ГЕНЕРАТОР Российский патент 2013 года по МПК H02K21/12 H02K9/06 H02K19/16 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в генераторах для автономных источников электропитания, например в электрооборудовании автомобилей.

Уровень техники

К генераторам для автономных источников электропитания предъявляются жесткие требования по надежности, ресурсу, габаритам, удельным энергетическим показателям, шуму.

В качестве аналогов предлагаемого изобретения известны щеточные генераторы, например, 2110-37010 для автомобилей ВАЗ, 16.3701 для автомобилей «Волга», 581.3701 для автомобилей «Москвич», содержащие клювообразную систему консольно расположенных магнитных полюсов, осевые вентиляторы в виде крыльчаток, и надстроенный сверху блок электроники с выпрямителями (см., например, [1] - Ю.П. Чижков, С.В. Акимов. Электрооборудование автомобилей. - Издательство «За рулем», 1999, стр.102-106). Недостатками аналогов являются: нерациональное использование габаритов генератора из-за последовательного расположения в своих дополнительных объемах осевых вентиляторов-крыльчаток, блока электроники и части щеточно-коллекторного узла; недостаточная эффективность осевых вентиляторов-крыльчаток, обдувающих малую поверхность обмотки (направление обдува только с торца лобовых частей обмотки); на высоких оборотах повышенный магнитный шум и динамические нагрузки от магнитов из-за их клювообразной консольной конструкции; наличие изнашивающегося и требующего обслуживания щеточно-коллекторного узла; низкая технологичность сборки и разборки напрессованных деталей ротора. Все это снижает надежность, удельные показатели и повышает габариты генератора.

В качестве прототипа предлагаемого технического решения известен бесщеточный генератор по патенту РФ №2244996, в котором устранен ряд недостатков устройств-аналогов за счет исключения из конструкции щеточно-коллекторного узла, использования технологичного легкосъемного ротора с магнитами, отделенного со статором воздушным зазором. Однако, в устройстве-прототипе остаются недостатки, связанные с неэффективным использованием габаритных объемов из-за необходимости расположения вентиляторов и блоков электроники в дополнительных объемах, с недостаточной эффективностью традиционных осевых вентиляторов-крыльчаток и со значительными знакопеременными радиальными динамическими нагрузками (тяжениями) от магнитов на ротор при работе генератора.

Сущность предлагаемого изобретения.

С целью устранения указанных недостатков известных устройств генераторов, повышения надежности и снижения габаритов, предлагается новое техническое решение, в котором в зоне радиальных поверхностей лобовых частей обмотки статора установлен центробежный радиальный вентилятор в виде пластин на роторе, оси магнитов на роторе расположены под углом к оси ротора, а блок электроники расположен в пространстве между обмоткой статора и валом ротора.

Установка центробежного радиального вентилятора в зоне радиальных поверхностей обмотки статора позволяет увеличить площадь обдуваемой поверхности массива проводов лобовых частей обмотки статора из-за в несколько раз большей площади указанных поверхностей по сравнению с площадью торцевой поверхности лобовых частей, обдуваемых в известных устройствах в осевом направлении, что позволяет повысить эффективность охлаждения обмоток.

Расположение блока электроники в свободном объеме между обмоткой статора и осью ротора, позволяет уменьшить габариты генератора в целом и улучшить охлаждение блока электроники от того же радиального центробежного регулятора.

Установка осей магнитов под углом к оси ротора позволяет снизить динамические знакопеременные радиальные воздействия на ротор от магнитов, что снижает магнитный шум и повышает надежность генератора.

Все это в целом позволяет снизить габариты генератора, улучшить охлаждение обмоток и снизить динамические нагрузки и шум, что повышает надежность и удельные показатели генератора в целом.

Краткое описание сущности изобретения. Вариант реализации и сущность предлагаемого изобретения поясняет рисунок, где обозначено: 1 - вал ротора; 2 - подшипник; 3 - корпус генератора; 4 - пакет железа статора; 5 - обмотка возбуждения; 6 - обмотка статора; 7 - элементы крыльчатки радиального центробежного вентилятора, установленные на роторе и расположенные по окружности ротора; 8 - корпус ротора, в котором расположены постоянные магниты 9, как и в прототипе, в шахматном порядке по окружности ротора слева и справа относительно средней линии цилиндрической поверхности ротора; 10 - блок электроники (выпрямительные диоды и электронный регулятор). Стрелками показано направление обдува обмоток 6 статора. Ψ - угол скоса оси магнитов (контур одного из магнитов 9 на корпусе 8 ротора показан пунктиром) относительно оси вала 1 ротора.

Работа устройства. Крыльчатки 7 центробежного радиального вентилятора, расположенные на корпусе 8 ротора по его окружности, расположены с радиальной стороны лобовых частей обмоток статора и при вращении ротора эффективно обдувают их по всей радиальной площади лобовых частей, что позволяет получать с генератора большую мощность без перегрева обмоток. Блок электроники 10 установлен в свободной нише между обмоткой 6 статора и валом 1 ротора, что позволяет сократить габариты генератора в целом и дополнительно использовать для охлаждения блока обдув с крыльчаток 7 радиального центробежного вентилятора. Скос осей постоянных магнитов на угол Ψ относительно оси вала 1 ротора позволяет уменьшить динамические нагрузки на ротор. Оптимальная величина Ψ выбирается для каждого конкретного варианта генератора.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет снизить габариты генератора и динамические нагрузки на ротор и повысить эффективность отвода тепла, что в итоге обеспечивает повышение надежности, удельных энергетических показателей и снижение габаритов генератора в целом.

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в генераторах для автономных источников электропитания, например в электрооборудовании автомобилей. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в повышении надежности и снижении габаритов генераторов. В предлагаемом генераторе, содержащем постоянные магниты на роторе, вентилятор и блок электроники, согласно данному изобретению в зоне радиальных поверхностей лобовых частей обмотки статора установлен центробежный радиальный вентилятор в виде пластин на роторе, при этом оси магнитов на роторе расположены под углом к оси ротора, а блок электроники расположен в пространстве между обмоткой статора и валом ротора. 1 ил.

Генератор, содержащий постоянные магниты на роторе, вентилятор, блок электроники, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и снижения габаритов, в зоне радиальных поверхностей лобовых частей обмотки статора установлен центробежный радиальный вентилятор в виде пластин на роторе, оси магнитов на роторе расположены под углом к оси ротора, а блок электроники расположен в пространстве между обмоткой статора и валом ротора.