КОНТРРОТОРНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 2022 года по МПК H02K23/00 H01R39/30 

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано для создания электрических генераторов высоких удельных характеристик для работы в составе гидро- и ветрогенераторных энергетических установок.

Мощность генератора, преобразующего кинетическую энергию потока (жидкости или газа) в иные формы энергии определяется и подтверждается опытно-эмпирической формулой (Описание патента на изобретение РФ №2420670):

где V - скорость потока.

D - диаметр ротора преобразователя потока жидкости или газа.

Частота вращения ротора генератора пропорциональна скорости потока. Таким образом, наиболее целесообразный способ повышения мощности генератора - это увеличение частоты вращения ротора генератора относительно неподвижного статора.

Преобразование энергии потока в электрическую энергию осуществляется электрическими генераторами постоянного и переменного тока.

Известна обратимая машина постоянного тока включающая статор, ротор, обмотки возбуждения, коллектор, контактные щетки (Неисчерпаемая энергия. Кн.1. Ветрогенераторы / B.C. Кривцов, A.M. Олейников, А.И. Яковлев. - Учебник. - Харьков: Нац. аэрокосм, ун-т "Харьк. авиац. ин-т", Севастополь: Севаст. нац. техн. ун-т, 2003. - 400 с.). Первым недостатком известной обратимой электрической машины является надежность щеточно-коллекторного узла, реализующего режим сухого трения. Вторым важным недостатком является невозможность одновременного вращения статора и ротора в противоположных направлениях относительно опорной поверхности.

Частота вращения ротора электрического генератора преобразования энергии потока связана со скоростью движения этого потока и плотностью среды. Увеличение скорости движения потока связано с действием факторов внешней среды и влиять на нее фактически невозможно. Поэтому целесообразно использовать конструкцию электрического генератора, в котором статор и ротор вращаются относительно друг друга и совместно в разных направлениях вращаются относительно некоторого неподвижного корпуса.

Известен способ получения электроэнергии контрроторным генератором с электромеханическим приводом и устройство для его осуществления (Патент на изобретение РФ №2368057). Недостатком известного способа и устройства является способ подачи и снятия напряжения с обмоток генератора, реализуемый при помощи контактных колец и токосъемных щеток.

Предлагаемый контрроторный генератор свободен от недостатков описанных конструкций и позволяет осуществлять подачу тока и съем генерируемого электрического тока с высокой надежностью через герметичные жидкометаллические контакты.

Недостатком известного электрического генератора заключается в невозможности противовращения статора по отношению к ротору и невозможности снятия генерируемой электрической энергии со статора, находящегося во вращательном движении.

Изобретение направлено на обеспечение возможности генерации электрической энергии в контрроторном электрическом генераторе и ее надежного съема с вращающегося статора.

Сущность изобретения заключается в том, что контактные устройства подачи тока возбуждения на обмотки ротора выполнены в виде герметичных диэлектрических корпусов, подвижных по отношению к валу ротора и неподвижных по отношению к корпусу контрроторного электрического генератора, содержащих жидкий металл и обеспечивающих подачу электрического тока возбуждения от контактных проводников на контактные кольца вала ротора и обмотки ротора, а контактные устройства съема генерируемого тока с обмоток контрротора выполнены в виде герметичных диэлектрических корпусов в количестве фаз генерируемого тока, подвижных по отношению к валу контрротора и неподвижных по отношению к корпусу контрроторного электрического генератора, содержащих жидкий металл и обеспечивающих подачу генерируемого электрического тока от обмоток контрротора на контактные кольца контрротора и контактные проводники, соединенные с внешними потребителями.

Новизна изобретения состоит в том, что контрроторный электрический генератор имеет ротор и контрротор с возможностью встречного вращения и вращения внутри неподвижно установленного корпуса с возможностью подачи тока возбуждения на обмотки ротора через герметичные контакты, подвижные по отношению к валу ротора и неподвижные по отношению к корпусу контрроторного электрического генератора, содержащие жидкий металл, и возможностью снятия генерируемого тока через герметичные контакты, подвижные по отношению к валу контрротора и неподвижные по отношению к корпусу контрроторного электрического генератора, содержащие жидкий металл.

На чертеже 1 изображена схема предлагаемого контрроторного электрического генератора.

Контрроторный электрический генератор содержит ротор 1 жестко связанный с валом ротора 2, установленным в подшипниках контрротора 3 и в подшипниках корпуса 4. Вал ротора 2 содержит контактные кольца 5, находящиеся в контакте с жидким металлом 6 (например, галлием), помещенным в диэлектрические корпуса 7, жестко связанные с корпусом контрроторного электрического генератора 8 и имеющие подвижные герметичные посадки с валом ротора 2. Во внутренние полости диэлектрических корпусов 7 герметично введены контактные проводники 9 для подачи тока возбуждения на обмотки ротора. Подшипники контрротора 3 установлены в контрроторе 10, жестко скрепленного с валом контрротора 11, установленном в подшипниках корпуса 12. Вал контрротора 11 содержит контактные кольца 13, находящиеся в контакте с жидким металлом 14 (например, галлием), помещенным в диэлектрические корпуса 15 (по количеству фаз генерируемого тока), жестко связанные с корпусом контрроторного электрического генератора 8 и имеющие подвижные герметичные посадки с валом контрротора 11. Во внутренние полости диэлектрических корпусов 15 герметично введены контактные проводники 16 для подачи генерируемого контрроторным электрическим генератором электрического тока во внешние электрические цепи.

Работает предлагаемый контрроторный электрический генератор следующим образом после сообщения крутящих моментов М₁ и М₂ вал ротора 2 и вал контрротора 11 начинают вращаться в противоположных направлениях, при этом корпус контрроторного электрического генератора остается неподвижным, и осуществляется подача электрического тока через контактные проводники 9, жидкий металл 6 на контактные кольца 5 вала ротора 2 и далее на обмотки ротора (на чертеже 1 не показаны). Вокруг ротора создается электромагнитное поле, которое наводит электрический ток в обмотках (на чертеже 1 не показаны) контрротора 10, который через контактные кольца 13, жидкий металл 14 и контактные проводники 16 подается во внешние электрические цепи.

Предлагаемый контрроторный электрический генератор позволяет отказаться от прямого механического соприкосновения проводников подачи и съема электрического тока (щеток) с контактными кольцами и тем самым обеспечить возможность надежной подачи тока возбуждения на обмотки ротора и обеспечить возможность надежного съема генерируемого электрического тока с вращающегося контрротора (статора).

Изобретение относится к электромашиностроению. Генератор содержит неподвижный корпус с подвижно установленными в нем ротором и контрротором. Контактные устройства выполнены в виде герметичных диэлектрических корпусов, неподвижных по отношению к корпусу генератора и содержащих жидкий металл. Контактные устройства подачи тока возбуждения обеспечивают подачу электрического тока возбуждения от контактных проводников на контактные кольца вала ротора и обмотки ротора. Контактные устройства съема генерируемого тока обеспечивают подачу генерируемого электрического тока от обмоток контрротора на контактные кольца контрротора и контактные проводники, соединенные с внешними потребителями. Достигается повышение надежности съема электроэнергии с вращающегося статора. 1 ил.

Контрроторный электрический генератор, содержащий неподвижный корпус с подвижно установленными в нем и по отношению к контрротору ротором, снабженным контактными устройствами подачи тока возбуждения на обмотки ротора, и с подвижно установленным в нем и по отношению к ротору контрротором, снабженным контактными устройствами съема генерируемого его обмотками тока, отличающийся тем, что контактные устройства подачи тока возбуждения на обмотки ротора выполнены в виде герметичных диэлектрических корпусов, подвижных по отношению к валу ротора и неподвижных по отношению к корпусу контрроторного электрического генератора, содержащих жидкий металл и обеспечивающих подачу электрического тока возбуждения от контактных проводников на контактные кольца вала ротора и обмотки ротора, а контактные устройства съема генерируемого тока с обмоток контрротора выполнены в виде герметичных диэлектрических корпусов в количестве фаз генерируемого тока, подвижных по отношению к валу контрротора и неподвижных по отношению к корпусу контрроторного электрического генератора, содержащих жидкий металл и обеспечивающих подачу генерируемого электрического тока от обмоток контрротора на контактные кольца контрротора и контактные проводники, соединенные с внешними потребителями.