СИСТЕМА ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Российский патент 2013 года по МПК H02K21/14 H02K1/27 

Предлагаемая система относится к области электротехники, использующей электрогенераторы с возбуждением от постоянных магнитов.

Такие генераторы, за счет отсутствия потерь в роторе, имеют повышенный кпд, меньшие габариты и вес, особенно при повышенных оборотах ротора. Однако при их использовании возникают две проблемы:

1. Защита системы при аварийных режимах, например К.З.;

2. Регулирование выходного напряжения.

Известно регулирование напряжения генератора с ротором на постоянных магнитах за счет механического углового перемещения частей ротора относительно друг друга (см. В.А.Балагуров, Ф.Ф.Галтеев. «Электрические генераторы с постоянными магнитами». Энергоатомиздат, Москва, 1988 год, стр.110).

Известный генератор имеет параметрический центробежный регулятор с точностью ±10%, что для большинства применений недостаточно. Известен генератор (см. патент на полезную модель РФ №81395 от 23.11.2008 г.), который обеспечивает точность ±3%, однако он требует привод со стабильными оборотами. Кроме того, обе упомянутых системы генерирования не защищаются в аварийных режимах, что требует существенного усложнения конструкции за счет специального расцепителя.

Известна система генерирования электроэнергии с регулированием напряжения за счет вытягивания ротора из статора (см. В.А.Балагуров, Ф.Ф.Галтеев. «Электрические генераторы с постоянными магнитами». Энергоатомиздат, Москва, 1988 год, стр.111). Эта система практически не применяется из-за необходимости применения специальной гидравлической системы, что резко усложняет конструкцию и не обеспечивает приемлемого быстродействия.

Предлагается система генерирования электроэнергии, свободная от упомянутых недостатков.

Это достигается тем, что система генерирования электроэнергии с ротором на постоянных магнитах и регулированием напряжения за счет механического перемещения частей магнитной системы ротора относительно друг друга имеется вал генератора снабженный внутренней и внешней втулками, свободно перемещающимися относительно вала, при этом указанные втулки жестко соединены одной или несколькими шпонками, а вал имеет профилированные окна, через которые проходят упомянутые шпонки, причем часть магнитной системы ротора жестко соединена с внешней втулкой, тогда как вторая часть магнитной системы ротора жестко закреплена на валу и взаимное перемещение частей магнитной системы обеспечивается за счет радиально-поступательного перемещения втулок, путем осевого воздействия электромагнита, соединенного с внутренней втулкой через опорно-радиальный подшипник.

Предлагаемая система представлена на фигуре 1, где обозначено:

1 - Вал генератора;

2 - Часть магнитной системы, жестко закрепленной на валу;

3 - Статор генератора;

4 - Часть магнитной системы, жестко закрепленной на внешней втулке;

5 - Подшипниковые узлы;

6 - Внешняя втулка с возможностью скольжения по валу;

7 - Внутренняя втулка с возможностью скольжения внутри вала;

8 - Шпонка, жестко связанная с внешней и внутренней втулками;

9 - Якорь электромагнита;

10 - Обмотка электромагнита;

11 - Датчики выходных параметров систем;

12 - Схема измерения и управления;

13 - Силовой усилитель управления электромагнитом;

14 - Нагрузки системы генерирования электроэнергии;

15 - Радиально-упорный подшипник.

Работает система следующим образом.

От внешнего двигателя вращается вал 1 и от взаимодействия частей 2 и 4 магнитной системы с обмотками в статоре 3, наводится напряжение, снабжающее электроэнергией нагрузку.

При отсутствии тока в обмотке 10 электромагнита, под действием сил, втягивающих часть 4 магнитной системы и из-за реакции ротора под нагрузкой, втулки 6 и 7 перемещаются так, что соединяющая их шпонка 8 оказывается в положении «минус». При этом полюса частей (2 и 4) ротора оказываются разнонаправленными. Наводимые от их воздействия в обмотках статора напряжения направлены встречно, и генерирования электроэнергии не происходит.

Под воздействием якоря 9 электромагнита, через упорно-радиальный подшипник 15, втулкам 7 и 6 сообщается радиально-поступательное движение и шпонка 8 переходит из позиции «минус» в сторону позиции «плюс».

В позиции «плюс», части 2 и 4 магнитной системы действуют согласно и наводимые от их воздействия в полуобмотках статора 3 напряжения суммируются и на выходе генератора обеспечивается максимальное напряжение.

За счет действия цепи обратной связи, состоящей из блоков 11; 12; 13; и электромагнита, поддерживается постоянное напряжение на нагрузке 14.

Важно, что в предлагаемой системе генерирования электроэнергии с генератором на постоянных магнитах, обеспечивается регулирование выходного напряжения от нуля до максимального, как и в генераторах с обмоткой возбуждения, при сохранении преимуществ систем на генераторах с возбуждением от постоянных магнитах.

В ряде случаев целесообразно использовать две шпонки и соответственно две пары профилированных окон.

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения системы генерирования электроэнергии, снабженной электрогенератором с возбуждением от постоянных магнитов. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в обеспечении регулирования выходного напряжения от нуля до максимального, с самоблокировкой по снятию выходного напряжения, при отсутствии сигнала управления. Указанный технический результат достигается тем, что регулирование напряжения осуществляется, в частности, за счет механического перемещения частей магнитной системы ротора относительно друг друга, управление которыми осуществляется, например, по цепи обратной связи, причем вал генератора снабжен внутренней и внешней втулками, свободно перемещающимися относительно вала, при этом указанные втулки жестко соединены одной или несколькими шпонками, а часть магнитной системы ротора жестко соединены с внешней втулкой, тогда как вторая часть магнитной системы ротора жестко закреплена на валу. Взаимное перемещение частей магнитной системы, обеспечивается за счет радиально-поступательного перемещения втулок путем осевого воздействия электромагнита, соединенного с внутренней втулкой через опорно-радиальный подшипник. 1 ил.

Система генерирования электроэнергии, снабженная генератором с ротором на постоянных магнитах и регулированием напряжения за счет механического перемещения частей магнитной системы ротора относительно друг друга, отличающаяся тем, что вал генератора снабжен внутренней и внешней втулками, свободно перемещающимися относительно вала, причем указанные втулки жестко соединены одной или несколькими шпонками, а вал имеет профилированные окна, через которые проходят упомянутые шпонки, причем часть магнитной системы ротора жестко соединена с внешней втулкой, тогда как вторая часть магнитной системы ротора жестко закреплена на валу, и взаимное перемещение частей магнитной системы обеспечивается за счет радиально-поступательного перемещения втулок путем осевого воздействия электромагнита, соединенного с внутренней втулкой через опорно-радиальный подшипник.