ТИХОХОДНЫЙ ТОРЦЕВОЙ СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 2012 года по МПК H02K19/16 H02K21/24 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к усовершенствованию конструкции синхронных генераторов, которые могут быть использованы в ветроэлектростанциях, а также в погружных мини-гидроэлектростанциях.

Известен синхронный генератор (1), содержащий ротор с системой возбуждения из постоянных магнитов и статор с катушками, размещенными на стержнях по окружности магнитопровода.

Размещение катушек на половине длинны стержня приводит к недоиспользованию объема стали сердечника, что в конечном счете не позволяет координально улучшить массогабаритные показатели генератора.

Наиболее близким к заявленному генератору является синхронный электрический генератор (2), содержащий двойной статор, то есть статор, состоящий из двух частей с кольцевыми магнитопроводами, расположенными соосно и параллельно друг другу, между которыми размещен диск ротора с системой возбуждения, состоящей из постоянных магнитов, установленных на диске из немагнитного материала с двух сторон симметрично, одноименными полюсами навстречу друг другу. В радиальных пазах магнитопроводов статора по окружности уложены катушки, соединенные между собой, образующие обмотку статора, причем лобовые части катушек выступают за боковые плоскости магнитопроводов.

Данный генератор обладает большими массогабаритными показателями и невысоким кпд.

Технический результат заявленного технического решения заключается в следующем:

- в уменьшении габаритов за счет выполнения его из нескольких секций, значительно уменьшающих диаметр генератора, что особенно важно для погружных мини-гидроэлектростанций.

- в уменьшении массы, так как узлы генератора закреплены на каркасе из ребер жесткости, а вращающийся ротор снабжен защитным ободом, то есть нет сплошного корпуса.

- в повышении кпд, за счет полного использования витков катушек статора, размещенных полностью в пазах магнитопровода и не имеющих выступающих лобовых частей за его пределами,

- в возможности изменения тихоходности генератора при использовании его на реках с различной скоростью течения воды за счет изменения числа секций и смещения ротора каждой секции относительно ротора предыдущей секции на угол между магнитами - Jмаг.,

- в повышении надежности работы генератора, так как наличие каркаса из ребер жесткости улучшает охлаждение катушек статора, предохраняя их от перегрева.

Технический результат достигается тем, что тихоходный торцевой синхронный генератор, содержащий ротор, выполненный в виде диска из немагнитного материала с системой возбуждения на постоянных магнитах, и статор с катушками, состоит из секций, при этом в каждой секции статор выполнен из одного кольцевого магнитопровода, расположенного параллельно ротору и закрепленного на ребрах жесткости каркаса бескорпусного генератора, катушки статора размещены полностью в пазах, не выступая за пределы магнитопровода, в системе возбуждения постоянные магниты расположены на диске ротора с одной его боковой стороны параллельно магнитопроводу статора, причем роторы каждой секции расположены на одном валу, при этом для согласованности работы секций генератора ротор каждой следующей секции смещен относительно ротора предыдущей секции на угол

Jмаг.=360°: количество постоянных магнитов ротора: количество секций генератора. Основные особенности конструкции генератора состоят в том, что генератор выполнен в виде набора секций, каждая из которых имеет статор и ротор. Секции установлены на одном валу. Статор закреплен на каркасе, образованном из ребер жесткости, что обеспечивает более эффективное охлаждение деталей генератора, повышая надежность работы и значительно уменьшая массу генератора.

На фиг.1 изображен генератор в разрезе (показаны две его секции в разрезе);

На фиг.2 - статор, состоящий из магнитопровода 7 и катушек 8;

На фиг.3 - ротор с постоянными магнитами 2.

Генератор состоит из секций. Каждая секция генератора (фиг.1) содержит ротор и статор. Ротор выполнен в виде диска 1 из немагнитного материала, например алюминия с встроенными в него магнитами 2, выполненными из магнитомягкой стали. На роторе имеется стальное кольцо 3 для закрепления диска ротора. Диск 1 ротора с кольцом 3 запрессован на втулку 4. Кольцо 3 крепится к диску 1 и к втулке 4 сваркой 5. Каждая секция генератора имеет защитный стальной обод 6. Статор состоит из магнитопровода 7 с катушками 8, при этом магнитопровод 7 закреплен на ребрах жесткости 9 каркаса и выполнен из ленточной электротехнической стали. Роторы всех секций генератора установлены на общем валу 10, установленном на подшипниках 11 со смещением по окружности одного ротора по отношению к другому в каждой секции, при этом поворот ротора одной секции относительно ротора другой секции осуществляют путем поворота втулки 4 на валу 10 при фиксации ее в нужном положении стопорным винтом 12. Угол поворота роторов относительно друг друга (Jмаг.) для согласованной работы секций генератора определяется следующим образом. Например, в роторе имеются восемь симметрично расположенных магнитов. Угол между магнитами составит

360°:8=45°

Например, в нашем генераторе четыре секции, следовательно угол смещения роторов в секциях составит

Jмаг.=45°:4=11,2°

Если нам надо увеличить тихоходность генератора, то добавим в генератор, например, две секции, тогда угол смещения роторов в секциях составит

Jмаг.=45°:6=7,5°

Следовательно, для генератора из шести секций, на роторе которого восемь симметрично расположенных магнитов, ротор второй секции смещается относительно ротора первой секции на угол Jмаг.=7,5°, ротор третьей секции смещается относительно ротора второй секции на тот же угол Jмаг.=7,5° и т.д. Катушки статоров в секциях генератора расположены идентично относительно друг друга. Все металлические детали в генераторе оцинкованы, а катушки в магнитопроводе залиты эпоксидной смолой.

Генератор работает следующим образом.

Первичный двигатель, например турбина мини-гидроэлектростанции, приводит во вращение роторы секций генератора, где магнитное поле постоянных магнитов пересекает витки катушек статоров и индуцирует в них эдс.

Генератор с уменьшенными массогабаритными показателями, повышенным кпд и более надежной работой, позволяющий изменить тихоходность при использовании его на реках с различной скоростью течения воды, найдет промышленное применение.

Источники информации

1. Синхронный электрический генератор, авт. свид. СССР N 1169094, Б.И. N 27, 1985 г.

2. Многополюсный тихоходный торцевой синхронный генератор, патент RU 2152118, МПК-7, Н02К 19/16, Н02К 23/54.

Изобретение относится к области электротехники, в частности касается усовершенствования конструкции синхронных генераторов, которые могут быть использованы в ветроэлектростанциях, а также в погружных мини-гидроэлектростанциях. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в уменьшении габаритов за счет выполнения его из нескольких секций, узначительного уменьшения диаметра генератора, что особенно важно для погружных мини-гидроэлектростанций, в уменьшении массы генератора за счет того, что его узлы закреплены на каркасе из ребер жесткости, а вращающийся ротор снабжен защитным ободом, что исключает необходимость использования сплошного корпуса, в повышении кпд за счет полного использования витков катушек статора, размещенных полностью в пазах магнитопровода и не имеющих выступающих за его пределы лобовых частей, в обеспечении возможности изменения тихоходности генератора при использовании его на реках с различной скоростью течения воды, что обеспечивается изменением числа секций и смещением ротора каждой секции относительно ротора предыдущей секции на угол между магнитами (J маг.), а также в повышении надежности работы генератора, так как наличие каркаса из ребер жесткости улучшает охлаждение катушек статора, предохраняя их от перегрева. Указанный технический результат достигается тем, что тихоходный торцевой синхронный генератор содержащий ротор, выполненный в виде диска из немагнитного материала с системой возбуждения на постоянных магнитах, и статор с катушками, состоит из секций, при этом в каждой секции статор выполнен из одного кольцевого магнитопровода, расположенного параллельно ротору и закрепленного на ребрах жесткости каркаса бескорпусного генератора, катушки статора размещены полностью в пазах, не выступая за пределы магнитопровода, в системе возбуждения постоянные магниты расположены на диске ротора с одной его боковой стороны параллельно магнитопроводу статора, причем роторы каждой секции расположены на одном валу, при этом для согласованности работы секций генератора ротор каждой следующей секции смещен относительно ротора предыдущей секции на угол Jмаг.=360°: количество постоянных магнитов ротора: количество секций генератора. 3 ил.

Тихоходный торцевой синхронный генератор, содержащий ротор, выполненный в виде диска из немагнитного материала с системой возбуждения на постоянных магнитах, и статор с катушками, отличающийся тем, что генератор состоит из секций, при этом в каждой секции статор выполнен из одного кольцевого магнитопровода, расположенного параллельно ротору и закрепленного на ребрах жесткости каркаса безкорпусного генератора, катушки статора размещены полностью в пазах, не выступая за пределы магнитопровода, в системе возбуждения постоянные магниты расположены на диске ротора с одной его боковой стороны параллельно магнитопроводу статора, причем роторы каждой секции расположены на одном валу, при этом для согласованности работы секций генератора ротор каждой следующей секции смещен относительно ротора предыдущей секции на угол Jмаг.=360° : количество постоянных магнитов ротора : количество секций генератора.