали к действию волн за счет формы своего корпуса или вертикального оперения, при этом генераторы могут быть установлены фронтальными рядами или рядами друг за другом, а для восприятия колебаний плавающего средства во взаимно перпендикулярных направлениях генераторы могут быть встроены перпендикулярно в полый трубчатый ротор внешнего генератора, у которого ротор или статор также выполнены статически неуравновешенными и имеют возможность за счет свободного подвеса направлении к центру Земли совершать относительно закрепленных на плавающем средстве парных им роторов и статоров колебательные движения при воздействии на них волн, встроенные генераторы могут быть установлены в полом роторе внешнего генератора рядами друг за другом или в несколько ярусов, а для обеспечения возможности колебаний в трех взаимных плоскостях роторы и статоры могут быть установлены или подвешены на горизонтальной поворотной платформе, размещенной на плавающем средстве и имеющей возможность свободного поворота вокруг своей вертикальной оси, при этом на платформе и прилегающих к ней частях плавающего средства могут быть установлены сердечники с катушками и системой возбуждения, которые обеспечивают выработку электрического тока, а роторы и статоры могут быть установлены или подвешены к горизонтальной платформе в несколько рядов и ярусов.

Конструктивные исполнения предлагаемых генераторов, их вариантов и способов их установки показаны на чертежах.

На фиг.1 показан генератор электрического тока, содержащий статор 1 и ротор (якорь) 2 с общей продольной осью O_в, расположенной горизонтально. Статор состоит из укрепленной на корпусе 3 станины 4, собранной в пакет из покрытых изолирующим лаком отдельных листов электротехнической стали, и имеет сердечники 5 с катушками 6 статорной обмотки, концы и нулевая точка которых в виде трех фаз выведены на панели выводов 7 с шинами 8. Явнополюсный ротор 2 состоит из вала 9 и остова 10 с закрепленными на нем сердечниками 11 с явным полюсом 12, собранными из отдельных листов электротехнической стали, покрытыми изолирующим лаком и скрепленными в пакет с размещенными на сердечниках обмотками возбуждения 13. Ротор с подшипниками 14 установлен в закрепленных на корпусе подшипниковых щитах 15 и может иметь вентилятор 16, закрытый вентиляционной решеткой 17, а также генератор начального пуска 18.

Отличительной особенностью предлагаемой конструкции генератора является то, что центр O_м ротора выполнен эксцентрично смещенным на величину е_р относительно продольной оси O_в его вращения, например, за счет статической несбалансированности в результате выполнения отверстия 19 и/или паза 20 в валу 9 и/или остове 10, а для увеличения эксцентриситета - выполнения отверстий и/или пазов с противоположной стороны ротора и заполнения их более тяжелым материалом (т.е. с большим удельным весом). Сверление может быть выполнено вдоль продольной и радиальной осей.

На фиг.2 показаны новые варианты исполнений генератора, у которых эксцентриситет е_р массы ротора может быть обеспечен при отсутствии одной из обмоток возбуждения, в т.ч. вместе с сердечником (исполнение 1 и 2), или закрепления на валу дополнительного внешнего груза 21 (исполнение 3), или асимметричного по весу вентилятора, или вместо него - какого-либо иного асимметричного груза внутри корпуса, или выполнения у ротора нечетного количества сердечников с обмотками (исполнение 4) и др.

На фиг.3 показан способ установки генератора, состоящего из статора 1 и статически неуравновешенного по любому из приведенных на фиг.1 и на фиг.2 вариантов ротора 2, на палубе 22 плавающего средства 23, например поплавка, имеющего возможность колебаться на волнах. При этом статор 1 закреплен на палубе, а ротор 2 имеет возможность свободного вращения, что за счет смещения центра массы ротора на величину e_p относительно оси его свободного вращения создает ему строгую ориентацию по отношению к центру Земли, и при периодическом качании статора на угол ±α в радиальной плоскости относительно ротора за счет действия волн на плавающее средство (исполнение 1) или за счет внешних приводов движения генератор вырабатывает электрический ток прямого и обратного направления, который далее может быть разделен на потоки со сведением их к одинаковой фазе, а их собственная частота (или частота смены направления потоков) могут быть дополнительно умножены полупроводниковыми или иными устройствами. Для ограничения угла качания плавающее средство (поплавок) может иметь успокоительный обод 24, а для ориентации поплавка перпендикулярно к ходу волны он может быть выполнен эллипсовидной или иной вытянутой формы или иметь в продольной осевой плоскости вертикальное оперение 25. Для повышения остойчивости центр O_ц действия выталкивающих сил поплавка создан выше центра масс генератора, для чего также может быть использован груз 26 и/или 27 внутри и вне корпуса поплавка, либо может быть применен якорь 28. Грузом может служить сам генератор, установленный либо внутри корпуса 23 на опоры 29 и закрытый крышкой 30, которая также может быть корпусом поплавка, в случае переворота его на противоположную сторону, для чего она снабжена таким же вертикальным оперением 25 (исполнение 2), либо генератор может быть подвешен снизу корпуса 23 на основании 31 и закрыт герметичной крышкой 32 (исполнение 3).

На фиг.4 показано развитие предыдущих способов установки за счет увеличения количества генераторов, размещаемых на плавающих средствах фронтальными рядами поперек (исполнение 1) и/или вдоль (исполнение 2). Все составляющие их элементы 1…28 адекватны исполнениям, приведенным на фиг.3, а для уменьшения длины предлагаемых конструкций генераторов они могут быть собраны в модули с двумя и большим количеством соосно установленных на плавающем средстве 23 статоров и роторов (исполнение 2), у которых валы 9 соединены друг с другом с помощью муфт или хомутов 33, а статоры связаны общим остовом 34. При этом промежуточные генераторы возбуждения могут быть заменены общим 18, для чего в последующих валах выполнены сквозные отверстия для укладки кабелей, а концы валов 9 могут быть удалены или укорочены. Для всех роторов вал может быть выполнен общим, а для уменьшения длины этой сборной конструкции промежуточные подшипниковые щиты 15 и вентиляторы 16 могут быть исключены.

На фиг.5 показана новая конструкция генератора, имеющего статор 1 и ротор (якорь) 2 с другими составляющими их конструктивными элементами 3…18, адекватными исполнению на фиг.1.

Отличительной особенностью предлагаемой конструкции генератора является то, что центр массы O_м статора выполнен эксцентрично смещенным на величину e_c относительно продольной оси O_в его вращения, например, за счет увеличения массы корпуса в нижней части при выполнении опорных элементов 35, что делает его статически несбалансированным.

На фиг.6 показаны новые варианты исполнений генератора, у которых эксцентриситет e_c массы статора может быть обеспечен при асимметричной форме или толщине корпуса 36 и других составляющих статор элементов 37 (исполнения 1 и 2) при установке дополнительных грузов 38 (исполнение 3) или за счет выполнения отверстий 39 и/или продольных пазов 40 в корпусе статора (исполнение 4), которые могут быть продольными и радиальными.

На фиг.7 показан способ установки генератора, имеющего статически неуравновешенный по любому из приведенных на фиг.5 и фиг.6 вариантов статор 1 и ротор 2, который закреплен на опорах 41, на палубе 22 плавающего средства 23, имеющего возможность колебания на волнах, а статор размещен на роторе с возможностью свободного качания за счет смещения его центра массы на величину e_c относительно оси его вращения. Это создает статору строгую ориентацию к центру Земли, и при периодическом качании ротора на угол ±α в радиальной плоскости за счет действия волн (исполнение 1) или иных внешних приводов движения генератор вырабатывает электрический ток прямого и обратного направления, который далее может быть разделен на потоки со сведением их к одинаковой фазе, а их собственная частота или частота смены направления потоков могут быть умножены или объединены полупроводниковыми или иными устройствами. Для ограничения сектора качания статора могут быть выполнены упоры 42, остальные конструктивные элементы 24…28 установки аналогичны приведенному на фиг.3. Генератор может быть использован вместо грузов при его установке внутри поплавка 23 на опоры 29, а крышка 30 может быть корпусом при перевороте его на противоположную сторону, для чего она также имеет вертикальное оперение 25 (исполнение 2). Генератор может быть подвешен снизу поплавка 23 на основании 31 и закрыт герметичной крышкой 32 (исполнение 3).

На фиг.8 показана установка двух и большего количества генераторов со статически неуравновешенными статорами 1, свободно подвешенными на роторах 2, закрепленных в опорах 41, фронтальными рядами на палубе 22 поперек (исполнение 1) и/или вдоль (исполнение 2) плавающего средства 23, у которых другие конструктивные элементы 24…28 адекватны приведенным на фиг.4. Отличительной особенностью при соосной установке генераторов является соединение роторов 2 концами их валов 9 на опорах 41, имеющих общий остов 34, крепежными накладками 43. Для уменьшения общей длины промежуточные генераторы возбуждения заменены одним общим 18, а для укладки кабелей в последующих валах выполнены сквозные отверстия, концы валов 9 удалены, или вал выполнен общим, с исключением промежуточных вентиляторов 16 и подшипниковых щитов 15.

Общим недостатком предложенных конструкций генераторов является возможность колебания статора или ротора лишь в одной плоскости, тогда как колебания плавающего средства могут происходить в разных плоскостях.

Для устранения данного недостатка предложены новые конструкции генераторов.

На фиг.9 показана новая конструкция генератора, имеющего статор 1 и статически несбалансированный ротор 2 с эксцентричным е_р расположением центра массы относительно оси вращения, у которых все составляющие их конструктивные элементы адекватны исполнениям, приведенным на фиг.1 и 2.

Отличительной особенностью предлагаемой конструкции генератора является то, что статор 1 установлен на опорах 44 в полом трубчатом роторе 45 с эксцентричным e_p2 расположением оси вращения O_в2 и центра масс O_м2 второго (внешнего) генератора со статором 46, размещенным поперек первого встроенного генератора 47 (исполнение 1), с возможностью колебания ротора 45 на угол ±α₂ во втором осевом направлении, перпендикулярном первому направлению колебаний ротора встроенного генератора. При этом смещение центра масс ротора 45 обеспечивается за счет асимметрии массы встроенного генератора, или его смещения, или за счет исполнений, приведенных на фиг.1 и 2, а его полый вал 48 установлен с возможностью качания в подшипниках, например, скольжения 49, размещенных в подшипниковых щитах 50.

Кроме этого (исполнение 2) встроенный генератор 47 в паре или с большим количеством таких же генераторов может быть соосно установлен в коробчатой формы модуль 51 с двумя боковыми секторами 52, служащими основанием для ротора 53 с эксцентричным e_p2 расположением оси вращения и центра масс (например, за счет массы основания 54 или по любому другому из приведенных на фиг.2 вариантов исполнений), который входит в статор 55 внешнего генератора 56, расположенного поперек встроенных генераторов 47 с возможностью колебания ротора 53 на угол ±α₂ во втором осевом направлении, перпендикулярном первому направлению колебаний роторов встроенных генераторов, при этом для ограничения угла качания ротора 53 выполнены упругие упоры 42 с двух сторон на основании 57 статора 55. Для уменьшения габаритов подшипников по оси качания модуля 51 с двух его торцов выполнены крышки 58 с полуосями 59, введенными в подшипники 60, размешенные на опорах 61, а силовые обмотки ротора и статора защищены боковыми крышками 62, которые для улучшения обдува воздуха могут быть выполнены кольцевыми. Для уменьшения габаритов внешнего генератора 56 его ротор 53 и статор 55 выполнены срезанными в верхней и нижней части их исходной окружности с учетом обеспечения угла качания ±α₂.

Аналогичные исполнения новых конструкций внешних генераторов возможны для встроенных генераторов со статически несбалансированными статорами 1, имеющими эксцентричное расположение оси вращения и центра массы на величину e_c, и роторами 2, у которых остальные конструктивные элементы адекватны исполнениям фиг.5 и 6, а опорные элементы - фиг.7.

Возможны также комбинации всех предыдущих вариантов генераторов.

Установка внешних генераторов на плавающих средствах возможна по любому из вариантов, приведенных на фиг.3. Возможна также фронтальная и/или продольная их установка в паре или в большем количестве аналогично исполнениям, приведенным на фиг.4.

На фиг.10 показана новая конструкция генератора, имеющего статор 1 и статически несбалансированный ротор 2 с эксцентричным е_р расположением центра массы относительно оси вращения, у которых все составляющие их конструктивные элементы адекватны исполнениям, приведенным на фиг.1 и 2.

Отличительной особенностью предлагаемой конструкции генератора является то, что статор 2 установлен на опорах 44 в полом трубчатом роторе 45 второго генератора, имеющего статор 46 с эксцентричным e_c2 положением оси вращения O_в2 и центра масс O_м2, которые размещены поперек первого встроенного генератора 47 (исполнение 1). При этом полый вал 48 ротора 45 установлен на стойках 63 опоры 64, а статор 46 установлен с возможностью качания относительно опоры в подшипниках скольжения 49, размещенных в подшипниковых щитах 50, на угол ±α₂ во втором осевом направлении, перпендикулярном первому направлению колебаний ротора встроенного генератора.

Кроме этого в исполнении 2 встроенный генератор 47 в паре или с большим количеством таких же генераторов может быть соосно установлен на опорах 44 в коробчатой формы модуль 51 с двумя боковыми секторами 52, служащими основанием для ротора 53, который входит в статор 55 внешнего генератора 56, выполненного поперек встроенных генераторов 47. При этом смещение центра масс статора 55 на величину e_c2 относительно оси вращения может быть обеспечено за счет увеличенной массы основания 57 либо по любому другому варианту, приведенному на фиг.6, а возможность колебания статора 55 на угол ±α₂ во втором осевом направлении, перпендикулярном первому направлению колебаний роторов встроенных генераторов, может быть обеспечено по любому из вариантов, приведенных на фиг.7. С обоих торцов модуля 51 выполнены крышки 58 с полуосями 59, введенными в подшипники 60, размешенные в подшипниковом щите 65 статора, который к тому же закрывает силовые обмотки статора и ротора внешнего генератора, а полуоси ротора закреплены на опорах 61, установленных на основании 64. Для уменьшения габаритов внешнего генератора 56 его ротор 53 и статор 55 выполнены срезанными в верхней и нижней части их исходной окружности с учетом обеспечения угла качания ±α₂, а для ограничения угла отклонения статора 55 выполнены упругие упоры 66 с двух сторон на основании 64.

Аналогичные исполнения новых конструкций внешних генераторов возможны для встроенных генераторов со статически несбалансированными статорами 1, имеющими эксцентричное расположение оси вращения и центра массы на величину e_с, и роторами 2, у которых остальные конструктивные элементы адекватны исполнениям фиг.5 и 6, а опорные элементы - фиг.7.

Возможны также комбинации всех предыдущих вариантов генераторов.

Установка внешних генераторов на плавающих средствах возможна по любому из вариантов, приведенных на фиг.7. Возможна также фронтальная и/или продольная их установка в паре или в большем количестве аналогично исполнениям, приведенным на фиг.8.

На фиг.11 приведено дальнейшее развитие предлагаемых способов установок генераторов для любых рассмотренных выше исполнений.

Их отличительной особенностью является размещение предлагаемых встроенных 47 и внешних генераторов 56, имеющих свободно подвешенные статически несбалансированные роторы и/или статоры, на горизонтальной поворотной платформе 67, установленной (исполнения 1, 2) или подвешенной (исполнения 3 и 4) на плавающем средстве 23 на упорных подшипниках 68, что дополнительно обеспечивает их разворот от действия волн в направлении более массивных частей генераторов. При этом сама платформа и адекватное ей основание на плавающем средстве могут иметь обмотки роторного 69 и статорного 70 типов. Опоры 61, крышки 32 и все остальные конструктивные элементы аналогичны предыдущим исполнениям, приведенным на фиг.1…10. Такое исполнение обеспечивает возможность разворота генераторов и съема тока от движения его роторов и статоров в трех взаимно перпендикулярных направлениях при действии волн под любым углом.

На фиг.12 показано развитие предыдущих конструкций генератора и способов их установки за счет их многоярусной компоновки. Их главным отличием является размещение 2-х и большего количества предлагаемых встроенных 47 и внешних генераторов 56, имеющих свободно подвешенные статически несбалансированные роторы и/или статоры, на горизонтальной поворотной платформе 67, установленной на плавающем средстве 23 на упорных подшипниках 68, сверху и снизу (исполнение 1), при этом обе эти платформы и адекватное им основание на плавающем средстве могут иметь обмотки роторного 69 и статорного 70 типов. Многоярусная компоновка генераторов 47, 56 возможна на опорах 71 друг над другом (исполнение 2) и/или в их комбинациях с предыдущим исполнением, в т.ч. в шахматном порядке. Такие же варианты многоярусной компоновки и их комбинации возможны для всех предложенных внешних 56 и встроенных генераторов 47 (исполнения 3 и 4). Все остальные конструктивные элементы генераторов и способов их установки аналогичны предыдущим исполнениям, приведенным на фиг.1…11.

Совокупность перечисленных признаков по приведенным на фиг.1…12 исполнениям и способам установки генераторов позволяет характеризовать их как технические решения, являющиеся новыми и неочевидными из базового уровня развития техники. Их изготовление возможно в условиях реального промышленного производства, поскольку одноосные генераторы отличаются от базовых лишь выполнением статически несбалансированных роторов или статоров за счет выполнения пазов и отверстий, или исключения обмоток и сердечников, или установкой дополнительных грузов, или асимметричной формой корпуса статора. Более сложным является изготовление двухосных генераторов (встроенных и внешних), однако оно также реально возможно в условиях современного промышленного производства. Аналогичным образом возможно изготовление торцовых платформ-генераторов. При этом новые конструкции и способы их установки на плавающих средствах являются развитием предыдущих вариантов, логически вытекающих друг из друга, что обеспечивает единство замысла. Таким образом, возможна классификация всех предлагаемых в данной заявке технических решений как устройств и способов их установки, отвечающих всем признакам изобретения.

Все предлагаемые исполнения генераторов и варианты их установки на плавающем средстве при их колебании волнами позволяют вырабатывать электрический ток за счет движения роторов и статоров относительно друг друга в одном, двух и трех взаимно перпендикулярных направлениях, что обеспечивает положительный эффект от их применения.

Реальные варианты исполнения предлагаемых генераторов возможны во всем диапазоне развиваемых мощностей и стандартных типоразмеров, что облегчает их выбор, конструирование и изготовление, однако выбор сечения проводников обмоток изменяется в результате уменьшения частоты оборотов роторов или статоров исходя из реального числа колебаний плавающего средства волнами с частотой от 6 до 12 в минуту, что при секторе колебаний α=±15° сводит их к условному числу в 1…2 полных оборота в минуту.

Например, для исходного судового синхронного генератора СГ-200, развивающего мощность 200 кВт при числе оборотов в минуту n=500, в случае качаний на угол α=±15° (полного оборота) при средней частоте бортовых качаний судна 6 раз в минуту (ν=0,1 Гц) и 2-х его перекладках за одно качание мощность N_H такой системы составит величину (1):

Однако можно изменить параметры воспроизводящих электрический ток обмоток, в частности сечение их проводки и ее длину (количество витков), поскольку мощность N_g генератора определяется по зависимости (2):

где µ_o - магнитная постоянная,

µ - относительная магнитная проницаемость среды,

n - количество витков на единицу длины обмотки возбуждения,

I - сила электрического тока,

V - объем обмотки возбуждения,

ν - частота вращения.

Таким образом, при уменьшении частоты вращения ротора с 500 до 1 оборота в минуту и при прочих равных условиях для параметров µ_o, µ, n, I, V обеспечение требуемой мощности будет зависеть от количества витков n. Поскольку их нужно уложить в прежнее сечение обмоток генератора, то для неизменности исходной конструкции необходимо адекватное уменьшение сечения проводника. Однако этот путь при неизменной напряженности электрического поля E ведет к увеличению плотности тока j и ограничен электропроводностью γ или удельным сопротивлением ρ=1/γ проводника, определяемым по закону Ома (3):

Таким образом, при отсутствии явления сверхпроводимости в обмотках генератора плотность тока увеличится при уменьшении сечения проводника за счет повышения напряженности Е, определяемой по зависимости (4):

где σ - поверхностная плотность электрических зарядов q на проводнике с наружным диаметром d:

Тогда при базовой величине q и прочих равных условиях уменьшение диаметра d приведет к такому же увеличению плотности σ, а вместе с ней - к такому же увеличению E и j, что неблагоприятно для работы генератора.

Для устранения этого недостатка мощность перемотанного генератора целесообразно увеличить с 0,4 до 20 кВт, или в 50 раз, что обеспечивается при увеличении количества витков в 50 раз и уменьшении их сечения в 7,07 раза и при таком же уменьшении силы тока в 7,07 раз. Тогда обеспечиваются неизменными q, d, σ и j, что не приведет к ухудшению условий работы генератора, а использование сверхпроводимости увеличивает его мощность.

Однако развиваемая мощность 20 кВт является приемлемой величиной для достижения высоких технико-экономических показателей предлагаемого источника электрического тока, поскольку при 24 часах работы в сутки в течение года, или 365 суток, предлагаемый генератор позволяет выработать около 175 тыс. кВт/ч электрической энергии. При средней стоимости 1 кВт/ч электроэнергии ≈0,1$ это обеспечит доход в 17,5 тыс.$, а при стоимости генератора около 10 тыс.$ и стоимости плавающего средства около 10 тыс.$ с учетом нормативного коэффициента капитальных вложений 0,15 и затрат на обслуживание в 0,5 тыс.$ получим годовой экономический эффект:

Э=17,5 тыс.$-(10 тыс.$+10 тыс.$)·0,15-0,5 тыс.$=14 тыс.$.

Предлагаемые генераторы позволяют полностью вытеснить имеющиеся атомные и тепловые электростанции для выработки электрической энергии во всем мире, что при нынешнем ее годовом потреблении в 2000 млрд кВт/ч обеспечит годовой экономический эффект до 160 млрд $, который может быть полностью получен через 10 лет при производстве таких генераторов в 11 млн штук в год. Далее затраты на их производство уменьшатся и годовой эффект увеличится, в т.ч. с учетом постоянного роста мировых потребностей в электрической энергии, до 300 млрд $ в год.

Кроме этого обеспечивается экономический эффект за счет сокращения затрат на добычу и транспортировку нефти и газа, а также на производство ядерного топлива, строительство и эксплуатацию электростанций, требуемых для выработки электроэнергии, и утилизацию их отходов, что дополнительно снижает давление на окружающую среду и фактически удваивает это сумму.

Совокупность приведенных данных подтверждает целесообразность широкого применения предлагаемых генераторов и способов их установки на плавающих средствах.

В настоящее время экспериментальная партия данных генераторов изготавливается на АО "Новокаховский электромашзавод", а плавающих средств - на АО "Херсонский судостроительный завод", Украина.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и касается особенностей выполнения генераторов электрического тока. Предлагаемый генератор электрического тока содержит ротор и статор с общей продольной осью, расположенной горизонтально, у которых сердечники с катушками и системой возбуждения обеспечивают выработку электрического тока, при этом центр массы ротора или статора выполнен эксцентрично смещенным относительно продольной оси их вращения, а для увеличения эксцентриситета на роторе или статоре закреплен дополнительный груз, или выполнены пазы и/или отверстия, в которые может быть введен материал с большим удельным весом, чем у окружающего их материала, или одна или часть катушек и их сердечников удалены, или сердечники с катушками расположены асимметрично или в нечетном количестве, большем чем 3. Для обеспечения возможности качания статически неуравновешенных роторов или статоров они установлены свободно, а парный им ротор или статор закреплен на плавающем средстве, имеющем возможность колебаний на угол ±α при движении волн на воде и возможность разворота по нормали к действию волн за счет формы своего корпуса или вертикального оперения. При этом генераторы могут быть установлены фронтальными рядами или рядами друг за другом, а для восприятия колебаний плавающего средства во взаимно перпендикулярных направлениях генераторы могут быть встроены перпендикулярно в полый трубчатый ротор внешнего генератора, у которого ротор или статор выполнены статически неуравновешенными и имеют возможность за счет свободного подвеса в направлении к центру Земли совершать относительно закрепленных на плавающем средстве парных им роторов и статоров колебательные движения при воздействии на них волн. Для обеспечения возможности колебаний в трех взаимных плоскостях роторы и статоры генераторов могут быть установлены на горизонтальной поворотной платформе, установленной на плавающем средстве и имеющей возможность свободного поворота вокруг своей вертикальной оси. При этом на платформе и прилегающих к ней поверхностях плавающего средства могут быть установлены сердечники с катушками и системой возбуждения, которые обеспечивают выработку электрического тока. Роторы и статоры также могут быть подвешены к горизонтальной платформе, в том числе в несколько ярусов. Технический результат - обеспечение надежного получения электрического тока при свободном взаимном смещении ротора и статора генератора силами притяжения Земли. 4 н. и 25 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Генератор электрического тока, содержащий ротор и статор с общей продольной осью, расположенной горизонтально, у которых сердечники с катушками и системой возбуждения обеспечивают выработку электрического тока, отличающийся тем, что центр массы ротора выполнен эксцентрично смещенным относительно продольной оси его вращения, а для увеличения эксцентриситета на роторе закреплен дополнительный груз, размещенный снаружи и/или внутри генератора.

2. Генератор электрического тока по п.1, отличающийся тем, что для увеличения эксцентриситета ротора в одном из его секторов в продольном и/или радиальном направлении выполнены пазы и/или отверстия.

3. Генератор электрического тока по п.1, отличающийся тем, что для увеличения эксцентриситета ротора в одном из его секторов выполнены пазы и/или отверстия, в которые введен материал с удельным весом большим, чем у окружающего их материала.

4. Генератор электрического тока по п.1, отличающийся тем, что для увеличения эксцентриситета ротора отверстия и/или пазы выполнены в нем с диаметрально противоположных сторон, а в противоположные пазы и/или отверстия введен материал большей плотности, чем окружающий материал.

5. Генератор электрического тока по п.1, отличающийся тем, что для увеличения эксцентриситета ротора одна или часть катушек удалены.

6. Генератор электрического тока по п.1, отличающийся тем, что для увеличения эксцентриситета ротора удален один или часть сердечников.

7. Генератор электрического тока по п.1, отличающийся тем, что для увеличения эксцентриситета ротора сердечники с катушками расположены асимметрично или в нечетном количестве большем трех.

8. Генератор электрического тока по п.1, отличающийся тем, что его статор поперечно установлен на опорах в полом трубчатом роторе второго (внешнего) генератора, у которого центр масс ротора выполнен эксцентрично смещенным относительно продольной оси его вращения за счет смещения центра масс встроенного генератора, или за счет асимметрии конструкции полого ротора, или за счет дополнительно установленного в нем груза, при этом ротор второго генератора имеет возможность колебаний относительно своего статора во втором осевом направлении, перпендикулярном к первому направлению колебаний ротора встроенного генератора.

9. Генератор электрического тока по п.1, отличающийся тем, что его статор поперечно установлен на опорах в полом трубчатом роторе второго (внешнего) генератора, входящего в свой статор, у которого центр масс смещен эксцентрично относительно продольной оси его вращения за счет асимметрии конструкции или за счет дополнительно установленного на нем груза, при этом ротор второго генератора закреплен на внешних опорах, а статор имеет возможность поворота относительно него во втором осевом направлении, перпендикулярном к первому направлению поворота ротора встроенного генератора.

10. Генератор электрического тока, содержащий ротор и статор с общей продольной осью, расположенной горизонтально, у которых сердечники с катушками и системой возбуждения обеспечивают выработку электрического тока, отличающийся тем, что для увеличения эксцентричного смещения центра массы статора относительно продольной оси вращения размещенного в нем ротора на корпусе статора установлен дополнительный груз.

11. Генератор электрического тока по п.10, отличающийся тем, что для увеличения эксцентричного смещения центра массы статора относительно продольной оси вращения размещенного в нем ротора в одном из секторов на корпусе статора выполнены пазы и/или отверстия.

12. Генератор электрического тока по п.10, отличающийся тем, что для увеличения эксцентричного смещения центра массы статора относительно продольной оси вращения размещенного в нем ротора в одном из секторов на корпусе статора выполнены пазы и/или отверстия, в которые веден материал с удельным весом большим, чем у окружающего их материала.

13. Генератор электрического тока по п.10, отличающийся тем, что для увеличения эксцентричного смещения центра массы статора отверстия и/или пазы выполнены в нем с диаметральных сторон относительно оси вращения в нем ротора, а в противоположные пазы и/или отверстия введен материал с большим удельным весом, чем у окружающего их материала.

14. Генератор электрического тока по п.10, отличающийся тем, что для увеличения эксцентриситета статора одна или часть воспроизводящих ток обмоток удалены.

15. Генератор электрического тока по п.10, отличающийся тем, что для увеличения эксцентриситета статора один или часть сердечников удалены.

16. Генератор электрического тока по п.10, отличающийся тем, что его ротор поперечно установлен на опорах в полом трубчатом роторе второго (внешнего) генератора, у которого центр масс ротора выполнен эксцентрично смещенным относительно продольной оси его вращения за счет смещения центра масс встроенного генератора, или за счет асимметрии конструкции полого ротора, или за счет дополнительно установленного в нем груза, при этом ротор второго генератора имеет возможность колебаний относительно своего статора во втором осевом направлении, перпендикулярном к первому направлению колебаний ротора встроенного генератора.

17. Генератор электрического тока по п.10, отличающийся тем, что его ротор поперечно установлен на опорах в полом трубчатом роторе второго (внешнего) генератора, входящего в свой статор, у которого центр масс смещен эксцентрично относительно продольной оси его вращения за счет асимметрии конструкции или за счет дополнительно установленного на нем груза, при этом ротор второго генератора закреплен на внешних опорах, а статор имеет возможность поворота относительно него во втором осевом направлении, перпендикулярном к первому направлению поворота ротора встроенного генератора.

18. Способ установки генератора электрического тока, содержащего ротор и статор с общей продольной осью, расположенной горизонтально, у которых сердечники с катушками и системой возбуждения обеспечивают выработку электрического тока, а центр массы ротора выполнен эксцентрично смещенным относительно продольной оси его вращения, отличающийся тем, что статор прикреплен к плавающему средству, имеющему возможность колебаний на угол ±α при движении волн на воде и разворота по нормали к действию волн за счет формы своего корпуса или вертикального оперения, а ротор имеет свободу ориентации своей неуравновешенной части к центру Земли с возможностью выполнения циклических колебаний относительно этой оси в радиальной плоскости на угол ±α.

19. Способ установки генераторов электрического тока по п.18, отличающийся тем, что статоры прикреплены фронтальными рядами к плавающему средству, имеющему возможность колебания на угол ±α при движении волн на воде и разворота по нормали к действию волн за счет формы своего корпуса или вертикального оперения, а роторы имеет свободу ориентации своей неуравновешенной части к центру Земли с возможностью выполнения циклических колебаний относительно этой оси в радиальной плоскости на угол ±α.

20. Способ установки генераторов электрического тока по п.18, отличающийся тем, что их роторы соединены валами друг за другом, а статоры с горизонтальным положением оси прикреплены к плавающему средству, имеющему возможность колебания на угол ±α при движении волн на воде и разворота по нормали к действию волн за счет формы своего корпуса или вертикального оперения, при этом роторы имеют свободу ориентации своей неуравновешенной части к центру Земли с возможностью выполнения циклических колебаний относительно этой оси в радиальной плоскости на угол ±α.

21. Способ установки генератора электрического тока по п.18, отличающийся тем, что статор закреплен на горизонтальной поворотной платформе, имеющей возможность свободного поворота вокруг своей вертикальной оси и установленной на плавающем средстве, имеющем возможность колебания на угол ±α при движении волн на воде и разворота его под любым углом к действию волн, а ротор имеет свободу ориентации своей неуравновешенной части к центру Земли с возможностью выполнения циклических колебаний относительно этой оси в радиальной плоскости на угол колебаний ±α, при этом на платформе и прилегающих к ней поверхностях плавающего средства могут быть установлены сердечники с катушками и системой возбуждения, которые обеспечивают выработку электрического тока.

22. Способ установки генератора электрического тока по п.18, отличающийся тем, что статор подвешен к горизонтальной поворотной платформе, имеющей возможность свободного поворота вокруг своей вертикальной оси и установленной на плавающем средстве, имеющем возможность колебания на угол ±α при движении волн на воде и развороте его под углом к действию волн, а ротор имеет свободу ориентации своей неуравновешенной части к центру Земли с возможностью выполнения циклических колебаний относительно этой оси в радиальной плоскости на угол колебаний ±α, при этом на платформе и прилегающих к ней поверхностях плавающего средства могут быть установлены сердечники с катушками и системой возбуждения, которые обеспечивают выработку электрического тока.

23. Способ установки генераторов электрического тока по п.18, отличающийся тем, что статоры прикреплены на опорах ярусами к горизонтальной поворотной платформе, имеющей возможность свободного поворота вокруг своей вертикальной оси и установленной на плавающем средстве, имеющем возможность колебания на угол ±α при движении волн на воде и развороте его под углом к действию волн, а роторы имеют свободу ориентации своей неуравновешенной части к центру Земли с возможностью выполнения циклических колебаний относительно этой оси в радиальной плоскости на угол колебаний ±α, при этом на платформе и прилегающих к ней частях плавающего средства могут быть установлены сердечники с катушками и системой возбуждения, которые обеспечивают выработку электрического тока.

24. Способ установки генератора электрического тока, содержащего ротор и статор с общей продольной осью, расположенной горизонтально, у которых сердечники с катушками и системой возбуждения обеспечивают выработку электрического тока, отличающийся тем, что ротор закреплен на опорах, прикрепленных к плавающему средству, имеющему возможность колебаний на угол ±α при движении волн на воде и разворота по нормали к действию волн за счет формы своего корпуса или вертикального оперения, а статор свободно подвешен на валу ротора и имеет ориентацию к центру Земли с возможностью выполнения циклических колебаний относительно этой оси в радиальной плоскости на угол ±α.

25. Способ установки генераторов электрического тока по п.24, отличающийся тем, что роторы закреплены фронтальными рядами на опорах, связанных с плавающим средством, имеющим возможность колебания на угол ±α при движении волн на воде и разворота по нормали к их действию за счет формы своего корпуса или вертикального оперения, а статоры свободно подвешены на валах роторов и имеют свободу ориентации к центру Земли с возможностью выполнения циклических колебаний относительно этой оси в радиальной плоскости на угол ±α.

26. Способ установки генераторов электрического тока по п.24, отличающийся тем, что их роторы с горизонтальным положением оси соединены соосно валами друг за другом и закреплены на опорах, присоединенных к плавающему средству, имеющему возможность колебания на угол ±α при движении волн на воде и его развороте по нормали к действию волн за счет формы своего корпуса или вертикального оперения, а статоры свободно подвешены на валах роторов и имеют свободу ориентации к центру Земли с возможностью выполнения циклических колебаний относительно этой оси в радиальной плоскости на угол ±α.

27. Способ установки генератора электрического тока по п.24, отличающийся тем, что ротор закреплен на опорах, размещенных на горизонтальной поворотной платформе, имеющей возможность свободного поворота вокруг вертикальной оси и установленной на плавающем средстве, имеющем возможность колебания на угол ±α при движении волн на воде и развороте его под любым углом к действию волн, а статор свободно подвешен на оси ротора и имеет ориентацию к центру Земли с возможностью выполнения циклических поворотов относительно этой оси в радиальной плоскости на угол колебаний ±α, при этом на платформе и прилегающих к ней частях плавающего средства могут быть выполнены сердечники с катушками и системой их возбуждения, которые обеспечивают выработку электрического тока.

28. Способ установки генератора электрического тока по п.24, отличающийся тем, что ротор закреплен на опорах, подвешенных к горизонтальной поворотной платформе, имеющей возможность свободного поворота вокруг вертикальной оси и установленной на плавающем средстве, имеющем возможность колебания на угол ±α при движении волн на воде и развороте его под углом к действию волн, а статор свободно подвешен на оси ротора и имеет ориентацию к центру Земли с возможностью выполнения циклических поворотов относительно этой оси в радиальной плоскости на угол колебаний ±α, при этом на платформе и прилегающих к ней частях плавающего средства могут быть выполнены сердечники с катушками и системой возбуждения, которые обеспечивают выработку электрического тока.

29. Способ установки генераторов электрического тока по п.24, отличающийся тем, что роторы закреплены ярусами на опорах, прикрепленных к горизонтальной поворотной платформе, имеющей возможность свободного поворота вокруг своей вертикальной оси и установленной на плавающем средстве, имеющем возможность колебания на угол ±α при движении волн на воде и развороте его под углом к действию волн, а статор свободно подвешен на оси ротора и имеет ориентацию к центру Земли с возможностью выполнения циклических поворотов относительно этой оси в радиальной плоскости на угол колебаний ±α, при этом на платформе и прилегающих к ней частях плавающего средства могут быть выполнены сердечники с катушками и системой возбуждения, которые обеспечивают выработку электрического тока.