Синхронный генератор с комбинированным возбуждением Российский патент 2024 года по МПК H02K21/14 H02K19/16 H02K1/24 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам и может быть использовано в различных областях для преобразования механической энергии в электрическую, например, в генераторах транспортных средств.

Известна конструкция индукторного генератора с комбинированным возбуждением [1], которая содержит ротор с постоянными магнитами, статор с якорной обмоткой и неподвижную обмотку возбуждения. Магнитная система индукторного генератора конструктивно состоит из двух частей, последовательно расположенных в его корпусе на едином валу и объединенных общим статором с единой якорной обмоткой, причем первая часть магнитной системы выполнена с возбуждением от постоянных магнитов с нерегулируемым магнитным потоком, а вторая часть магнитной системы выполнена с электромагнитным возбуждением с возможностью регулирования магнитного потока. Общий статор разделен на три пакета статора, один из которых расположен в первой части магнитной системы индукторного генератора для замыкания магнитного потока, создаваемого постоянными магнитами, а два других пакета статора расположены во второй части магнитной системы индукторного генератора для замыкания магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения.

В данной конструкции можно выделить следующие недостатки: разделение общего статора на три части, что увеличивает трудоемкость изготовления изделия за счет увеличения количества сборочных единиц и сложности процесса укладки обмотки статора; наличие не использующейся меди обмотки между пакетами, что увеличивает осевую длину генератора, снижает коэффициент полезного действия за счет выделения потерь в части статорной обмотки, не использующейся для электромагнитного преобразования энергии и увеличивает массу изделия; использование половины объема, занимаемого индуктором для создания полезного магнитного потока, так как длина каждой из двух частей индуктора с электромагнитным возбуждением работает лишь на половине длины всего индуктора.

Так же, известна конструкция генератора переменного тока с комбинированным возбуждением [2], представляющая собой: статор, состоящий из двух шихтованных пакетов с многофазной обмоткой, впрессованных в массивный магнитопровод, неподвижную обмотку возбуждения, расположенную между шихтованными пакетами статора и ротор с укороченными полюсами.

К недостаткам приведенной конструкции можно также отнести: разделение общего статора на две части, что увеличивает трудоемкость изготовления изделия за счет увеличения количества сборочных единиц и сложности процесса укладки обмотки статора; наличие не использующейся меди обмотки между пакетами, что увеличивает осевую длину генератора, снижает коэффициент полезного действия за счет выделения потерь в части статорной обмотки, не использующейся для электромагнитного преобразования энергии и увеличивает массу изделия; а также низкий коэффициент использования внутреннего объема машины из-за дисковой конструкции генератора.

Наиболее близким по техническому решению является конструкция генератора с изменяющейся частотой вращения вала и комбинированным возбуждением [3], содержащий основной индуктор, включающий постоянный магнит, втулку из немагнитного материала, вал, кольцо-бандаж, составленное из частей магнитопроводящего и магнитнонепроводящего материала, дополнительный индуктор выполненный в виде магнитопровода, полюсный наконечник, обмотки возбуждения, контактные кольца, втулки из изоляционного материала, контактные щетки с соответствующими выводами, основную и дополнительную части магнитопровода статора, которые разделены между собой зазором.

Недостатками этой конструкции является: разделение общего статора на две части, что увеличивает трудоемкость изготовления изделия за счет увеличения количества сборочных единиц и сложности процесса укладки обмотки статора; наличие не использующейся меди обмотки между пакетами, что увеличивает осевую длину генератора, снижает коэффициент полезного действия за счет выделения потерь в части статорной обмотки, не использующейся для электромагнитного преобразования энергии и увеличивает массу изделия.

Техническим решением заявленного изобретения является обеспечение высоких энергетических показателей и уменьшение массогабаритных характеристик.

Технический результат достигается тем, что синхронный генератор с комбинированным возбуждением, состоящий из статора, набранного из листов электротехнической стали, на котором расположена обмотка, выполненная медным эмалированным проводом, и явнополюсного ротора, набранного из листов электротехнической стали, при этом имеющего попарное чередование полюсов с электромагнитным возбуждением и постоянными магнитами, причем направление намагничивания рядом расположенных магнитов противоположное, а полюсов с электромагнитным возбуждением знакопеременное.

Заявляемый синхронный генератор с комбинированным возбуждением обладает новизной в сравнении с мировыми общедоступными существующими техническими решениями, отличаясь от них осевой длиной активной части генератора и, как следствие, уменьшенными выделяемыми электрическими потерями, ввиду отсутствия неиспользуемых участков обмотки.

Изобретение может быть использовано в различных областях для преобразования механической энергии в электрическую, например, в генераторах транспортных средств, и соответствует критерию «промышленная применимость».

В синхронном генераторе с комбинированным возбуждением применяется ротор с магнитопроводом, объединяющий магнитные потоки постоянных магнитов и обмотки возбуждения. Ввиду широкого распространения и подробного теоретического описания симметричных магнитных систем, применение предлагаемого технического решения по объединению, в магнитопроводе одного индуктора, изменяющегося и неизменного, в процессе работы электромеханического преобразователя, магнитных полей является неочевидным и соответствует критерию «изобретательский уровень».

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами:

фиг. 1 - продольный разрез генератора;

фиг. 2 - индуктор.

На фиг. 1 изображен продольный разрез генератора. В корпусе поз.1 расположен пакет статора поз. 2 с обмоткой поз. 3. Пакет статора поз. 2 набран из листов электротехнической стали. В обмотке поз. 3 наводится ЭДС вращения магнитного потока, создаваемого индуктором поз. 4. Индуктор поз. 4, закреплен на валу поз. 9, который вращается в подшипниках поз. 5 и поз. 6, установленных в подшипниковых щитах поз. 7 и поз. 8, обеспечивающих равномерный и постоянный воздушный зазор между индуктором поз. 4 и пакетом статора поз. 2.

В качестве индуктора (фиг. 2) используется пакет ротора поз. 11, набранный из листов электротехнической стали, на полюсах которого размещены постоянные магниты поз. 10, намагниченные в радиальном направлении, и обмотка возбуждения, выполненная медным эмалированным проводом поз. 13. Для обеспечения возможности регулирования напряжения обмотки статора полюса индуктора попарно чередуются по способу создания магнитного потока. Так, два полюса выполнены с постоянными магнитами поз. 10, расположенными в предусмотренных отверстиях пакета ротора поз. 11, а два следующих по направлению вращения полюса выполнены с обмоткой возбуждения поз. 13, намотанной на полюс и запитываемой от внешнего источника посредством контактных колец поз. 12 (фиг. 1).

Синхронный генератор с комбинированным возбуждением работает следующим образом: часть индуктора создает магнитный поток нерегулируемой величины, другая часть индуктора создает магнитный поток регулируемой величины. При этом электродвижущая сила, наводимая в обмотке якоря магнитным потоком обмотки возбуждения, может как складываться с электродвижущей силой, наводимой магнитным потоком от постоянных магнитов, так и вычитаться из него, что увеличивает глубину регулирования напряжения обмотки якоря. Также существует возможность подбора количества пар полюсов с обмоткой возбуждения под требуемую глубину регулирования напряжения обмотки якоря, тем самым повышая коэффициент полезного действия генератора и уменьшая его массогабаритные показатели.

Заявляемое устройство экспериментально подтвердило возможность получения данного результата.

Источники информации:

1 Патент на полезную модель RU №165187 U1, МПК: H02K 19/16, дата подачи заявки 23.12.2015, дата публикации 10.10.2016.

2 Патент на изобретение RU №2439770 С1, МПК: H02K 19/16, H02K 21/14, H02K 1/27, дата подачи заявки 07.10.2010, дата публикации 10.01.2012.

3 Патент на изобретение RU №2680147 С1, МПК: Н02Р 9/14, Н02Р 9/30, H02K 19/36, H02K 21/04, дата подачи заявки 14.06.2018, дата публикации 18.02.2019.

Изобретение относится к области электротехники, а именно, к электрическому синхронному генератору комбинированного возбуждения. Технический результат – обеспечение высоких энергетических показателей, уменьшение массогабаритных характеристик. Синхронный генератор с комбинированным возбуждением состоит из статора, набранного из листов электротехнической стали, на котором расположена обмотка, выполненная медным эмалированным проводом, и явнополюсного ротора, набранного из листов электротехнической стали. Особенностью изобретения является попарное чередование на роторе полюсов с электромагнитным возбуждением и полюсов с постоянными магнитами. При этом направление намагничивания рядом расположенных магнитов противоположное, а полюсов с электромагнитным возбуждением – знакопеременное. 2 ил.

Синхронный генератор с комбинированным возбуждением, состоящий из статора, набранного из листов электротехнической стали, на котором расположена обмотка, выполненная медным эмалированным проводом, и явнополюсного ротора, набранного из листов электротехнической стали, отличающийся тем, что ротор имеет попарное чередование полюсов с электромагнитным возбуждением и с постоянными магнитами, при этом направление намагничивания рядом расположенных магнитов противоположное, а полюсов с электромагнитным возбуждением – знакопеременное.