Стабилизированная трехвходовая аксиально-радиальная электрическая машина-генератор Российский патент 2021 года по МПК H02K47/02 H02K19/38 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромеханическим преобразователям энергии, и может быть использовано, например, в качестве преобразователя кинетической энергии ветра, преобразованной ветроколесом в механическую энергию вращения, подаваемой на механический вход машины, световой энергии Солнца, преобразованной фотоэлектрическими преобразователем в электроэнергию постоянного тока, одновременно подаваемой на ее световой вход, и тепловую энергию любого источника, одновременно подаваемой на ее тепловой вход, в суммарную электрическую энергию переменного тока.

Известен стабилизированный аксиально-радиальный генератор постоянного тока (пат. РФ №2649913, авторы Кашин Я.М., Кашин А.Я., Князев А.С.), содержащий корпус, внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями, вал, закрепленный в подшипниковых узлах, возбудитель, основной генератор и регулятор напряжения, при этом возбудитель состоит из жестко закрепленного в корпусе индуктора и многофазной обмотки якоря возбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями, основной генератор состоит из однофазной обмотки возбуждения основного генератора, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями и подключенной через многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотке якоря возбудителя, и жестко закрепленного в корпусе бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря основного генератора, подключенная к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю, причем внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями жестко связан с валом посредством диска, при этом однофазная обмотка возбуждения основного генератора уложена в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, многофазная обмотка якоря возбудителя уложена в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны индуктора возбудителя, а регулятор напряжения содержит измеритель отклонений напряжения, предварительный усилитель, блок усиления мощности и силовую часть, при этом измеритель отклонений напряжения включен на выходное напряжение генератора. Индуктор возбудителя содержит постоянный аксиальный многополюсный магнит, вал выполнен полым, а в корпусе установлена неподвижная ось, расположенная соосно с полым валом, имеющим возможность вращения вокруг неподвижной оси, при этом неподвижная ось закреплена в подшипниковых узлах, установленных в полом валу, и жестко связана с корпусом одним концом, расположенным со стороны корпуса, на которой закреплен боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора, а измеритель отклонений напряжения, предварительный усилитель, блок усиления мощности и силовая часть образуют электронный блок регулятора напряжения, при этом регулятор напряжения дополнительно содержит электромеханический узел, состоящий из радиального магнитопровода индуктора регулятора напряжения, жестко закрепленного на неподвижной оси, в пазы которого уложена однофазная обмотка возбуждения регулятора напряжения, подключенная к силовой части электронного блока, радиального магнитопровода якоря регулятора напряжения, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря регулятора напряжения, и управляющей однофазной обмотки регулятора напряжения, подключенной через многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотке якоря регулятора напряжения и уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора.

Входом электронного блока регулятора напряжения является вход измерителя отклонений напряжения, подключенный к выходу основного генератора - к многофазной обмотке якоря основного генератора, с которой снимается выходное напряжение генератора, а его выходом - выход его силовой части.

Радиальный магнитопровод якоря регулятора напряжения установлен на внутренней поверхности полого вала таким образом, что создаваемый однофазной обмоткой возбуждения регулятора напряжения магнитный поток направлен вдоль радиуса радиального магнитопровода якоря регулятора напряжения с многофазной обмоткой якоря регулятора напряжения.

Однако, известная из пат. РФ №2649913 электрическая машина не может суммировать энергию разного вида (механическую и световую), поступающую от двух различных источников с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию, так как имеет только один вход: механический вход - вал ротора. Это ограничивает область его применения: не позволяет получать дополнительную электроэнергию в районах, где интенсивность светового излучения высока.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и принятым авторами за прототип является стабилизированная двухвходовая ветро-солнечная аксиально-радиальная электрическая машина-генератор (пат. РФ №2685424, авторы Кашин Я.М., Кашин А.Я., Князев А.С.), содержащая корпус, полый вал, закрепленный в корпусе в подшипниковых узлах, неподвижную ось, расположенную соосно с полым валом, имеющим возможность вращения вокруг неподвижной оси, внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями, жестко связанный с полым валом посредством диска, возбудитель, основной генератор и регулятор напряжения, при этом возбудитель состоит из жестко закрепленного в корпусе индуктора и многофазной обмотки якоря возбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны индуктора возбудителя, основной генератор состоит из жестко закрепленного в корпусе бокового аксиального магнитопровода якоря основного генератора с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря основного генератора, подключенная к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю, и однофазной обмотки возбуждения основного генератора, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, и подключенной через первый многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотке якоря возбудителя, при этом неподвижная ось закреплена в подшипниковых узлах, установленных в полом валу, и жестко связана с корпусом одним концом, расположенным со стороны корпуса, на которой закреплен боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора, а регулятор напряжения содержит электронный блок, вход которого подключен к выходу выходного многофазного двухполупериодного выпрямителя, и электромеханический узел, состоящий из радиального магнитопровода индуктора регулятора напряжения, жестко закрепленного на неподвижной оси, в пазы которого уложена однофазная обмотка возбуждения регулятора напряжения, подключенная к выходу электронного блока, радиального магнитопровода якоря регулятора напряжения, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря регулятора напряжения, и управляющей однофазной обмотки регулятора напряжения, подключенной через второй многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотке якоря регулятора напряжения и уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, при этом радиальный магнитопровод якоря регулятора напряжения установлен на внутренней поверхности полого вала таким образом, что создаваемый однофазной обмоткой возбуждения регулятора напряжения магнитный поток направлен вдоль радиуса радиального магнитопровода якоря регулятора напряжения с многофазной обмоткой якоря регулятора напряжения. В верхней части корпуса известной из пат. РФ №2685424 установлен фотоэлектрический преобразователь, а индуктор возбудителя содержит боковой аксиальный магнитопровод индуктора возбудителя, в пазы которого со стороны внутреннего аксиального магнитопровода уложены основная однофазная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к выходу выходного многофазного двухполупериодного выпрямителя, и дополнительная однофазная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к выходу фотоэлектрического преобразователя.

Однако, известная из пат. РФ №2685424 электрическая машина не может суммировать энергию (механическую, световую и тепловую), поступающую от трех различных источников с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию, так как имеет только один источник прямого преобразования энергии -фотоэлектрический преобразователь, и только два входа: механический вход -вал ротора, и световой вход - фотоэлектрический преобразователь, выход которого подключен к дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя. Это ограничивает область ее применения: не позволяет получать дополнительную электроэнергию в районах, где интенсивность теплового излучения высока, а также не позволяет утилизировать тепловые потери машин и агрегатов, при работе которых неизбежно выделяется тепло.

Задачей изобретения является усовершенствование аксиально-радиальной электрической машины-генератора с целью расширения области ее применения.

Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение возможности прямого преобразования тепловой энергии в электрическую с одновременным суммированием механической энергии (например, кинетической энергии ветра, преобразованной ветроколесом в механическую энергию вращения), световой энергии (например, энергии Солнца, преобразованной фотоэлектрическими преобразователями в электрическую энергию постоянного тока) и тепловой энергии (например, тепловой энергии Солнца или другого источника, преобразованной тепловым преобразователем в электрическую энергию постоянного тока) с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию постоянного тока при одновременном сохранении высокой стабильности выходного напряжения по величине.

Технический результат достигается тем, что в стабилизированной трехвходовой аксиально-радиальной электрической машине-генераторе, содержащей корпус, фотоэлектрический преобразователь, установленный в верхней части корпуса, полый вал, закрепленный в корпусе в подшипниковых узлах, неподвижную ось, расположенную соосно с полым валом, имеющим возможность вращения вокруг неподвижной оси, внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями, жестко связанный с полым валом посредством диска, возбудитель, основной генератор и регулятор напряжения, при этом возбудитель состоит из жестко закрепленного в корпусе бокового аксиального магнитопровода индуктора возбудителя, в пазы которого со стороны внутреннего аксиального магнитопровода уложены основная однофазная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к выходу выходного многофазного двухполупериодного выпрямителя, и дополнительная однофазная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к выходу фотоэлектрического преобразователя, и многофазной обмотки якоря возбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода индуктора возбудителя, основной генератор состоит из жестко закрепленного в корпусе бокового аксиального магнитопровода якоря основного генератора с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря основного генератора, подключенная к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю, и однофазной обмотки возбуждения основного генератора, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, и подключенной через первый многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотке якоря возбудителя, при этом неподвижная ось закреплена в подшипниковых узлах, установленных в полом валу, и жестко связана с корпусом одним концом, расположенным со стороны корпуса, на которой закреплен боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора, а регулятор напряжения содержит электронный блок, вход которого подключен к выходу выходного многофазного двухполупериодного выпрямителя, и электромеханический узел, состоящий из радиального магнитопровода индуктора регулятора напряжения, жестко закрепленного на неподвижной оси, в пазы которого уложена однофазная обмотка возбуждения регулятора напряжения, подключенная к выходу электронного блока, радиального магнитопровода якоря регулятора напряжения, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря регулятора напряжения, и управляющей однофазной обмотки регулятора напряжения, подключенной через второй многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотке якоря регулятора напряжения и уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, при этом радиальный магнитопровод якоря регулятора напряжения установлен на внутренней поверхности полого вала таким образом, что создаваемый однофазной обмоткой возбуждения регулятора напряжения магнитный поток направлен вдоль радиуса радиального магнитопровода якоря регулятора напряжения с многофазной обмоткой якоря регулятора напряжения, при этом в нижней части корпуса устанавливают тепловой преобразователь, а в пазы радиального магнитопровода индуктора регулятора напряжения дополнительно укладывают дополнительную однофазную обмотку возбуждения регулятора напряжения, подключая ее к выходу теплового преобразователя.

Предлагаемое изобретение, выполняя функцию суммирования механической энергии (например, энергии ветра) и световой энергии (например, энергии Солнца, преобразованной фотоэлектрическим преобразователем в электрическую энергию постоянного тока), как и прототип, в тоже время в отличие от него позволяет расширить область его применения за счет дополнительного преобразования тепловой энергии (например, тепловой энергии Солнца или другого источника тепловой энергии) и суммирования ее с механической и световой энергией, с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию постоянного тока при одновременном сохранении высокой стабильности выходного напряжения по величине.

Прямое преобразование тепловой энергии в электрическую энергию достигается за счет того, что в нижней части корпуса устанавливают тепловой преобразователь, который непосредственно преобразует тепловую энергию в электрическую энергию постоянного тока.

Суммирование механической энергии (например, кинетической энергии ветра, преобразованной ветроколесом в механическую энергию вращения), световой энергии (например, энергии Солнца, преобразованной фотоэлектрическими преобразователями в электрическую энергию постоянного тока) и тепловой энергии (например, тепловой энергии Солнца или другого источника, преобразованной тепловым преобразователем в электрическую энергию постоянного тока) достигается за счет дополнительной укладки в пазы радиального магнитопровода индуктора регулятора напряжения дополнительной однофазной обмотки возбуждения регулятора напряжения и подключения ее к выходу теплового преобразователя.

По принципу суперпозиции магнитных полей остаточный магнитный поток бокового аксиального магнитопровода индуктора возбудителя, магнитный поток, созданный электрическим током, протекающим в основной однофазной обмотке возбуждения возбудителя, полученным за счет преобразования механической энергии вращения в электрическую энергию, суммируется с магнитным потоком, созданным электрическим током, протекающим по дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя, полученным за счет преобразования световой энергии в электрическую энергию постоянного тока.

Одновременное преобразование полученной суммарной энергии в электрическую энергию постоянного тока достигается тем, что суммарный магнитный поток, полученный путем суммирования остаточного магнитного потока индуктора возбудителя и магнитных потоков, созданных электрическим током, полученным за счет преобразования механической энергии вращения в электрическую энергию и протекающим по однофазной обмотке возбуждения основного генератора, и электрическим током, полученным за счет преобразования световой энергии в электрическую энергию постоянного тока и протекающим по дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя, пересекает многофазную обмотку якоря возбудителя, наводит в ней многофазную ЭДС. Эта ЭДС выпрямляется вторым многофазным двухполупериодным выпрямителем и подается на однофазную обмотку возбуждения основного генератора, по которой под действием ЭДС протекает электрический ток, создающий магнитный поток возбуждения основного генератора.

Одновременно напряжение постоянного тока, полученное путем преобразования тепловой энергии с выхода теплового преобразователя подается на дополнительную однофазную обмотку возбуждения регулятора напряжения, подключенную к выходу теплового преобразователя и уложенную в пазы радиального магнитопровода индуктора регулятора напряжения. Под действием этого напряжения в дополнительной однофазной обмотке возбуждения регулятора напряжения протекает электрический ток, который создает магнитный поток, направленный вдоль радиуса радиального магнитопровода якоря регулятора напряжения. Этот магнитный поток взаимодействует с многофазной обмоткой якоря регулятора напряжения и наводит в ней многофазную ЭДС, которая выпрямляется вторым многофазным двухполупериодным выпрямителем и подается на управляющую обмотку регулятора напряжения. При этом по ней протекает электрический ток, под действием которого создается магнитный поток, направленный согласно с магнитным потоком, создаваемым однофазной обмоткой возбуждения основного генератора.

По принципу суперпозиции магнитных полей магнитные потоки, создаваемые электрическими токами однофазной обмотки возбуждения основного генератора и управляющей однофазной обмотки регулятора напряжения, суммируются.

Этот суммарный магнитный поток пересекает многофазную обмотку якоря основного генератора, наводит в ней многофазную ЭДС, которая выпрямляется выходным многофазным двухполупериодным выпрямителем и подается потребителям.

Одновременное сохранение высокой стабильности выходного напряжения по величине достигается за счет дополнительной укладки в пазы радиального магнитопровода индуктора регулятора напряжения дополнительной однофазной обмотки возбуждения регулятора напряжения и подключения ее к выходу теплового преобразователя. При отклонении выходного напряжения машины-генератора от заданного значения (в том числе из-за изменения количества тепловой энергии, поступающей на вход теплового преобразователя и соответствующего увеличения тока, протекающего в дополнительной однофазной обмотке возбуждения регулятора напряжения) электронный блок регулятора напряжения обеспечивает протекание в однофазной обмотке возбуждения регулятора напряжения электрического тока, соответствующего по величине и направлению отклонению выходного напряжения машины-генератора от заданного значения. Под действием этого электрического тока создается дополнительный магнитный поток, который направлен согласно (при уменьшении выходного напряжения по сравнению с заданным) или встречно (при увеличении выходного напряжения по сравнению с заданным) магнитному потоку, создаваемому током дополнительной однофазной обмотки возбуждения регулятора напряжения, соответственно увеличивая или уменьшая суммарный магнитный поток, пересекающий витки многофазной обмотки якоря регулятора напряжения и наводящий в ней многофазную ЭДС, и соответственно увеличивая или уменьшая величину электрического тока, протекающего в управляющей однофазной обмотке регулятора напряжения.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой стабилизированной трехвходовой аксиально-радиальной электрической машины-генератора в разрезе, на фиг. 2 - ее электрическая схема.

Стабилизированная трехвходовая аксиально-радиальная электрическая машина-генератор, содержит: корпус 1, фотоэлектрический преобразователь 16, установленный в верхней части корпуса 1, полый вал 22, закрепленный в корпусе 1 в подшипниковых узлах 12 и 19, неподвижную ось 21, расположенную соосно с полым валом 22, имеющим возможность вращения вокруг неподвижной оси 21, внутренний аксиальный магнитопровод 3 с двумя активными торцовыми поверхностями, жестко связанный с полым валом 22 посредством диска 23, возбудитель, основной генератор и регулятор напряжения.

Возбудитель состоит из жестко закрепленного в корпусе 1 бокового аксиального магнитопровода 2 индуктора возбудителя, в пазы которого со стороны внутреннего аксиального магнитопровода 3 уложены основная однофазная обмотка 14 возбуждения возбудителя, подключенная к выходу выходного многофазного двухполупериодного выпрямителя 25, и дополнительная однофазная обмотка 15 возбуждения возбудителя, подключенная к выходу фотоэлектрического преобразователя 16, и многофазной обмотки 4 якоря возбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 3 с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода 2 индуктора возбудителя.

Основной генератор состоит из жестко закрепленного в корпусе 1 бокового аксиального магнитопровода 18 якоря основного генератора с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена многофазная обмотка 17 якоря основного генератора, подключенная к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю 25, и однофазной обмотки 5 возбуждения основного генератора, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 3 с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода 18 с многофазной обмоткой 17 якоря основного генератора, и подключенной через первый многофазный двухполупериодный выпрямитель 13 к многофазной обмотке 4 якоря возбудителя.

Неподвижная ось 21 закреплена в подшипниковых узлах 11 и 20, установленных в полом валу 22, и жестко связана с корпусом 1 одним концом, расположенным со стороны корпуса 1, на которой закреплен боковой аксиальный магнитопровод 18 с многофазной обмоткой 17 якоря основного генератора.

Регулятор напряжения содержит электронный блок 26 регулятора напряжения, вход которого подключен к выходу выходного многофазного двухполупериодного выпрямителя 25, и электромеханический узел, состоящий из радиального магнитопровода 10 индуктора регулятора напряжения, жестко закрепленного на неподвижной оси 21, в пазы которого уложена однофазная обмотка 9 возбуждения регулятора напряжения, подключенная к выходу электронного блока 26, радиального магнитопровода 7 якоря регулятора напряжения, в пазы которого уложена многофазная обмотка 8 якоря регулятора напряжения, и управляющей однофазной обмотки 6 регулятора напряжения, подключенной через второй многофазный двухполупериодный выпрямитель 24 к многофазной обмотке 8 якоря регулятора напряжения и уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 3 с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода 18 с многофазной обмоткой 17 якоря основного генератора. Радиальный магнитопровод 7 якоря регулятора напряжения установлен на внутренней поверхности полого вала 22 таким образом, что создаваемый однофазной обмоткой 9 возбуждения регулятора напряжения магнитный поток направлен вдоль радиуса радиального магнитопровода 7 якоря регулятора напряжения с многофазной обмоткой 8 якоря регулятора напряжения.

В нижней части корпуса установлен тепловой преобразователь 27, а в пазы радиального магнитопровода 10 индуктора регулятора напряжения уложена дополнительная однофазная обмотка 28 возбуждения регулятора напряжения, подключенная к выходу теплового преобразователя 27.

Стабилизированная трехвходовая аксиально-радиальная электрическая машина-генератор работает следующим образом.

Механическая энергия вращения поступает в машину-генератор от внешнего источника (например, ветроколеса) через полый вал 22, закрепленный в корпусе 1 машины-генератора в подшипниковых узлах 12 и 19.

Одновременно напряжение постоянного тока, полученное путем преобразования световой энергии Солнца с выхода фотоэлектрического преобразователя (ФЭП) 16 подается на дополнительную однофазную обмотку 15 возбуждения возбудителя, подключенную к ФЭП 16 и уложенную в пазы бокового аксиального магнитопровода 2 индуктора возбудителя с одной активной торцовой поверхностью. Под действием этого напряжения в дополнительной однофазной обмотке 15 возбуждения возбудителя протекает электрический ток, который создает магнитный поток.

По принципу суперпозиции магнитных полей магнитный поток, созданный током, протекающим в дополнительной однофазной обмотке 15 возбуждения возбудителя, суммируется с остаточным магнитным потоком бокового аксиального магнитопровода 2 индуктора возбудителя.

При вращении полого вала 22, закрепленного в корпусе 1 в подшипниковых узлах 12 и 19, с установленным на его внутренней поверхности радиальным магнитопроводом 7 якоря регулятора напряжения, в пазы которого уложена многофазная обмотка 8 якоря регулятора напряжения, и жестко связанным с полым валом 22 посредством диска 23 внутренним аксиальным магнитопроводом 3 с двумя активными торцовыми поверхностями, в пазы которого уложены многофазная обмотка 4 якоря возбудителя, управляющая однофазная обмотка 6 регулятора напряжения, однофазная обмотка 5 возбуждения основного генератора, этот суммарный магнитный поток пересекает витки многофазной обмотки 4 якоря возбудителя и наводит в ней многофазную ЭДС. Эта ЭДС выпрямляется первым многофазным двухполупериодным выпрямителем 13 и подается на однофазную обмотку 5 возбуждения основного генератора, уложенную в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 3 с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода 18 с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря 17 основного генератора. При этом в однофазной обмотке 5 возбуждения основного генератора протекает электрический ток, который создает магнитный поток.

Одновременно напряжение постоянного тока, полученное путем преобразования тепловой энергии с выхода теплового преобразователя (ТП) 27 подается на дополнительную однофазную обмотку 28 возбуждения регулятора напряжения, подключенную к выходу ТП 27 и уложенную в пазы радиального магнитопровода 10 индуктора регулятора напряжения. Под действием этого напряжения в дополнительной однофазной обмотке 28 возбуждения регулятора напряжения протекает электрический ток, который создает магнитный поток, направленный вдоль радиуса радиального магнитопровода 7 якоря регулятора напряжения. Этот магнитный поток взаимодействует с многофазной обмоткой 8 якоря регулятора напряжения и наводит в ней многофазную ЭДС, которая выпрямляется вторым многофазным двухполупериодным выпрямителем 24 и подается на управляющую обмотку 6 регулятора напряжения. При этом в ней протекает электрический ток, под действием которого создается магнитный поток, направленный согласно с магнитным потоком, создаваемым однофазной обмоткой 5 возбуждения основного генератора. По принципу суперпозиции магнитных полей магнитные потоки, создаваемые электрическими токами однофазной обмоткой 5 возбуждения основного генератора и управляющей однофазной обмоткой 6 регулятора напряжения, суммируются.

Этот суммарный магнитный поток пересекает витки многофазной обмотки 17 якоря основного генератора. В результате этого в многофазной обмотке 17 якоря основного генератора наводится многофазная ЭДС, которая выпрямляется выходным многофазным двухполупериодным выпрямителем 25 и подается в сеть и на основную однофазную обмотку 14 возбуждения возбудителя.

В начальный момент времени ЭДС якоря основного генератора, а соответственно и напряжение на выходе основного генератора, являющееся выходным напряжением предлагаемой машины-генератора, создает ток в основной однофазной обмотке 14 возбуждения возбудителя, усиливающий остаточный магнитный поток индуктора возбудителя. Усиление этого магнитного потока приводит к увеличению суммарного магнитного потока индуктора возбудителя и, соответственно, к дальнейшему увеличению ЭДС, наводимой в многофазной обмотке 4 якоря возбудителя, а, соответственно, к увеличению тока в однофазной обмотке 5 возбуждения основного генератора, что приводит к увеличению ЭДС в многофазной обмотке 17 якоря основного генератора, т.е. напряжения на выходе машины-генератора. Таким образом, машина-генератор самовозбуждается и начинает устойчиво работать.

Рост ЭДС при увеличении токов возбуждения в основной 14 и дополнительных однофазных обмотках возбуждения 15 возбудителя и 28 регулятора напряжения, соответственно, замедляется при насыщении магнитных цепей возбудителя, регулятора напряжения и основного генератора.

В результате описанных процессов происходит суммирование механической энергии вращения (например, кинетической энергии ветра, преобразованной ветроколесом в механическую энергию вращения), световой энергии Солнца, преобразованной фотоэлектрическим преобразователем 16 в электрическую энергию постоянного тока, и тепловой энергии, преобразованной тепловым преобразователем 27 в электрическую энергию постоянного тока, и преобразование суммарной энергии в электрическую энергию постоянного тока.

Стабилизация выходного напряжения U машины-генератора осуществляется следующим образом. При отклонении выходного напряжения U машины-генератора от заданного значения (например, при изменении частоты вращения полого вала 22 или изменении нагрузки) электронный блок 26 регулятора напряжения, вход которого подключен на выходное напряжение U машины-генератора, то есть к выходу выходного многофазного двухполупериодного выпрямителя 25, обеспечивает протекание в однофазной обмотке 9 возбуждения регулятора напряжения, уложенной в пазы радиального магнитопровода 10 индуктора регулятора напряжения, жестко закрепленного на неподвижной оси 21, жестко закрепленной в подшипниковых узлах 11 и 20, электрического тока, соответствующего по величине и направлению отклонению выходного напряжения U машины-генератора от заданного значения. Под действием протекающего в однофазной обмотке 9 возбуждения регулятора напряжения электрического тока создается дополнительный магнитный поток, направленный вдоль радиуса радиального магнитопровода 7 якоря регулятора напряжения.

Этот дополнительный магнитный поток, направлен согласно (при уменьшении выходного напряжения по сравнению с заданным) или встречно (при увеличении выходного напряжения по сравнению с заданным) магнитному потоку, создаваемому током дополнительной однофазной обмотки 28 возбуждения регулятора напряжения, соответственно увеличивая или уменьшая суммарный магнитный поток, пересекающий витки многофазной обмотки 8 якоря регулятора напряжения и наводящий в ней многофазную ЭДС, и соответственно увеличивая или уменьшая величину электрического тока, протекающего в управляющей однофазной обмотке 6 регулятора напряжения.

По принципу суперпозиции магнитных полей магнитные потоки, создаваемые однофазной обмоткой 5 возбуждения основного генератора и управляющей однофазной обмоткой 6 регулятора напряжения, суммируются. Следовательно, наводимая этим суммарным магнитным потоком в многофазной обмотке 17 якоря основного генератора ЭДС, увеличивается или уменьшается (в зависимости от отклонения выходного напряжения от заданного), а соответственно уменьшается (или увеличивается) и выходное напряжение U, стремясь к заданному значению.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромеханическим преобразователям энергии, и может быть использовано, например, в качестве преобразователя кинетической энергии ветра, преобразованной ветроколесом в механическую энергию вращения, подаваемой на механический вход машины, световой энергии Солнца, преобразованной фотоэлектрическим преобразователем в электроэнергию постоянного тока, одновременно подаваемой на ее световой вход, и тепловую энергию любого источника, одновременно подаваемой на ее тепловой вход, в суммарную электрическую энергию переменного тока. Технический результат - обеспечение возможности прямого преобразования тепловой энергии в электрическую с одновременным суммированием механической энергии, световой энергии и тепловой энергии с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию постоянного тока при одновременном сохранении высокой стабильности выходного напряжения по величине. Стабилизированная трехвходовая аксиально-радиальная электрическая машина-генератор содержит корпус, фотоэлектрический преобразователь, установленный в верхней части корпуса, полый вал, закрепленный в корпусе в подшипниковых узлах, неподвижную ось, расположенную соосно с полым валом, имеющим возможность вращения вокруг неподвижной оси, внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцевыми поверхностями, жестко связанный с полым валом посредством диска, возбудитель, основной генератор, регулятор напряжения и тепловой преобразователь. Неподвижная ось закреплена в подшипниковых узлах, установленных в полом валу, и жестко связана с корпусом одним концом, расположенным со стороны корпуса. Регулятор напряжения содержит электронный блок, вход которого подключен к выходу выходного многофазного двухполупериодного выпрямителя, и электромеханический узел, состоящий из радиального магнитопровода индуктора регулятора напряжения, радиального магнитопровода якоря регулятора напряжения, и управляющей однофазной обмотки регулятора напряжения. Радиальный магнитопровод якоря регулятора напряжения установлен на внутренней поверхности полого вала таким образом, что создаваемый однофазной обмоткой возбуждения регулятора напряжения магнитный поток направлен вдоль радиуса радиального магнитопровода якоря регулятора напряжения с многофазной обмоткой якоря регулятора напряжения. В нижней части корпуса установлен тепловой преобразователь. Также в пазы радиального магнитопровода индуктора регулятора напряжения дополнительно уложена дополнительная однофазная обмотка возбуждения регулятора напряжения, подключенная к выходу теплового преобразователя. 2 ил.

Стабилизированная трехвходовая аксиально-радиальная электрическая машина-генератор, содержащая корпус, фотоэлектрический преобразователь, установленный в верхней части корпуса, полый вал, закрепленный в корпусе в подшипниковых узлах, неподвижную ось, расположенную соосно с полым валом, имеющим возможность вращения вокруг неподвижной оси, внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями, жестко связанный с полым валом посредством диска, возбудитель, основной генератор и регулятор напряжения, при этом возбудитель состоит из жестко закрепленного в корпусе бокового аксиального магнитопровода индуктора возбудителя, в пазы которого со стороны внутреннего аксиального магнитопровода уложены основная однофазная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к выходу выходного многофазного двухполупериодного выпрямителя, и дополнительная однофазная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к выходу фотоэлектрического преобразователя, и многофазной обмотки якоря возбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода индуктора возбудителя, основной генератор состоит из жестко закрепленного в корпусе бокового аксиального магнитопровода якоря основного генератора с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря основного генератора, подключенная к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю, и однофазной обмотки возбуждения основного генератора, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, и подключенной через первый многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотке якоря возбудителя, при этом неподвижная ось закреплена в подшипниковых узлах, установленных в полом валу, и жестко связана с корпусом одним концом, расположенным со стороны корпуса, на которой закреплен боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора, а регулятор напряжения содержит электронный блок, вход которого подключен к выходу выходного многофазного двухполупериодного выпрямителя, и электромеханический узел, состоящий из радиального магнитопровода индуктора регулятора напряжения, жестко закрепленного на неподвижной оси, в пазы которого уложена однофазная обмотка возбуждения регулятора напряжения, подключенная к выходу электронного блока, радиального магнитопровода якоря регулятора напряжения, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря регулятора напряжения, и управляющей однофазной обмотки регулятора напряжения, подключенной через второй многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотке якоря регулятора напряжения и уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, при этом радиальный магнитопровод якоря регулятора напряжения установлен на внутренней поверхности полого вала таким образом, что создаваемый однофазной обмоткой возбуждения регулятора напряжения магнитный поток направлен вдоль радиуса радиального магнитопровода якоря регулятора напряжения с многофазной обмоткой якоря регулятора напряжения, отличающаяся тем, что в нижней части корпуса установлен тепловой преобразователь, а в пазы радиального магнитопровода индуктора регулятора напряжения дополнительно уложена дополнительная однофазная обмотка возбуждения регулятора напряжения, подключенная к выходу теплового преобразователя.