Стабилизированная гибридная аксиальная электрическая машина-генератор Российский патент 2025 года по МПК H02K51/00 H02K49/08 H02K47/04 

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в качестве электромеханического преобразователя механической энергии, подаваемой на один (механический) вход машины, и электрической энергии постоянного тока, подаваемой на другой ее вход (электрический), в суммарную электрическую энергию переменного тока с возможностью работы как отдельно от каждого источника, так и совместно.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату и принятым авторами за прототип является стабилизированная гибридная аксиальная электрическая машина-генератор (полезная модель № 215201, 02.12.2022 г. бюл. № 34).

Стабилизированная аксиальная электрическая машина-генератор содержит щеточно-коллекторный аппарат машины постоянного тока, магнитопровод с расположенной в нем генераторной обмоткой переменного тока, аксиальные якорь с обмоткой и ротор, корпус статора выполненный в форме полого цилиндра, к торцовым поверхностям которого неподвижно прикреплены подшипниковые щиты, корпус статора и подшипниковые щиты изготовлены из материала с большим магнитным сопротивлением, причем на внутренней торцовой поверхности подшипникового щита со стороны ветротурбины установлен магнитопровод с генераторной обмоткой переменного тока, активная поверхность которого расположена аксиально к прилегающей активной торцовой поверхности ротора, а на внутренней торцовой поверхности подшипникового щита с противоположной стороны установлен якорь с обмоткой, активная поверхность которого расположена аксиально к прилегающей активной торцовой поверхности ротора, вместе с тем ротор расположен между магнитопроводом с генераторной обмоткой переменного тока и якорем с возможностью вращения относительно них и имеет аксиально расположенные главные полюса, изготовленные из постоянных магнитов, зафиксированные неподвижно относительно вала при помощи материала с высоким магнитным сопротивлением, одновременно с этим на валу расположена обгонная муфта, передающая вращающий момент от ветротурбины к валу ротора, причем полярность подключения источника постоянного тока согласована таким образом, чтобы вращающие моменты создаваемые ветротурбиной и главными полюсами от обмотки якоря, совпадали по направлению, а ось щеткодержателей расположена перпендикулярно относительно оси главных полюсов, при этом якорная обмотка соединена с фотоэлектрическим преобразователем и аккумуляторной батареей через щеточно-коллекторный аппарат, контактные кольца, расположенные на валу, щетки и систему управления, при этом главные полюса закреплены на ярме, которое выполнено в форме тонкостенного диска, изготовленного из материала с малым магнитным сопротивлением, при чем ярмо закреплено на основании, которое выполнено в форме тонкостенного диска, изготовленного из материала с большим магнитным сопротивлением, одновременно с этим основание закреплено на ярме, которое выполнено в форме тонкостенного дика, изготовленного из материала с малым магнитным сопротивлением на котором позиционируются с чередованием полюса, изготовленные из постоянных магнитов, при этом между полюсами и магнитопроводом статора имеется необходимый воздушный зазор.

Принцип работы основан на суммировании и преобразовании механической энергии (например, энергии ветра) и электрической энергии постоянного тока (например, энергии Солнца) в электрическую энергию трехфазного (или более) переменного тока со стабильными параметрами электрической энергии на выходе за счет согласованной работы генератора, солнечных панелей, аккумулирующих устройств.

В прототипе вал якоря с обмоткой, щеточно-коллекторный аппарат (коллектор, щеткодержатели с щетками) и главные полюса, размещенные на роторе, изготовленные из постоянных магнитов, в совокупности являются основой машины постоянного тока. Главные полюса изготовлены из постоянных магнитов и одновременно создают основной магнитный поток, который замыкается аксиально через воздушные зазоры, якорь и магнитопровод статора с m-фазной генераторной обмоткой переменного тока.

Из-за конструктивных ограничений машины постоянного тока изготавливают с ограниченным количеством пар полюсов, например машины постоянного тока цилиндрической конструкции малой мощности изготавливают с количеством пар полюсов равной одному (2р=2), машины постоянного тока до 200 кВт изготавливают с количеством пар полюсов равной двум (2р=4) (М.П. Костенко, Л.М. Пиотровский Электрические машины в 2-х ч. Ч1- Машины постоянного тока. Трансформаторы. Учебник для студентов высш. техн. учебн. завед. Изд. 3-е, перераб., Л. «Энергия», 1972, С. 292-301). Машины постоянного тока аксиальной (торцовой) конструкции изготавливаются с количеством до трех пар полюсов (2р=6) (Игнатов В.А., Вильданов К.Я. Торцевые электродвигатели интегрального изготовления.- М.: Энергоатомиздат, 1988 С. 191).

Ограничение количества пар полюсов ведет к ограничению количества главных полюсов, создающих основной магнитный поток, который замыкается через воздушные зазоры, якорь и магнитопровод статора с m-фазной генераторной обмоткой переменного тока.

Отсутствие возможности увеличения количества главных полюсов, ограничивает возможность увеличения частоты ЭДС, ее величины и ведет к выработке малого количества электрической энергии, низкой эффективности использования энергии ветра, так как не позволяет получать дополнительную электроэнергию, особенно в районах с высокой интенсивностью ветрового потока и, соответственно, к резкому ограничению области применения генератора данного типа.

При малом количестве пар полюсов и низкой скорости движения ветротурбины в генераторных установках иногда используют повышающий редуктор (мультипликатор), который является промежуточным звеном между ветротурбиной и генератором, которое повышает его частоту вращения. Однако если мультипликатор применить в данном случае, то будет необходимо его дополнительное обслуживание и ремонт, увеличатся стоимостные показатели генератора (в том числе на обслуживание и ремонт), дополнительные промежуточные звенья мультипликатора уменьшат надежность работы генераторной установки в целом. Помимо этого, наличие редуктора увеличит потери при передаче энергии ветрового потока от ветротурбины через редуктор к генератору (из-за наличия трения в самом мультипликаторе) и дополнительно увеличит шум при его эксплуатации.

Задачей изобретения является усовершенствование конструкции генератора.

Технический результат заключается в увеличении количества вырабатываемой электроэнергии, эффективности использования энергии ветра и расширение области применения генератора.

Технический результат достигается тем, что в стабилизированной гибридной аксиальной электрической машине-генераторе, содержащей щеточно-коллекторный аппарат машины постоянного тока, магнитопровод с расположенной в нем генераторной обмоткой переменного тока, аксиальные якорь с обмоткой и ротор, корпус статора, выполненный в форме полого цилиндра, к торцовым поверхностям которого неподвижно прикреплены подшипниковые щиты, корпус статора и подшипниковые щиты изготовлены из материала с большим магнитным сопротивлением, причем на внутренней торцовой поверхности подшипникового щита со стороны ветротурбины установлен магнитопровод с генераторной обмоткой переменного тока, активная поверхность которого расположена аксиально к прилегающей активной торцовой поверхности ротора, а на внутренней торцовой поверхности подшипникового щита с противоположной стороны установлен якорь с обмоткой, активная поверхность которого расположена аксиально к прилегающей активной торцовой поверхности ротора, вместе с тем ротор расположен между магнитопроводом с генераторной обмоткой переменного тока и якорем с возможностью вращения относительно них и имеет аксиально расположенные главные полюса, изготовленные из постоянных магнитов, зафиксированные неподвижно относительно вала при помощи материала с высоким магнитным сопротивлением, одновременно с этим на валу расположена обгонная муфта, передающая вращающий момент от ветротурбины к валу ротора, причем полярность подключения источника постоянного тока согласована таким образом, чтобы вращающие моменты создаваемые ветротурбиной и главными полюсами от обмотки якоря, совпадали по направлению, а ось щеткодержателей расположена перпендикулярно относительно оси главных полюсов, при этом якорная обмотка соединена с фотоэлектрическим преобразователем и аккумуляторной батареей через щеточно-коллекторный аппарат, контактные кольца, расположенные на валу, щетки и систему управления, при этом главные полюса закреплены на ярме, которое выполнено в форме тонкостенного диска, изготовленного из материала с малым магнитным сопротивлением, при чем ярмо закреплено на основании, которое выполнено в форме тонкостенного диска, изготовленного из материала с большим магнитным сопротивлением, одновременно с этим основание закреплено на ярме, которое выполнено в форме тонкостенного дика, изготовленного из материала с малым магнитным сопротивлением на котором позиционируются с чередованием полюса, изготовленные из постоянных магнитов, при этом между полюсами и магнитопроводом статора имеется необходимый воздушный зазор.

Система управления представляет собой драйвер соединенный с шиной постоянного тока, к которой параллельно подключены через преобразователь постоянного напряжения фотоэлектрический преобразователь, а через контроллер заряда аккумуляторная батарея.

Возможность увеличения количества пар полюсов, в данной конструкции, позволит увеличить в m-фазной генераторной обмотке переменного тока частоту ЭДС, которая определяется по формуле:

f = pn / 60, (1)

где p – число пар полюсов;

n – скорость вращения ветротурбины.

Возможность увеличения частоты ЭДС позволит увеличить действующее значение электродвижущей силы (ЭДС), наводимой в одной фазе при данной величине магнитного потока, которая определяется по формуле:

Е_ф=4.44 k_обм fw_рФ, (2)

где k_обм – обмоточный коэффициент;

w_р – число витков m-фазной генераторной обмоткой переменного тока;

Ф – магнитный поток;

f – частота ЭДС.

Возможность получения увеличенного действующего значения электродвижущей силы (ЭДС), при той же интенсивности ветрового потока, дает возможность получения большего количества вырабатываемой электроэнергии, ведет к наиболее эффективному использованию энергии ветра и расширению области применения генератора подобного типа.

Сущность устройства поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен в разрезе главный вид стабилизированной гибридной аксиальной электрической машины-генератора (СГАЭМ-Г).

На фиг. 2 изображен в разрезе вид сверху СГАЭМ-Г.

На фиг. 3 показан поперечный разрез А-А ротора СГАЭМ-Г.

На фиг. 4 показан поперечный разрез В-В щеткодержателей вместе с щетками СГАЭМ-Г.

На фиг. 5 показан поперечный разрез С-С ротора СГАЭМ-Г.

На фиг. 6 представлена структурная схема СГАЭМ-Г, фотоэлектрических преобразователей, аккумуляторных батарей и системы управления.

ГАЭМ-Г содержит аксиальный якорь 1 машины постоянного тока с обмоткой 2, уложенной в пазах 3, коллектор 4, щеткодержатели 5 с щетками 6. Коллектор 4 совместно с щеткодержателями 5 и щетками 6 образуют щеточно-коллекторный аппарат машины (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 4). Коллектор 4 связывает обмотку 2 с щетками 6, к которым подключены провода 7, соединенные с контактными кольцами 8 (контактные кольца 8 изолированы от вала 9). В свою очередь контактные кольца 8 соединены с щетками 10, которые посредством проводов 11 через систему управления с фотоэлектрическим преобразователем 12 и аккумуляторной батареей 13 (фиг. 2 и фиг. 6). Система управления состоит из драйвера 14 (пример устройства и принципа работы драйвера описан в статье «Кривченков В.И., Елфимов М.А., Умрихин Д.О. Синтез системы управления электромашинным ветро-солнечным преобразователем для электроснабжения локальных объектов // Сборник материалов всероссийской национальной научно-практической конференции «Инженерные технологии в сельском и лесном хозяйстве» – Тюмень: ГАУ Северного Зауралья. – 2020. – С. 63-68»), преобразователя постоянного напряжения 15 (пример устройства и принципа работы преобразователя постоянного напряжения описан в статье «Белов А.М., Нтавухоракомейе Н. Проектирование повышающего преобразователя постоянного тока контроллера солнечного заряда MPPT // Известия СПбГЭТУ ЛЭТИ. – 2020. – №6. – С. 78-87»), контроллера заряда 16, подключенных параллельно к шине постоянного тока (ШПТ) 17 (фиг. 6).

При этом драйвер 14 позволяет регулировать напряжение на обмотке якоря 2 в зависимости от нагрузки, подключенной к m-фазной генераторной обмотке 18.

Вал 9 позиционируется в подшипниковых щитах 19, 20 при помощи подшипников 21, 22. К торцовым поверхностям корпуса статора 23, который выполнен в форме полого цилиндра, неподвижно прикреплены подшипниковые щиты 19, 20. При этом корпус статора 23 и подшипниковые щиты 19, 20 изготовлены из материала с большим магнитным сопротивлением. Это сделано для того, чтобы магнитный поток Ф замыкался только внутри магнитной системы машины (это позволяет уменьшить потоки рассеивания и дает возможность получить максимальные энергетические характеристики машины).

Между ветротурбиной и валом 9 расположена обгонная муфта 24. Вращающий момент передается только в одном направлении от ветротурбины к обгонной муфте 24, а затем через вал 9 – к ротору машины. Ротор состоит из аксиально расположенных главных полюсов 25, 26, которые изготовлены из постоянных магнитов (фиг. 2, фиг. 3). Главные полюса 25, 26 позиционируются радиально друг относительно друга и зафиксированы неподвижно относительно вала 9 при помощи материала 27 с высоким магнитным сопротивлением (фиг. 2, фиг 3). На внутренней торцовой поверхности подшипникового щита 19, который расположен со стороны ветротурбины, неподвижно установлен магнитопровод 28 с m-фазной генераторной обмоткой переменного тока 18. Активная поверхность магнитопровода 28 расположена аксиально к прилегающей активной торцовой поверхности ротора. На внутренней торцовой поверхности подшипникового щита 20 неподвижно установлен аксиальный якорь 1 с обмоткой 2, при этом его торцовая поверхность расположена аксиально к соответствующей прилегающей аксиальной активной поверхности ротора.

Между активной поверхностью магнитопровода 28 и аксиально прилегающей активной торцовой поверхности ротора имеется рабочий воздушный зазор 29. Между торцовой поверхностью аксиального якоря 1 и прилегающей аксиальной активной поверхности ротора имеется рабочий воздушный зазор 30. Наличие рабочих воздушных зазоров 29, 30 позволяет свободно вращаться совместно валу 9 ротора с закрепленными на нем при помощи материала 27 с высоким магнитным сопротивлением главными полюсами 25, 26, при этом вращение осуществляется при помощи подшипников 21, 22 относительно аксиального якоря 1 с обмоткой 2 и расположенного на статоре магнитопровода 28 с m-фазной генераторной обмоткой переменного тока 18.

Щеткодержатели 5 с щетками 6 щеточно-коллекторного аппарата машины закреплены неподвижно на валу 9 ротора с учетом того, что ось щеткодержателей расположена перпендикулярно относительно оси главных полюсов 25, 26 (ось геометрической и физической нейтрали совпадают) (фиг. 3, фиг. 4).

Главные полюса 25, 26 закреплены на ярме 31, которое выполнено в форме тонкостенного диска, изготовленного из материала с малым магнитным сопротивлением, при чем ярмо 31 закреплено на основании 32, которое выполнено в форме тонкостенного диска, изготовленного из материала с большим магнитным сопротивлением, одновременно с этим основание 32 закреплено на ярме 33, которое выполнено в форме тонкостенного дика, изготовленного из материала с малым магнитным сопротивлением на котором позиционируются с чередованием полюса 34, 35, изготовленные из постоянных магнитов, при этом между полюсами 34, 35 и магнитопроводом статора 28 имеется необходимый воздушный зазор 29. Помимо этого полюса 34, 35 закреплены на валу 9 ротора при помощи материала 36 с высоким магнитным сопротивлением.

Магнитный поток Ф создаваемый индуктором, состоящим из главных полюсов 25, 26, проходит от главного полюса 25 через рабочий воздушный зазор 30, аксиальный якорь 1, рабочий воздушный зазор 30, к главному полюсу 26 и через ярмо 31 замыкается на главном полюсе 25 (фиг. 1, фиг. 2).

Необходимо отметить, что в данном случае приведен простейший случай машины с парой главных полюсов 25, 26 и двумя щеткодержателями 5 с щетками 6.

Стабилизированная гибридная аксиальная электрическая машина-генератор работает следующим образом.

При отсутствии энергии ветра, но наличии электрической энергии постоянного тока обгонная муфта 24 отсоединяет вал 9 ротора от ветротурбины. Это позволяет свободно вращаться совместно валу 9 ротора с закрепленными на нем при помощи материала 27 с высоким магнитным сопротивлением главными полюсами 25, 26, а также закрепленными на нем при помощи материала 36 с высоким магнитным сопротивлением полюсам 34, 35, при этом вращение осуществляется при помощи подшипников 21, 22, закрепленных в корпусе статора 23 при помощи неподвижно прикреплённых подшипниковых щитов 19, 20, относительно аксиального якоря 1 с обмоткой 2 и расположенного на статоре магнитопровода 28 с m-фазной генераторной обмоткой переменного тока 18.

Постоянное напряжение от фотоэлектрического преобразователя 12 и аккумуляторной батареи 13 через преобразователь постоянного напряжения 15, работающего по методу отслеживания максимальной точки мощности (МРРТ), и контроллер заряда 16, соответственно, подается на ШПТ 17. Затем с ШПТ 17 напряжение поступает через драйвер 14, по средством проводов 11, щеток 10, контактных колец 8, проводов 7, щетки 6, коллектор 4 подают на обмотку 2 аксиального якоря 1. Так как электрическая цепь замкнута то, по ней потечет постоянный ток.

Магнитный поток Ф создаваемый индуктором, состоящим из главных полюсов 25, 26, проходит от главного полюса 25 через рабочий воздушный зазор 30, аксиальный якорь 1, рабочий воздушный зазор 30, главный полюс 26, ярмо 31, на котором закреплено основание 32, и замыкается на главном полюсе 25 (фиг. 1, фиг.2).

При этом на проводники обмотки 2, уложенной в пазах 3 аксиального якоря 1, будут действовать электромагнитные силы, величина которых находится из соотношения (Вольдек А.И. Электрические машины. – Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений. Изд. 2-е, перераб. и доп.: «Энергия», 1974. – 840 с., стр. 30):

Fпр=BlIa, (3)

где – величина магнитной индукции;

– ток, протекающий по проводнику обмотки якоря;

– активная длина магнитопровода якоря.

Такое же по величине, но противоположное по направлению усилие будет действовать на главные полюса 25, 26 и полюса 34, 35. Так как аксиальный якорь 1 неподвижно закреплен в подшипниковом щите 20, а полюса 25, 26 вместе с валом 9 могут свободно вращаться на подшипниках 21, 22, то главные полюса 25, 26 вместе с полюсами 34, 35 придут во вращение под воздействием электромагнитного момента, создаваемого электромагнитными силами, на подшипниках 21, 22, относительно аксиального якоря 1 с обмоткой 2, и магнитопровода 28 с m-фазной генераторной обмоткой переменного тока 18.

Так как магнитный поток Ф пересекает магнитопровод 28 с m-фазной генераторной обмоткой переменного тока 18, то по закону электромагнитной индукции в ней будет наводиться ЭДС:

, (4)

где — скорость изменения магнитного потока;

— число витков m-фазной генераторной обмоткой переменного тока 18.

Если подключить электрическую нагрузку к m-фазной генераторной обмотке переменного тока 18, то электрическая цепь будет замкнута и в ней возникнет m-фазный переменный ток.

Щеткодержатели 5 с щетками 6 щеточно-коллекторного аппарата машины закреплены неподвижно на валу 9 ротора с учетом того, что их ось расположена перпендикулярно относительно оси главных полюсов 25, 26.

Выбор необходимой величины рабочего воздушного зазора 30 позволит компенсировать поперечную реакцию якоря 1 и, тем самым, улучшить коммутацию щеточно-коллекторного аппарата (коллектор 4 с щетками 6, закрепленных с помощью щеткодержателей 5) и характеристики машины.

Система управления, состоящая из драйвера 14, преобразователя постоянного напряжения 15, шины постоянного тока 17 и контроллера заряда 16, позволяет контролировать величину поступающей энергии на обмотку 2 якоря 1. Преобразователь постоянного напряжения 15 в данном режиме работы через прямой диод согласует работу фотоэлектрического преобразователя 12 (солнечной панели) с аккумуляторной батареей 13 и стабилизированной гибридной-электрической машиной-генератором через ШПТ 17, а также предотвращает поступление обратного тока к ней (Белов А.М., Нтавухоракомейе Н. Проектирование повышающего преобразователя постоянного тока контроллера солнечного заряда MPPT // Известия СПбГЭТУ ЛЭТИ. – 2020. – №6. – С. 78-87)). Аккумуляторная батарея 13 через контроллер заряда 16, обратный диод транзистора подает ток к драйверу 15 (Обухов С.Г., Ибрагим А. Анализ режимов и выбор параметров преобразователя напряжения и контроллера максимальной мощности автономной фотоэлектрической станции // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2020. – Т. 24. №1. – С. 164-182. DOI: 10.21285/1814-3520-2020-1-164-182). При этом драйвер 15 позволяет регулировать напряжение на обмотке якоря в зависимости от нагрузки, подключенной к m-фазной генераторной обмотке 18.

При наличии энергии ветра, но отсутствии электрической энергии постоянного тока обгонная муфта 24 соединяет вал 9 машины с ветротурбиной, которая вращает совместно вал 9 ротора с закрепленными на нем при помощи материала 27 с высоким магнитным сопротивлением главными полюсами 25, 26, при этом вращение осуществляется при помощи подшипников 21, 22 относительно аксиального якоря 1 с обмоткой 2 и расположенного на статоре магнитопровода 28 с m-фазной генераторной обмоткой переменного тока 18.

Магнитный поток Ф создаваемый индуктором, состоящим из главных полюсов 25, 26, проходит от главного полюса 25 через рабочий воздушный зазор 30, аксиальный якорь 1, рабочий воздушный зазор 30, к главному полюсу 26 и через ярмо 31 замыкается на главном полюсе 25.

Магнитный поток Ф, пересекая обмотку 2 аксиального якоря 1, индуктирует в ней ЭДС и при замкнутой цепи через источник электрической энергии постоянного тока должен появиться ток, совпадающий по направлению с направлением ЭДС, но противоположный направлению тока источника электрической энергии постоянного тока (генераторный режим машин постоянного тока). При этом прямой диод преобразователя постоянного напряжения 15 будет предотвращать поступление обратного тока к фотоэлектрическому преобразователю.

Кроме этого магнитный поток Ф пересекает магнитопровод 28 с m-фазной генераторной обмоткой переменного тока 18 и в ней наводит ЭДС по формуле 4. Если подключить электрическую нагрузку к m-фазной генераторной обмотке переменного тока 18, то электрическая цепь будет замкнута и в ней возникнет m-фазный переменный ток.

В этом режиме система управления, а именно драйвер 14, в зависимости от количества поступающей энергии от ветра, согласовывает работу СГАЭМ-Г с аккумуляторной батареей 13 посредством ШПТ 17. В случае избыточной выработки энергии, при возникновении сильного ветра, через драйвер 14, контроллер заряда 16 будет происходить накопление энергии на аккумуляторной батарее 13 с последующим использованием её для стабилизации режима работы СГЭМ-Г при помощи драйвера 14.

При наличии энергии ветра и электрической энергии постоянного тока, постоянное напряжение от фотоэлектрического преобразователя 12 или аккумуляторной батареи 13 через преобразователь постоянного напряжения 15, работающего по методу отслеживания максимальной точки мощности (МРРТ), и контроллера заряда 16, подается на ШПТ 17. Затем с ШПТ 17 оно поступает на драйвер 15, который будет контролировать поступающее напряжение, необходимое для стабилизированной работы СГАЭМ-Г. В случае избытка ветровой энергии, ток индицируемый в обмотке 2 аксиального якоря 1 через провода 11, ШПТ 17 и контроллер заряда 16 будет заряжать аккумуляторную батарею 13. В ином другом случае (кроме случая полного отсутствия энергий от всех источников или от каждого по отдельности), система управления в целом будет поддерживать необходимые напряжения на обмотке 2 аксиального якоря 1 и аккумуляторной батарее 13.

Магнитный поток Ф создаваемый индуктором, состоящим из главных полюсов 25, 26, проходит от главного полюса 25 через рабочий воздушный зазор 30, аксиальный якорь 1, рабочий воздушный зазор 30, главный полюс 26, ярмо 31, на котором закреплено основание 32, и замыкается на главном полюсе 25 (фиг. 1, фиг. 2).

При этом на проводники обмотки 2, уложенной в пазах 3 аксиального якоря 1 будут действовать электромагнитные силы согласно формуле 3. Такое же по величине, но противоположное по направлению усилие будет действовать на главные полюса 25, 26. Так как аксиальный якорь 1 неподвижно закреплен в подшипниковом щите 20, а полюса 25, 26 вместе с валом 9 могут свободно вращаться на подшипниках 21, 22, то полюса 25, 26 придут во вращение под воздействием электромагнитного момента, создаваемого электромагнитными силами, на подшипниках 21, 22, относительно аксиального якоря 1 с обмоткой 2, и магнитопровода 28 с m-фазной генераторной обмоткой переменного тока 18.

Полярность подключения источника постоянного тока согласована таким образом, чтобы вращающие моменты, создаваемые ветротурбиной и главными полюсами 25, 26 от обмотки 2 аксиального якоря 1 совпадали по направлению. При этом обгонная муфта 24 соединяет ветротурбину с валом 9 ротора с расположенными на нем главными полюсами 25, 26 и передает ей энергию от ветротурбины в виде вращающего момента, дополнительно воздействуя на них, суммируя энергию ВИЭ для дальнейшего преобразования ее в электрическую энергию m-фазного переменного тока.

Магнитный поток Ф пересекает магнитопровод 28 с m-фазной генераторной обмоткой переменного тока 18 и в ней наводит ЭДС по формуле 4. Если подключить электрическую нагрузку к m-фазной генераторной обмотке переменного тока 18, то электрическая цепь будет замкнута и в ней возникнет m-фазный переменный ток.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в увеличении количества вырабатываемой электроэнергии, эффективности использования энергии ветра и расширении области применения генератора. Стабилизированная гибридная аксиальная электрическая машина-генератор содержит щеточно-коллекторный аппарат машины постоянного тока, магнитопровод с расположенной в нем генераторной обмоткой переменного тока, аксиальные якорь с обмоткой и ротор, корпус статора, выполненный в форме полого цилиндра, к торцовым поверхностям которого неподвижно прикреплены подшипниковые щиты. Корпус статора и подшипниковые щиты изготовлены из материала с большим магнитным сопротивлением. На внутренней торцовой поверхности подшипникового щита со стороны ветротурбины установлен магнитопровод с генераторной обмоткой переменного тока, активная поверхность которого расположена аксиально к прилегающей активной торцовой поверхности ротора, а на внутренней торцовой поверхности подшипникового щита с противоположной стороны установлен якорь с обмоткой, активная поверхность которого расположена аксиально к прилегающей активной торцовой поверхности ротора. Ротор расположен между магнитопроводом с генераторной обмоткой переменного тока и якорем с возможностью вращения относительно них и имеет аксиально расположенные главные полюса, изготовленные из постоянных магнитов, зафиксированные неподвижно относительно вала при помощи материала с высоким магнитным сопротивлением. На валу расположена обгонная муфта, передающая вращающий момент от ветротурбины к валу ротора. Полярность подключения источника постоянного тока согласована таким образом, чтобы вращающие моменты, создаваемые ветротурбиной и главными полюсами от обмотки якоря, совпадали по направлению, а ось щеткодержателей расположена перпендикулярно относительно оси главных полюсов. Якорная обмотка соединена с фотоэлектрическим преобразователем и аккумуляторной батареей через щеточно-коллекторный аппарат, контактные кольца, расположенные на валу, щетки и систему управления. Главные полюса закреплены на ярме, которое выполнено в форме тонкостенного диска, изготовленного из материала с малым магнитным сопротивлением. Ярмо закреплено на основании, которое выполнено в форме тонкостенного диска, изготовленного из материала с большим магнитным сопротивлением. Основание закреплено на ярме, которое выполнено в форме тонкостенного диска, изготовленного из материала с малым магнитным сопротивлением, на котором позиционируются с чередованием полюса, изготовленные из постоянных магнитов. Между полюсами и магнитопроводом статора имеется необходимый воздушный зазор. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Стабилизированная гибридная аксиальная электрическая машина-генератор, содержащая щеточно-коллекторный аппарат машины постоянного тока, магнитопровод с расположенной в нем генераторной обмоткой переменного тока, аксиальные якорь с обмоткой и ротор, корпус статора, выполненный в форме полого цилиндра, к торцовым поверхностям которого неподвижно прикреплены подшипниковые щиты, корпус статора и подшипниковые щиты изготовлены из материала с большим магнитным сопротивлением, причем на внутренней торцовой поверхности подшипникового щита со стороны ветротурбины установлен магнитопровод с генераторной обмоткой переменного тока, активная поверхность которого расположена аксиально к прилегающей активной торцовой поверхности ротора, а на внутренней торцовой поверхности подшипникового щита с противоположной стороны установлен якорь с обмоткой, активная поверхность которого расположена аксиально к прилегающей активной торцовой поверхности ротора, вместе с тем ротор расположен между магнитопроводом с генераторной обмоткой переменного тока и якорем с возможностью вращения относительно них и имеет аксиально расположенные главные полюса, изготовленные из постоянных магнитов, зафиксированные неподвижно относительно вала при помощи материала с высоким магнитным сопротивлением, одновременно с этим на валу расположена обгонная муфта, передающая вращающий момент от ветротурбины к валу ротора, причем полярность подключения источника постоянного тока согласована таким образом, чтобы вращающие моменты, создаваемые ветротурбиной и главными полюсами от обмотки якоря, совпадали по направлению, а ось щеткодержателей расположена перпендикулярно относительно оси главных полюсов, при этом якорная обмотка соединена с фотоэлектрическим преобразователем и аккумуляторной батареей через щеточно-коллекторный аппарат, контактные кольца, расположенные на валу, щетки и систему управления, отличающаяся тем, что главные полюса закреплены на ярме, которое выполнено в форме тонкостенного диска, изготовленного из материала с малым магнитным сопротивлением, причем ярмо закреплено на основании, которое выполнено в форме тонкостенного диска, изготовленного из материала с большим магнитным сопротивлением, одновременно с этим основание закреплено на ярме, которое выполнено в форме тонкостенного дика, изготовленного из материала с малым магнитным сопротивлением, на котором позиционируются с чередованием полюса, изготовленные из постоянных магнитов, при этом между полюсами и магнитопроводом статора имеется необходимый воздушный зазор.

2. Стабилизированная гибридная аксиальная электрическая машина-генератор по п.1, отличающаяся тем, что система управления представляет собой драйвер, соединенный с шиной постоянного тока, к которой параллельно подключены через преобразователь постоянного напряжения фотоэлектрический преобразователь, а через контроллер заряда аккумуляторная батарея.