ТРЁХВХОДОВАЯ АКСИАЛЬНАЯ ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2016 года по МПК H02K16/02 H02K19/38 H02K47/06 H02K3/22 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам, и предназначено для суммирования механической энергии (например, энергии ветра), световой энергии (например, световой энергии Солнца с предварительным преобразованием ее фотоэлектрическими преобразователями в электрическую энергию постоянного тока) и тепловой энергии (например, тепловой энергии Земли или Солнца с предварительным преобразованием ее тепловым преобразователем в электрическую энергию постоянного тока) с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию постоянного тока высокого качества, и может быть использовано для генерирования электрической энергии постоянного тока для нужд локальных объектов, например фермерских хозяйств и др.

Известна аксиальная двухвходовая бесконтактная электрическая машина-генератор (пат. РФ №2450411, авторы Гайтов Б.Х., Кашин Я.М. и др.), содержащая корпус, подвозбудитель, возбудитель и основной генератор, установленные на одном валу, при этом подвозбудитель состоит из постоянного многополюсного магнита индуктора подвозбудителя и магнитопровода с обмоткой якоря подвозбудителя, возбудитель состоит из магнитопровода с обмоткой возбуждения возбудителя и магнитопровода с обмоткой якоря возбудителя, основной генератор состоит из магнитопровода с обмоткой возбуждения основного генератора и магнитопровода с обмоткой якоря основного генератора, при этом постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и магнитопроводы, в пазы которых уложены обмотки подвозбудителя, возбудителя и основного генератора, выполнены аксиальными, при этом боковые аксиальные магнитопроводы жестко установлены в корпусе, а постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и внутренний аксиальный магнитопровод жестко установлены на валу с возможностью вращения относительно боковых аксиальных магнитопроводов, при этом постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя установлен с торца одного бокового аксиального магнитопровода, а внутренний аксиальный магнитопровод установлен между боковыми аксиальными магнитопроводами, внутренний аксиальный магнитопровод и боковой аксиальный магнитопровод, с торца которого установлен постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя, выполнены с двумя активными торцовыми поверхностями с пазами, а другой боковой аксиальный магнитопровод выполнен с одной активной торцовой поверхностью с пазами, при этом в пазы бокового аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны постоянного многополюсного магнита подвозбудителя уложена многофазная обмотка якоря подвозбудителя, а с противоположной стороны уложена однофазная обмотка возбуждения возбудителя, которая подключена к обмотке якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, и дополнительная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к источнику постоянного тока, в пазы внутреннего аксиального магнитопровода со стороны обмотки возбуждения возбудителя и дополнительной обмотки возбуждения возбудителя уложена многофазная обмотка якоря возбудителя, а с противоположной стороны уложена однофазная обмотка возбуждения основного генератора, которая подключена к обмотке якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, при этом в пазы бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью уложена многофазная обмотка якоря основного генератора.

Однако известная из пат. РФ №2450411 электрическая машина не может суммировать энергию разного вида (механическую, световую и тепловую), поступающую от трех различных источников, с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию, так как имеет только два входа: один механический вход - вал ротора, один электрический - контакты для подключения дополнительной обмотки возбуждения возбудителя.

Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является аксиальный бесконтактный двигатель-генератор (патент РФ №2529210, авторы Гайтов Б.Х., Кашин Я.М. и др.), содержащий корпус и ротор, на котором установлены постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и аксиальные вращающиеся магнитопроводы возбудителя и основного генератора, при этом в корпусе со стороны постоянного многополюсного магнита индуктора подвозбудителя установлен боковой аксиальный магнитопровод с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена многофазная обмотка, а постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя выполнен с датчиками положения ротора, причем каждый датчик положения ротора состоит из чувствительного элемента, закрепленного на постоянном многополюсном магните индуктора подвозбудителя по внешнему радиусу, и сигнальной обмотки, установленной посредством штанги на внутренней поверхности корпуса на линии пересечения плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора и проходящей через оси симметрии чувствительных элементов, с внутренней поверхностью корпуса, причем каждая сигнальная обмотка равноудалена от соседних сигнальных обмоток, а в нижней части корпуса установлен блок управления.

Однако известная из пат. РФ №2529210 электрическая машина не может суммировать энергию разного вида (механическую, световую и тепловую), поступающую от трех различных источников, с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию, так как имеет только один механический вход - вал ротора.

Задачей изобретения является создание трехвходовой аксиальной генераторной установки, позволяющей суммировать энергию, поступающую от трех разнородных источников энергии: механическую энергию, световую энергию и тепловую энергию, с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию постоянного тока высокого качества.

Техническим результатом заявленного изобретения является суммирование механической энергии, световой энергии и тепловой энергии с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию постоянного тока высокого качества при одновременном повышении надежности электрической машины.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемой трехвходовой аксиальной генераторной установке, содержащей корпус, в котором установлены блок управления, датчики положения ротора, в корпусе каждого из которых размещены сигнальная обмотка и обмотка возбуждения, боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора, боковой аксиальный магнитопровод с дополнительной многофазной обмоткой, внутренний аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, основной и дополнительной однофазными обмотками возбуждения возбудителя, и ротор, на валу которого посредством дисков жестко закреплены постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, при этом постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя выполнен с постоянными магнитами положения ротора, закрепленными на нем по внешнему радиусу, а корпус датчика положения ротора с сигнальной обмоткой и обмоткой возбуждения установлен на линии пересечения плоскости, проходящей через оси симметрии постоянных магнитов положения ротора и перпендикулярной оси вращения ротора, при этом каждый датчик положения ротора закреплен на внутренней поверхности корпуса посредством штанги и равноудален от соседних датчиков положения ротора, а вал ротора закреплен в подшипниковых узлах, закрыт крышкой с одной стороны и выходит за пределы корпуса с другой стороны, при этом однофазная обмотка возбуждения основного генератора подключена к многофазной обмотке якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, основная однофазная обмотка возбуждения возбудителя подключена к многофазной обмотке якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, а многофазная обмотка якоря основного генератора подключена к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю, дополнительно в верхней части корпуса устанавливается фотоэлектрический преобразователь, к которому подключается дополнительная однофазная обмотка возбуждения возбудителя, в нижней части корпуса устанавливается тепловой преобразователь, выполняемый с возможностью подключения к дополнительной многофазной обмотке через блок управления, а на конце вала ротора, выходящем за пределы корпуса, устанавливается магнитный редуктор, состоящий из вала магнитного редуктора, ведущего и ведомого дисков, выполненных из немагнитного материала, и постоянных магнитов, размещаемых на ведущем и ведомом дисках разноименными полюсами навстречу друг к другу, при этом ведущий диск жестко закрепляется на валу магнитного редуктора, а ведомый диск жестко закрепляется на валу ротора трехвходовой аксиальной генераторной установки, а выходной многофазный двухполупериодный выпрямитель выполнен с возможностью подключения к внешнему резервному источнику энергии - аккумуляторной батарее, при этом дополнительная однофазная обмотка возбуждения возбудителя выполняется с возможностью подключения к внешнему фотоэлектрическому преобразователю, а дополнительная многофазная обмотка выполняется с возможностью подключения через блок управления к внешнему тепловому преобразователю.

Блок управления предлагаемой трехвходовой аксиальной генераторной установки (ТАГУ) содержит дифференциально-минимальное реле, блок питания, выполняемый с возможностью подключения посредством дифференциально-минимального реле к тепловому преобразователю, к внешнему тепловому преобразователю или к внешнему резервному источнику энергии - аккумуляторной батарее - и имеющий выходы высокого уровня и низкого уровня напряжения, и блоки формирования импульсов по одному для каждой фазы дополнительной многофазной обмотки.

Резервное питание блока управления осуществляется от внешнего резервного источника энергии аккумуляторной батареи, не входящего в состав блока управления.

Каждый из блоков формирования импульсов предлагаемой ТАГУ содержит первый, второй, третий, четвертый и пятый ограничительные резисторы, первый и второй управляющие транзисторы, первую и вторую пары переключающих транзисторов и два транзистора, образующих логический элемент «НЕ».

Логический элемент «НЕ» каждого блока формирования импульсов предлагаемой ТАГУ через пятый ограничительный резистор подключен к низкоуровневому выходу блока питания, а его вход и база первого управляющего транзистора подключены к сигнальной обмотке датчика положения ротора, при этом база второго управляющего транзистора подключена к выходу логического элемента «НЕ», а коллекторы первого и второго управляющих транзисторов через первый и третий ограничительные резисторы подключены к низкоуровневому выходу блока питания, при этом эмиттеры первого и второго управляющих транзисторов заземлены, а базы каждой пары переключающих транзисторов соединены между собой, при этом базы первой пары переключающих транзисторов подключены к коллектору первого управляющего транзистора, а базы второй пары переключающих транзисторов подключены к коллектору второго управляющего транзистора, при этом коллекторы переключающих транзисторов по одному из каждой пары подключены к высокоуровневому выходу блока питания, а их эмиттеры через второй и четвертый ограничительные резисторы подключены к соответствующим выводам соответствующей фазы дополнительной многофазной обмотки и к коллекторам переключающих транзисторов другой пары.

Предлагаемое изобретение, в отличие от прототипа, позволяет обеспечить с помощью одной аксиальной электрической машины суммирование энергии, поступающей от трех разнородных источников энергии: механической энергии, световой энергии (с предварительным преобразованием ее фотоэлектрическим преобразователем в электрическую энергию постоянного тока) и тепловой энергии (с предварительным преобразования ее тепловым преобразователем в электрическую энергию постоянного тока), с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию постоянного тока высокого качества.

Возможность суммирования световой энергии с другими видами энергии достигается за счет того, что в предлагаемом устройстве в верхней части корпуса устанавливается фотоэлектрический преобразователь, к которому подключается дополнительная однофазная обмотка возбуждения возбудителя. Световая энергия преобразуется фотоэлектрическим преобразователем, к которому подключена дополнительная однофазная обмотка возбуждения возбудителя, в электрическую энергию постоянного тока. Постоянный ток, протекая по дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя, создает магнитный поток, который по закону суперпозиции суммируется с магнитным потоком, создаваемым основной обмоткой возбуждения возбудителя, обеспечивая соответственно суммирование вращающих моментов, создаваемых токами, протекающими в основной и дополнительной однофазных обмотках возбуждения возбудителя.

Возможность суммирования тепловой энергии с другими видами энергии достигается за счет того, что в предлагаемом устройстве в нижней части корпуса устанавливается тепловой преобразователь, выполняемый с возможностью подключения к дополнительной многофазной обмотке через блок управления. Тепловая энергия преобразуется тепловым преобразователем, к которому подключается дополнительная многофазная обмотка, в электрическую энергию постоянного тока. Блок управления обеспечивает соответствующее переключение фаз дополнительной многофазной обмотки таким образом, чтобы индуктируемый протекающими в фазах токами магнитный поток создавал вращающий момент, совпадающий по направлению с вращающим моментом, создаваемым внешним источником механической энергии.

Возможность суммирования механической энергии с другими видами энергии достигается за счет того, что в предлагаемом устройстве на валу ротора, выходящем за пределы корпуса, устанавливается магнитный редуктор, состоящий из вала магнитного редуктора, ведущего и ведомого дисков, выполненных из немагнитного материала, и постоянных магнитов, размещаемых на ведущем и ведомом дисках разноименными полюсами навстречу друг к другу, при этом ведущий диск жестко закрепляется на валу магнитного редуктора, а ведомый диск жестко закрепляется на валу ротора трехвходовой аксиальной генераторной установки. Механическая энергия вращения (момент вращения) подается от внешнего источника (например, ветра) на вал магнитного редуктора, через магнитный редуктор передается на вал ротора трехвходовой аксиальной генераторной установки. В узле «дополнительная многофазная обмотка - аксиальный постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя с установленными на нем постоянными магнитами датчиков положения ротора» вращающий момент, поступающий от внешнего источника механической энергии, суммируется с вращающим моментом, создаваемым за счет поступающей от внешнего источника тепловой энергии. При вращении ротора трехвходовой аксиальной генераторной установки под действием суммарного вращающего момента полученная суммарная механическая энергия преобразуется в узле «аксиальный постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя - многофазная обмотка якоря подвозбудителя» в электрическую энергию. В узле «основная и дополнительная однофазные обмотки возбуждения возбудителя - многофазная обмотка якоря возбудителя» электрическая энергия, полученная от преобразования механической и тепловой энергии, суммируется с электрической энергией, полученной от преобразования световой энергии.

Повышение надежности работы электрической машины достигается за счет того, что в предлагаемом устройстве электроэнергию получают от одновременного преобразования энергии от трех разнородных источников. При этом трехвходовая аксиальная генераторная установка вырабатывает электрическую энергию и при отсутствии световой энергии, а в случае недостаточности уровня тепловой энергии может быть использован внешний резервный источник энергии - аккумуляторная батарея, подключаемый к блоку питания дифференциально-минимальным реле блока управления. Кроме того, дополнительная однофазная обмотка возбуждения возбудителя может быть подключена к внешнему фотоэлектрическому преобразователю, а дополнительная многофазная обмотка может быть подключена через блок управления к внешнему тепловому преобразователю. Это позволяет повысить надежность поступления входных светового и теплового сигналов, а также их мощность, что соответственно позволяет повысить надежность и мощность установки в целом.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой трехвходовой аксиальной генераторной установки, на фиг. 2 - электрическая схема предлагаемой трехвходовой аксиальной генераторной установки, на фиг. 3 - электрическая схема блока управления, на фиг. 4 - график напряжений на выходе блоков формирования импульсов.

Трехвходовая аксиальная генераторная установка (ТАГУ) содержит: корпус 1, в котором установлены блок управления 20, датчики положения ротора 24 (ДПР), в корпусе каждого из которых размещена сигнальная обмотка 25 и обмотка возбуждения (на фиг. 1-4 не показана), боковой аксиальный магнитопровод 10 с многофазной обмоткой 11 якоря основного генератора, боковой аксиальный магнитопровод 21 с дополнительной многофазной обмоткой 22, внутренний аксиальный магнитопровод 3 с многофазной обмоткой 4 якоря подвозбудителя, основной 5 и дополнительной 6 однофазными обмотками возбуждения возбудителя, и ротор, на валу 12 которого посредством дисков 15 и 16 жестко закреплены постоянный аксиальный многополюсный магнит 2 индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод 7 с многофазной обмоткой 8 якоря возбудителя и однофазной обмоткой 9 возбуждения основного генератора, при этом постоянный аксиальный многополюсный магнит 2 индуктора подвозбудителя выполнен с постоянными магнитами 23 положения ротора, закрепленными на нем по внешнему радиусу, а корпус ДПР 24 с сигнальной обмоткой 25 и обмоткой возбуждения (на фиг. не показана) установлен на линии пересечения плоскости, проходящей через оси симметрии постоянных магнитов 23 положения ротора и перпендикулярной оси вращения ротора, при этом каждый ДПР 24 закреплен на внутренней поверхности корпуса 1 посредством штанги 26 и равноудален от соседних ДПР 24, а вал 12 ротора закреплен в подшипниковых узлах 13 и 14, закрыт крышкой 55 с одной стороны и выходит за пределы корпуса 1 с другой стороны, при этом однофазная обмотка 9 возбуждения основного генератора подключена к многофазной обмотке 8 якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель 18, основная однофазная обмотка 5 возбуждения возбудителя подключена к многофазной обмотке 4 якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель 17, а многофазная обмотка 11 якоря основного генератора подключена к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю 19, который выполнен с возможностью подключения к внешнему резервному источнику - энергии аккумуляторной батарее (АБ) 40. В верхней части корпуса 1 установлен фотоэлектрический преобразователь (ФЭП) 32, выполненный с возможностью подключения к дополнительной однофазной обмотке 6 возбуждения возбудителя, которая выполнена с возможностью подключения к внешнему фотоэлектрическому преобразователю (на фиг. не показан), через контакты 56 (фиг. 2). В нижней части корпуса 1 установлен тепловой преобразователь (ТП) 33, выполненный с возможностью подключения к дополнительной многофазной обмотке 22 через блок управления (БУ) 20, а на конце вала 12 ротора, выходящем за пределы корпуса 1, установлен магнитный редуктор 27, состоящий из вала 34 магнитного редуктора, ведущего 28 и ведомого 29 дисков, выполненных из немагнитного материала, и постоянных магнитов 30 и 31, размещенных на ведущем 28 и ведомом 29 дисках разноименными полюсами навстречу друг к другу, при этом ведущий диск 28 жестко закреплен на валу 34 магнитного редуктора 27, ведомый диск 29 жестко закреплен на валу 12 ротора ТАГУ. Дополнительная многофазная обмотка 22 выполнена с возможностью подключения через БУ 20 к внешнему тепловому преобразователю (ВТП) 57 (фиг. 2).

БУ 20 (фиг. 3) содержит дифференциально-минимальное реле (ДМР) 38, блок питания (БП) 39, выполненный с возможностью подключения посредством ДМР 38 к ТП 33, внешнему тепловому преобразователю (ВТП) 57 или к внешнему резервному источнику энергии - АБ 40 и имеющий выходы высокого уровня (ВУ) и низкого уровня (НУ) (фиг. 3) напряжения, блоки формирования импульсов (ФИ) «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37 по одному для каждой фазы (А, В и С соответственно) дополнительной многофазной обмотки 22.

Низкий уровень (НУ) БП 39 обеспечивает работу электронных компонентов схемы, в частности транзисторов и ДПР 24; высокий уровень (ВУ) обеспечивает возможность получения в дополнительной многофазной обмотке 22 большой силы тока, при протекании которого возникает магнитный поток, участвующий в создании вращающего электромагнитного момента, приводящего в движение ротор ТАГУ.

Резервное питание БУ 20 осуществляется от АБ 40 ((фиг. 2, 3) (в состав БУ 20 не входит).

Каждый из блоков ФИ «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37 блока управления 20 (фиг. 3) содержит первый 49 (R1), второй 50 (R2), третий 51 (R3), четвертый 52 (R4) и пятый 53 (R5) ограничительные резисторы, первый и второй управляющие транзисторы 41 (VT6) и 42 (VT7), первую и вторую пары переключающих транзисторов 45 (VT2) и 46 (VT3) - первая пара, 47 (VT1) и 48 (VT4) - вторая пара, и два транзистора 43 (VT5) и 44 (VT8), образующих логический элемент «НЕ» 54.

Логический элемент «НЕ» 54 каждого блока ФИ «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37 через пятый ограничительный резистор 53 (R5) подключен к низкоуровневому выходу (НУ) БП 39, а его вход и база первого управляющего транзистора 41 (VT6) подключены к сигнальной обмотке 25 ДПР 24, при этом база второго управляющего транзистора 42 (VT7) подключена к выходу логического элемента «НЕ» 54, а коллекторы первого 41 (VT6) и второго 42 (VT7) управляющих транзисторов через первый и третий ограничительные резисторы 49 (R1), 51 (R3) соответственно, подключены к низкоуровневому (НУ) выходу БП 39, при этом эмиттеры первого 41 (VT6) и второго 42 (VT7) управляющих транзисторов заземлены, а базы каждой пары переключающих транзисторов соединены между собой: база переключающего транзистора 45 (VT2) с базой переключающего транзистора 46 (VT3) - первая пара, база переключающего транзистора 47 (VT1) с базой переключающего транзистора 48 (VT4) - вторая пара, при этом базы первой пары переключающих транзисторов 45 (VT2) и 46 (VT3) подключены к коллектору первого управляющего транзистора 41 (VT6), а базы второй пары переключающих транзисторов 47 (VT1) и 48 (VT4) подключены к коллектору второго управляющего транзистора 42 (VT7), при этом коллекторы переключающих транзисторов по одному из каждой пары (транзистор 45 (VT2) из первой пары и транзистор 47 (VT1) из второй пары) подключены к высокоуровневому (ВУ) выходу блока питания 39, а их эмиттеры через второй и четвертый ограничительные резисторы 50 (R2) и 52 (R4) соответственно подключены к соответствующим выводам соответствующей фазы (для блока ФИ «А» 35: эмиттер переключающего транзистора 45 (VT2) первой пары через четвертый ограничительный резистор 52 (R4) подключен к началу А фазы А, а эмиттер переключающего транзистора 47 (VT1) второй пары через второй ограничительный резистор 50 (R2) подключен к концу X фазы А) дополнительной многофазной обмотки 22 и к коллекторам переключающих транзисторов другой пары (эмиттер переключающего транзистора 45 (VT2) первой пары через четвертый ограничительный резистор 52 (R4) подключен к коллектору переключающего транзистора 48 (VT4) второй пары, эмиттер переключающего транзистора 47 (VT1) второй пары через второй ограничительный резистор 50 (R2) подключен к коллектору переключающего транзистора 46 (VT3) первой пары).

ТАГУ работает следующим образом. Ротор ТАГУ приводится во вращение от внешнего источника механической энергии (вход механической энергии) через магнитный редуктор 27. Кроме того, ротор приводится во вращение при возникновении электромагнитного вращающего момента, создаваемого за счет преобразования тепловой энергии в электрическую.

При вращении вала 34 ротора магнитного редуктора 27 с установленным на нем ведущим диском 28 с постоянным магнитом 30 за счет силового взаимодействия постоянных магнитов 30 и 31, вызванного их стремлением притянуться противоположными полюсами, создается вращающий момент, который передается на вал 12 ротора ТАГУ, вызывая вращение постоянного аксиального многополюсного магнита 2 индуктора подвозбудителя и аксиального вращающегося магнитопровода 7 с многофазной обмоткой 8 якоря возбудителя и однофазной обмоткой 9 возбуждения основного генератора.

При этом, если напряжение на выходе ТП 33 (или на выходе ВТП 57 при его подключении) выше напряжения АБ 40 на 1 В, то ДМР 38 подключает выход ТП 33 (или соответственно выход ВТП 57) (тепловой вход ТАГУ) к БП 39 блока управления 20 (фиг. 3).

При этом от БП 39 на обмотку возбуждения (на схемах не показана) ДПР 24 подается напряжение постоянного тока низкого уровня (НУ) (фиг. 3). В результате протекания тока в обмотке возбуждения ДПР 24 вокруг сигнальных обмоток 25 в корпусе ДПР 24 возникает магнитный поток, который создает поперечное магнитное поле, и сигнальные обмотки 25 становятся чувствительными к магнитному потоку, создаваемому постоянными магнитами 23 положения ротора (фиг. 1, 2, на фиг. 3 не показаны). При вращении постоянного аксиального многополюсного магнита 2 индуктора подвозбудителя с закрепленными на нем постоянными магнитами 23 положения ротора магнитный поток, создаваемый этими магнитами, взаимодействует с созданным обмотками возбуждения ДПР 24 поперечным магнитным полем, в котором находятся сигнальные обмотки 25. В результате этого взаимодействия в сигнальных обмотках 25 возникает напряжение постоянного тока низкого уровня, причем напряжение на выходе сигнальных обмоток 25 возникает при наличии постоянных магнитов 23 положения ротора вблизи сигнальных обмоток 25 как при неподвижном состоянии ротора ТАГУ, так и при его вращении. Сигналы с выхода сигнальных обмоток 25 каждого ДПР 24 поступают на вход соответствующего блока ФИ «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37.

При подаче импульсов от блоков ФИ «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37 БУ 20 на соответствующие фазы дополнительной многофазной обмотки 22 магнитный поток, создаваемый дополнительной многофазной обмоткой 22, взаимодействует с магнитным потоком, создаваемым постоянным аксиальным многополюсным магнитом 2 индуктора подвозбудителя, придавая ротору ТАГУ (постоянный аксиальный многополюсный магнит 2 индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод 7 с многофазной обмоткой 8 якоря возбудителя и однофазной обмоткой 9 возбуждения основного генератора) дополнительный момент вращения, который направлен согласно с моментом вращения от источника механической энергии и суммируется с ним.

Если напряжение на выходе ТП 33 (или на выходе ВТП 57 при его подключении) становится ниже напряжения АБ 40 на 1 В, то ДМР 38 переключает БП 39 на АБ 40. При этом формирование сигналов на входах блоков ФИ «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37 осуществляется так же, как и при подключении БП 39 через ДМР 38 к ТП 33 (или к ВТП 57 соответственно).

При вращении постоянного аксиального многополюсного магнита 2 индуктора подвозбудителя и аксиального вращающегося магнитопровода 7 с многофазной обмоткой 8 якоря возбудителя и однофазной обмоткой 9 возбуждения основного генератора магнитный поток постоянного аксиального многополюсного магнита 2 индуктора подвозбудителя взаимодействует с многофазной обмоткой 4 якоря подвозбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 3, жестко установленного в корпусе 1, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая выпрямляется многофазным двухполупериодным выпрямителем 17 и подается на основную однофазную обмотку 5 возбуждения возбудителя, уложенную в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 3. При этом в основной однофазной обмотке 5 возбуждения возбудителя создается магнитный поток.

Одновременно в ФЭП 32 (и во внешнем ФЭП (на фиг. 1-3 не показан)) (световой вход) происходит преобразование световой энергии в электрическую энергию постоянного тока. Протекающий по дополнительной однофазной обмотке 6 возбуждения возбудителя, подключенной к ФЭП 32 (и/или к внешнему ФЭП при его подключении к ней через контакт 56) (фиг. 2), постоянный ток создает магнитный поток, сонаправленный с магнитным потоком, создаваемым основной однофазной обмоткой 5 возбуждения возбудителя.

Созданный основной 5 и дополнительной 6 однофазными обмотками возбуждения возбудителя суммарный магнитный поток взаимодействует с многофазной обмоткой 8 якоря возбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального вращающегося магнитопровода 7, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая выпрямляется многофазным двухполупериодным выпрямителем 18 и подается на однофазную обмотку 9 возбуждения основного генератора, уложенную в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 7.

Магнитный поток однофазной обмотки 9 возбуждения основного генератора взаимодействует с многофазной обмоткой 11 якоря основного генератора, уложенной в пазы бокового аксиального магнитопровода 10, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая выпрямляется выходным многофазным двухполупериодным выпрямителем 19 и подается в сеть и на АБ 40 для ее зарядки.

Постоянные магниты 23 положения ротора, закрепленные по внешнему радиусу постоянного аксиального многополюсного магнита 2 индуктора подвозбудителя, служат для формирования управляющих сигналов в каждом из блоков ФИ «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37. Полярность всех постоянных магнитов 23 индуктора подвозбудителя одинакова. Количество постоянных магнитов 23 положения ротора и их расположение выбирается таким образом, чтобы при их воздействии на сигнальную обмотку 25 ДПР 24 возникали управляющие сигналы, которые при вращении постоянного аксиального многополюсного магнита 2 индуктора подвозбудителя с постоянными магнитами 23 положения ротора обеспечивали бы своевременное переключение направления протекания тока в соответствующих фазах дополнительной многофазной обмотки 22 для непрерывного создания нужного электромагнитного вращающего момента и придания ротору вращения в заданном направлении.

Блоки ФИ «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37 идентичны по составу. Поэтому рассмотрим работу только одного блока, например, ФИ «А» 35, подразумевая, что блоки ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37 работают аналогичным образом.

При поступлении от сигнальной обмотки 25 ДПР 24 управляющего сигнала на вход первого управляющего транзистора 41 (VT6) (в момент прохождения постоянных магнитов 23 положения ротора мимо сигнальной обмотки 25 ДПР 24, соответствующего фазе дополнительной многофазной обмотки 22, которая подключена к рассматриваемому блоку ФИ «А» 35) он открывается, переключающие транзисторы 45 (VT2) и 46 (VT3) первой пары закрываются.

В логическом элементе «НЕ» 54 транзистор 43 (VT5) закрывается, транзистор 44 (VT8) открывается, на выходе логического элемента «НЕ» 54 образуется напряжение, соответствующее логическому «О», при этом второй управляющий транзистор 42 (VT7) закрывается, а переключающие транзисторы 47 (VT1) и 48 (VT4) второй пары открываются.

В этом случае ток протекает от высокоуровневого выхода (ВУ) БП 39 через открытый переключающий транзистор 47 (VT1), второй ограничительный резистор 50 (R2), через соответствующую фазу (фазу «А» для блока ФИ «А» 35) дополнительной многофазной обмотки 22, через открытый переключающий транзистор 48 (VT4) на «землю». При этом магнитный поток, создаваемый током в соответствующей фазе (фазе «А» для блока ФИ «А» 35) дополнительной многофазной обмотки 22, воздействует на полюса одной полярности постоянного аксиального многополюсного магнита 2 индуктора подвозбудителя.

При отсутствии управляющего сигнала от сигнальной обмотки 25 (в момент паузы между прохождением одного из постоянных магнитов 23 положения ротора мимо сигнальной обмотки 25 ДПР 24, соответствующего фазе дополнительной многофазной обмотки 22, которая подключена к рассматриваемому блоку ФИ «А» 35) первый управляющий транзистор 41 (VT6) закрывается, переключающие транзисторы 45 (VT2) и 46 (VT3) первой пары открываются.

В логическом элементе «НЕ» 54 транзистор 43 (VT5) открывается, транзистор 44 (VT8) закрывается, на выходе логического элемента «НЕ» 54 образуется напряжение, соответствующее логической «1», при этом второй управляющий транзистор 42 (VT7) открывается, а переключающие транзисторы 47 (VT1) и 48 (VT4) второй пары закрываются.

В этом случае ток протекает от высокоуровневого выхода (ВУ) БП 39 через открытый переключающий транзистор 45 (VT2), четвертый ограничительный резистор 52 (R4), через соответствующую фазу (фазу «А» для блока ФИ «А» 35) дополнительной многофазной обмотки 22, через открытый переключающий транзистор 46 (VT3) на «землю». При этом магнитный поток, создаваемый током в соответствующей фазе (фазе «А» для блока ФИ «А» 35) дополнительной многофазной обмотки 22, воздействует на полюса другой полярности постоянного аксиального многополюсного магнита 2 индуктора подвозбудителя.

Формирование сигнала на выходе каждого из блоков ФИ «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37, возникающего при вращении ротора ТАГУ (т.е. при прохождении постоянных магнитов 23 положения ротора мимо сигнальной обмотки 25 ДПР 24, соответствующего фазе дополнительной многофазной обмотки 22, которая подключена к рассматриваемому блоку ФИ «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37 соответственно), представлено на фиг. 4.

Таким образом, в предлагаемой трехвходовой аксиальной генераторной установке посредством электромагнитного преобразования осуществляется суммирование механической, тепловой и световой энергий, поступающей на соответствующие входы ТАГУ от трех разнородных источников энергии, с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию постоянного тока высокого качества.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам. Трехвходовая аксиальная генераторная установка содержит корпус, в котором установлены фотоэлектрический и тепловой преобразователи, блок управления, датчики положения ротора с сигнальными обмотками и обмотками возбуждения, боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора, боковой аксиальный магнитопровод с дополнительной многофазной обмоткой, внутренний аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, основной и дополнительной однофазными обмотками возбуждения возбудителя, ротор, на валу которого посредством дисков жестко закреплены аксиальный многополюсный индуктор подвозбудителя с постоянными магнитами и аксиальный вращающийся магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения основного генератора и три выпрямителя, при этом по внешнему радиусу аксиального многополюсного индуктора подвозбудителя с постоянными магнитами закреплены постоянные магниты датчика положения ротора. Технический результат состоит в возможности для суммирования различных видов энергии (механической, световой, тепловой). 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Трехвходовая аксиальная генераторная установка, содержащая корпус, в котором установлены блок управления, датчики положения ротора, в корпусе каждого из которых размещены сигнальная обмотка и обмотка возбуждения, боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора, боковой аксиальный магнитопровод с дополнительной многофазной обмоткой, внутренний аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, основной и дополнительной однофазными обмотками возбуждения возбудителя, и ротор, на валу которого посредством дисков жестко закреплены постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, при этом постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя выполнен с постоянными магнитами положения ротора, закрепленными на нем по внешнему радиусу, а корпус датчика положения ротора с сигнальной обмоткой и обмоткой возбуждения установлен на линии пересечения плоскости, проходящей через оси симметрии постоянных магнитов положения ротора и перпендикулярной оси вращения ротора, при этом каждый датчик положения ротора закреплен на внутренней поверхности корпуса посредством штанги и равноудален от соседних датчиков положения ротора, а вал ротора закреплен в подшипниковых узлах, закрыт крышкой с одной стороны и выходит за пределы корпуса с другой стороны, при этом однофазная обмотка возбуждения основного генератора подключена к многофазной обмотке якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, основная однофазная обмотка возбуждения возбудителя подключена к многофазной обмотке якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, а многофазная обмотка якоря основного генератора подключена к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю, отличающаяся тем, что в верхней части корпуса установлен фотоэлектрический преобразователь, подключенный к дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя, которая выполнена с возможностью подключения к внешнему фотоэлектрическому преобразователю, в нижней части корпуса установлен тепловой преобразователь, выполненный с возможностью подключения к дополнительной многофазной обмотке через блок управления, а на конце вала ротора, выходящем за пределы корпуса, установлен магнитный редуктор, состоящий из вала магнитного редуктора, ведущего и ведомого дисков, выполненных из немагнитного материала, и постоянных магнитов, размещенных на ведущем и ведомом дисках разноименными полюсами навстречу друг к другу, при этом ведущий диск жестко закреплен на валу магнитного редуктора, ведомый диск жестко закреплен на валу ротора трехвходовой аксиальной генераторной установки, а выходной многофазный двухполупериодный выпрямитель выполнен с возможностью подключения к внешнему резервному источнику энергии - аккумуляторной батарее, при этом дополнительная многофазная обмотка выполнена с возможностью подключения через блок управления к внешнему тепловому преобразователю.

2. Трехвходовая аксиальная генераторная установка по п. 1, отличающаяся тем, что блок управления содержит дифференциально-минимальное реле, блок питания, выполненный с возможностью подключения посредством дифференциально-минимального реле к тепловому преобразователю, к внешнему тепловому преобразователю или к внешнему резервному источнику энергии - аккумуляторной батарее - и имеющий выходы высокого уровня и низкого уровня напряжения, и блоки формирования импульсов по одному для каждой фазы дополнительной многофазной обмотки.

3. Трехвходовая аксиальная генераторная установка по п. 2, отличающаяся тем, что каждый из блоков формирования импульсов содержит первый, второй, третий, четвертый и пятый ограничительные резисторы, первый и второй управляющие транзисторы, первую и вторую пары переключающих транзисторов и два транзистора, образующих логический элемент «НЕ».

4. Трехвходовая аксиальная генераторная установка по п. 3, отличающаяся тем, что логический элемент «НЕ» каждого блока формирования импульсов через пятый ограничительный резистор подключен к низкоуровневому выходу блока питания, а его вход и база первого управляющего транзистора подключены к сигнальной обмотке датчика положения ротора, при этом база второго управляющего транзистора подключена к выходу логического элемента «НЕ», а коллекторы первого и второго управляющих транзисторов через первый и третий ограничительные резисторы подключены к низкоуровневому выходу блока питания, при этом эмиттеры первого и второго управляющих транзисторов заземлены, а базы каждой пары переключающих транзисторов соединены между собой, при этом базы первой пары переключающих транзисторов подключены к коллектору первого управляющего транзистора, а базы второй пары переключающих транзисторов подключены к коллектору второго управляющего транзистора, при этом коллекторы переключающих транзисторов по одному из каждой пары подключены к высокоуровневому выходу блока питания, а их эмиттеры через второй и четвертый ограничительные резисторы подключены к соответствующим выводам соответствующей фазы дополнительной многофазной обмотки и к коллекторам переключающих транзисторов другой пары.