RU2716815C1

RU2716815C1 - Improved permanent magnet generator

Info

Publication number: RU2716815C1
Application number: RU2019135617A
Authority: RU
Inventors: Евгений Николаевич Коптяев
Original assignee: Евгений Николаевич Коптяев
Priority date: 2019-10-23
Filing date: 2019-10-23
Publication date: 2020-03-17

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: electric generator with excitation from permanent magnet comprises fixed stator with output winding, which is installed on teeth, connected in series and according to coils, as well as a rotor equipped with a cylindrical permanent magnet, comprising sets of poles installed from ferromagnetic laminated material, which are installed from its ends and having a through hole in the center. Dielectric gaskets are arranged inside rotor for insulation of plates of set of poles from shaft. Rotor is composite and has a nonmagnetic material shaft at its center. Number of rotor poles is twice less than number of stator teeth. Stator is made from nonmagnetic material and is equipped on its inner part with slots for arrangement of magnetic conductors from ferromagnetic material, each of which is installed in longitudinal plane to rotational axis of the rotor and has two projecting teeth corresponding to sets of poles on the rotor. Output winding coils are installed on magnetic conductors with alternation over sets of teeth at short distance between teeth of one set.

EFFECT: increased efficiency of generator.

1 cl, 10 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретение. Полезная модель относится к электротехнике и представляет собой электрическую машину, предназначенную для генерации и питания нагрузки постоянным током высокого качества.The technical field to which the invention relates. The utility model relates to electrical engineering and is an electric machine designed to generate and power a load with high quality direct current.

Уровень техники. Из уровня техники известен униполярный генератор тока [патент РФ на изобретение №2518461], содержащий вращающийся ротор и неподвижный статор. В качестве вращающегося в перпендикулярном магнитном поле ротора используется наборный диск из металлических пластин (секторов диска), разделенных диэлектрическими прокладками, со скользящими контактами на оси вращения диска. В качестве неподвижного статора используются полюса вращающегося постоянного или переменного магнитного поля, а количество секторов ротора равно количеству полюсов статора или больше, причем полюса статора вращающегося магнитного поля могут быть созданы вращающимися магнитами, либо электромагнитами, либо неподвижными обмотками с магнитопроводом внутри, в которых создается вращающееся постоянное или переменное поле. Количество вращающихся полюсов может быть 2 или больше при соблюдении условия, что направления ЭДС, создаваемые в роторе диаметрально расположенными полюсами, сонаправлены, а соседние полюса (по периметру) создают чередования направлений диаметральной полярности ЭДС на роторе.The prior art. The prior art unipolar current generator [RF patent for the invention No. 2518461] containing a rotating rotor and a fixed stator. As a rotor rotating in a perpendicular magnetic field, a stacked disk of metal plates (disk sectors), separated by dielectric spacers, with sliding contacts on the axis of rotation of the disk, is used. The poles of a rotating constant or alternating magnetic field are used as a fixed stator, and the number of sectors of the rotor is equal to the number of stator poles or more, and the stator poles of a rotating magnetic field can be created by rotating magnets, or electromagnets, or fixed windings with a magnetic circuit inside, in which a rotating constant or variable field. The number of rotating poles can be 2 or more, subject to the condition that the directions of the EMF created by the diametrically arranged poles in the rotor are aligned, and the adjacent poles (along the perimeter) create alternating directions of the diametrical polarity of the EMF on the rotor.

К недостаткам этого решения можно отнести наличие скользящего контактного аппарата (токосъемников), что снижает надежность.The disadvantages of this solution include the presence of a sliding contact device (current collectors), which reduces reliability.

Также известна многовальная униполярная электрическая машина [патент РФ на изобретение №2634350], содержащая систему возбуждения, токопроводящие диски, имеющие общую точку соприкосновения, а также два токосъемника. При этом оси токопроводящих дисков располагаются параллельно и вращаются в разном направлении, а система возбуждения выполнена наборной из ряда индукторов, выполненных в виде П-образного магнитопровода и содержащих обмотки возбуждения. Индукторы расположены параллельно плоскостям вращения дисков, а число индукторов равно количеству дисков плюс один. Каждый из индукторов обхватывает обе половинки двух рядом расположенных дисков, а два крайних индуктора охватывают половинки двух крайних дисков, токосъем реализован парой токосъемников с крайних точек окружностей крайних дисков.Also known multi-shaft unipolar electric machine [RF patent for the invention No. 2634350], containing the excitation system, conductive disks having a common point of contact, as well as two current collectors. In this case, the axes of the conductive disks are parallel and rotate in different directions, and the excitation system is made up of a series of inductors made in the form of a U-shaped magnetic circuit and containing excitation windings. Inductors are located parallel to the planes of rotation of the disks, and the number of inductors is equal to the number of disks plus one. Each of the inductors covers both halves of two adjacent disks, and the two extreme inductors cover the halves of the two extreme disks, the current collector is implemented by a pair of current collectors from the extreme points of the circumferences of the extreme disks.

Данное решение принимается основным прототипом, наиболее близким по своей технической сущности.This decision is made by the main prototype, the closest in its technical essence.

К недостаткам этого решения можно отнести наличие механического контактного аппарата (токосъемников), что снижает надежность.The disadvantages of this solution include the presence of a mechanical contact device (current collectors), which reduces reliability.

Раскрытие изобретения. Из уровня техники известны различные конструкции электрических машин [1]. Во многих из них используются постоянные магниты для получения магнитного потока возбуждения, который приводит к появлению переменной ЭДС в обмотках генератора при их механическом вращении. Возможны и решения, использующие обмотки возбуждения для получения магнитного потока - большинство из них для своей работы требуют механического контакта, например колец на роторе со щетками. Таким образом, применение постоянных магнитов для получения магнитного потока упрощает конструкцию, и позволяет исключить контакты для передачи тока в обмотку возбуждения. Кроме того, постоянные магниты позволяют улучшить КПД электрической машины, и зачастую существенно снизить массу и габариты в целом.Disclosure of the invention. The prior art various designs of electrical machines [1]. Many of them use permanent magnets to obtain a magnetic flux of excitation, which leads to the appearance of a variable EMF in the generator windings during their mechanical rotation. Solutions are also possible that use field windings to produce magnetic flux - most of them require mechanical contact for their work, for example, rings on the rotor with brushes. Thus, the use of permanent magnets to obtain magnetic flux simplifies the design, and eliminates the contacts for transmitting current to the field winding. In addition, permanent magnets can improve the efficiency of an electric machine, and often significantly reduce the weight and overall dimensions.

Успехи современной промышленности в части добычи и переработки редкоземельных металлов, а также изготовления постоянных магнитов с высоким значением коэрцитивной силы (и магнитной индукции) обеспечили серийный выпуск различных электрических машин с магнитными полюсами из постоянных магнитов. Доступны значительные мощности, вплоть до 15 МВт, что позволило использовать их в системах электродвижения. Возможно изготовление постоянных магнитов самой разной формы.The successes of modern industry in the extraction and processing of rare-earth metals, as well as the manufacture of permanent magnets with a high value of coercive force (and magnetic induction) have ensured the serial production of various electric machines with magnetic poles from permanent magnets. Significant capacities are available, up to 15 MW, which made it possible to use them in electric propulsion systems. It is possible to manufacture permanent magnets of various shapes.

Хотя двигатели составляют значительную часть выпускаемых машин с постоянными магнитами, актуально также и генерирование электроэнергии. Замена обмотки возбуждения ротора синхронного генератора на постоянные магниты позволяет избавиться от контактных колец на роторе и щеточного аппарата для передачи тока к обмоткам ротора, однако обеспечивает на выходе только переменный ток.Although motors make up a significant part of the permanent magnet machines produced, power generation is also relevant. Replacing the excitation winding of the rotor of the synchronous generator with permanent magnets allows you to get rid of the contact rings on the rotor and the brush apparatus for transmitting current to the rotor windings, but provides only alternating current at the output.

Различают генераторы переменного и постоянного рода тока, причем в последнее время получает все большие перспективы питание потребителей постоянным током. Это обусловлено широким использованием в составе электропривода и прочих систем электронных блоков питания и частотных преобразователей, имеющих в своей структуре звено постоянного тока. Таким образом, любой потребитель может получать резервное питание от сети постоянного тока. Кроме того, существуют особые технологические процессы, требующие питания постоянным током - что делает актуальным создание надежных генераторов постоянного тока большой мощности. Еще одним перспективным направлением является альтернативная энергетика, в частности, ветроэнергетические установки - которые включают большое количество генераторов относительно небольшой мощности, объединенных процессом генерации электроэнергии и передачи ее в сеть. В них также есть питаемое от полупроводникового выпрямителя звено постоянного тока и преобразование постоянного тока в переменное трехфазное напряжение. Применение предлагаемого решения позволит отказаться от выпрямления напряжения, что упростит всю систему в целом и повысит ее надежность.Distinguish between alternating current and direct current generators, and lately, DC power consumers have been gaining increasing prospects. This is due to the widespread use of electronic power supplies and frequency converters with a DC link in their structure as part of the electric drive and other systems. Thus, any consumer can receive backup power from a direct current network. In addition, there are special processes that require DC power - which makes it important to create reliable high-power DC generators. Another promising area is alternative energy, in particular, wind power plants - which include a large number of generators of relatively small power, combined by the process of generating electricity and transmitting it to the network. They also have a DC link, powered by a semiconductor rectifier, and converting direct current into alternating three-phase voltage. The application of the proposed solution will allow to refuse voltage rectification, which will simplify the entire system as a whole and increase its reliability.

Одним из путей повышения надежности генераторов постоянного тока является исключение или минимизация числа токосъемов и механических щеточных контактов [1]. Наличие в конструкции классических генераторов постоянного тока коллектора и щеточного аппарата на нем ведет к износу щеток и необходимости их частого обслуживания, а также к выделению в окружающий воздух угольной пыли. Также использование коллектора ведет к ограничению предельной мощности, отдаваемой в нагрузку. Возможная замена контактного аппарата для механического выпрямления напряжения на полупроводниковые диоды или транзисторы, усложняет в целом и поэтому снижает надежность работы генератора.One way to increase the reliability of DC generators is to eliminate or minimize the number of current collectors and mechanical brush contacts [1]. The presence of the collector and the brush apparatus on the classic DC generators in it leads to wear of the brushes and the need for frequent maintenance, as well as to the release of coal dust into the surrounding air. The use of the collector also leads to a limitation of the maximum power delivered to the load. The possible replacement of the contact apparatus for the mechanical rectification of voltage by semiconductor diodes or transistors complicates the whole and therefore reduces the reliability of the generator.

Задача по созданию бесконтактного генератора постоянного тока, не имеющего в своей конструкции любого рода токосъема, остается актуальной. Причина этого кроется в том, что в известных из уровня техники решениях в обмотках генератора постоянного тока наводится переменная ЭДС, которая выпрямляется при помощи скользящего контакта или блока диодов.The task of creating a non-contact direct current generator that does not have any type of current collection in its design remains relevant. The reason for this lies in the fact that in the solutions known from the prior art, the EMF variable is induced in the windings of the DC generator, which is rectified by means of a sliding contact or a block of diodes.

Любой постоянный магнит имеет направление своего намагничения, и два полюса: северный (N) и южный (S), силовые линии которых замыкаются между собой, образуя замкнутый контур для магнитного потока.Any permanent magnet has a direction of its magnetization, and two poles: north (N) and south (S), the lines of force of which are closed among themselves, forming a closed loop for magnetic flux.

В известных из литературы конструкциях генераторов постоянного тока возбуждение магнитного поля осуществляется установкой постоянных магнитов на роторе генератора, причем всегда магнитные полюса чередуются своей полярностью - что определяет их взаимодействие между собой. Известны разные конструкции ротора генератора с постоянным магнитом, в том числе и в виде когтеобразных полюсов, однако во всех из них полюса располагаются с чередованием их полярности. Поочередное прохождение магнитного потока северного и южного полюсов через обмотку генератора постоянного тока, ведет к наведению в ней переменной ЭДС. Это делает неизбежным применение разного рода коммутации (механической или при помощи диодов) для выпрямления тока и питания нагрузки генератора постоянным током [1, 2]. Например, хорошо известный из уровня техники коллектор машин постоянного тока является механическим выпрямителем наведенной в обмотке переменной ЭДС, возникающей при чередовании полярности полюсов возбуждения. Известны решения с возбуждением постоянными магнитами на роторе, и блоком полупроводниковых диодов на статоре - по существу, такие решения являются обращенными машинами, однако механический контакт коллектора заменяется в них на коммутацию полупроводниковыми ключами.In the constructions of direct current generators known from the literature, the magnetic field is excited by installing permanent magnets on the rotor of the generator, the magnetic poles always alternating with their polarity - which determines their interaction with each other. There are various designs of the rotor of the generator with a permanent magnet, including in the form of claw-shaped poles, however, in all of them the poles are arranged with alternating polarity. The alternating passage of the magnetic flux of the north and south poles through the winding of the direct current generator leads to inducing a variable EMF in it. This makes inevitable the use of various kinds of switching (mechanical or with the help of diodes) for rectifying the current and supplying the generator load with direct current [1, 2]. For example, the collector of DC machines, well known in the art, is a mechanical rectifier induced in the winding of a variable EMF that occurs when the polarity of the excitation poles is alternated. Known solutions with permanent magnet excitation on the rotor, and a block of semiconductor diodes on the stator - in essence, such solutions are reversed machines, however, the mechanical contact of the collector is replaced in them by switching with semiconductor switches.

Предлагаемое решение лишено подобного недостатка, и не содержит в своей конструкции любого рода коммутационной аппаратуры и токосъемов. Благодаря этому значительно повышается надежность работы, и снижается время, необходимое для обслуживания персоналом. Кроме того, решается проблема получения значительных мощностей и высоких напряжений, так как отсутствуют ограничивающие мощность элементы.The proposed solution has no such drawback, and does not contain any kind of switching equipment and current collectors in its design. Due to this, the reliability of operation is significantly increased, and the time required for maintenance by personnel is reduced. In addition, the problem of obtaining significant powers and high voltages is solved, since there are no power-limiting elements.

На фигуре 1 показано поперечное сечение генератора с постоянным магнитом в районе установки первого комплекта полюсов. Видно, что полярность полюсов комплекта одинакова, что отличает такое решение от классических машин постоянного тока. На статоре располагаются зубцы, на которых установлены катушки выходной обмотки. При вращении ротора происходит изменение магнитного потока от зубцов, установленных на нем, однако полярность его остается неизменной. Колебание магнитного потока возбуждения происходит за счет смещения полюсов ротора относительно зубцов статора. При промежуточном положении зубцов статора и ротора относительно друг друга, магнитное поле полюсов будет в значительной мере уходить в поля рассеяния, снижая магнитный поток в зубцах статора. Таким образом, в установленных на зубцах статора катушках наводится ЭДС, с биениями, вызванными зубцовой структурой магнитопровода генератора, и имеющими одну полярность.The figure 1 shows a cross section of a permanent magnet generator in the installation area of the first set of poles. It can be seen that the polarity of the poles of the kit is the same, which distinguishes this solution from classical DC machines. On the stator are the teeth on which the output winding coils are installed. When the rotor rotates, the magnetic flux changes from the teeth mounted on it, but its polarity remains unchanged. The oscillation of the magnetic flux of the excitation occurs due to the displacement of the poles of the rotor relative to the teeth of the stator. With an intermediate position of the stator teeth and the rotor relative to each other, the magnetic field of the poles will largely go into the scattering field, reducing the magnetic flux in the stator teeth. Thus, EMF is induced in the coils installed on the stator teeth, with beats caused by the tooth structure of the generator magnetic circuit and having the same polarity.

Можно различить два взаимных положения зубцов ротора и статора, когда зубцы совпадают и магнитный поток максимален, и положение когда зубцы ротора располагаются в промежутке между зубцами статора, в таком случае магнитный поток возбуждения уходит в поля рассеяния. Генератор работает в непрерывном цикле между этими двумя крайними положениями, наводя в катушках статора ЭДС одной полярности. Однако эффективность такого решения будет ограничена скоростью нарастания индукции dB/dt, которая определяет размах наведенной ЭДС.It is possible to distinguish between two relative positions of the teeth of the rotor and the stator, when the teeth coincide and the magnetic flux is maximum, and the position when the teeth of the rotor are located in the gap between the teeth of the stator, in this case the magnetic flux of excitation goes into the scattering field. The generator operates in a continuous cycle between these two extreme positions, inducing EMF of the same polarity in the stator coils. However, the effectiveness of such a solution will be limited by the slew rate of the induction dB / dt, which determines the magnitude of the induced emf.

На фигуре 2 показано поперечное сечение генератора с постоянным магнитом в районе второго комплекта полюсов. Видно, что полярность зубцов является обратной к полярности первого комплекта полюсов.Figure 2 shows a cross section of a permanent magnet generator in the region of the second set of poles. It can be seen that the polarity of the teeth is inverse to the polarity of the first set of poles.

При вращении ротора генератора, второй комплект будет наводить катушках ЭДС, имеющую другую полярность относительно ЭДС в катушках статора первого комплекта. Для их суммирования выходная обмотка должна состоять из катушек, включенных последовательно и согласно относительно друг друга. В этом случае ЭДС всех катушек будет суммироваться.When the generator rotor rotates, the second set will induce EMF coils having a different polarity relative to the EMF in the stator coils of the first set. To summarize them, the output winding should consist of coils connected in series and according to relative to each other. In this case, the EMF of all coils will be summed.

На фигуре 3 показано продольное сечение варианта генератора при установке на роторе намагниченного продольно цилиндрического магнита, создающий магнитный поток возбуждения, расходящийся к установленным по торцам комплектам полюсов из шихтованного магнитного материала. Показанные пунктиром силовые линии магнитного поля замыкаются в продольной оси генератора. Таким образом, также имеет место продольное направление замыкания магнитного потока возбуждения, что позволяет упростить технологию сборки и уменьшить количество магнитов относительно возможного варианта с размещением комплектов магнитов по окружности ротора. В таком случае потребуется увеличенное количество постоянных магнитов, а также усложнится технология сборки. Воздействие угловой скорости снаружи ротора накладывает ограничения на размер ротора генератора, и скорость его вращения для предотвращения разрушения магнитов. Перечисленные факторы не являются препятствием для работы в таком случае, но предоставляют преимущество установке цилиндрического постоянного магнита в центре ротора генератора.Figure 3 shows a longitudinal section of a generator variant when a magnetized longitudinally cylindrical magnet is mounted on the rotor, creating a magnetic flux of excitation diverging to the pole sets of burnt magnetic material mounted at the ends. The dashed lines of the magnetic field are closed in the longitudinal axis of the generator. Thus, there is also a longitudinal direction of the closure of the magnetic flux of the excitation, which simplifies the assembly technology and reduces the number of magnets relative to a possible option with the placement of sets of magnets around the circumference of the rotor. In this case, an increased number of permanent magnets will be required, and the assembly technology will become more complicated. The influence of the angular velocity outside the rotor imposes restrictions on the size of the rotor of the generator, and its rotation speed to prevent the destruction of the magnets. These factors are not an obstacle to work in this case, but provide the advantage of installing a cylindrical permanent magnet in the center of the generator rotor.

На фигуре 4 показана принципиальная электрическая схема обмотки статора генератора с постоянным магнитом, и равным числом зубцов статора и ротора. Как упоминалось выше, такой вариант будет иметь пониженную скорость нарастания индукции, и потребует большего количества витков в катушках, чем в заявляемом решении - однако может быть реализован и применен в практических целях.The figure 4 shows a schematic electrical diagram of the stator winding of a generator with a permanent magnet, and an equal number of teeth of the stator and rotor. As mentioned above, this option will have a reduced rate of rise of induction, and will require more turns in the coils than in the claimed solution — however, it can be implemented and applied for practical purposes.

Для уменьшения числа магнитов, упрощения конструкции, повышения ее надежности, в предлагаемом решении используются комплекты полюсов, изготовленные из шихтованного ферромагнитного материала (например, из листов электротехнической стали), устанавливаемые с торцов ротора. Для получения магнитного потока возбуждения используется цилиндрический магнит, как это было описано выше.To reduce the number of magnets, simplify the design, increase its reliability, the proposed solution uses pole sets made of laden ferromagnetic material (for example, from sheets of electrical steel) installed from the ends of the rotor. To obtain the magnetic flux of the excitation, a cylindrical magnet is used, as described above.

Постоянный магнит, устанавливаемый на роторе, имеет продольное к его оси вращения направление намагничения, благодаря чему его магнитный поток поступает в комплекты полюсов, расположенные с торцов. Симметрия магнитной системы комплектов полюсов обеспечивает распределение потока равномерно между комплектов полюсов ротора, причем полярность смежных полюсов в каждом комплекте одинакова. Это исключает взаимодействие смежных полюсов ротора между собой, а магнитный поток замыкается в продольной оси генератора.The permanent magnet mounted on the rotor has a magnetization direction longitudinal to its axis of rotation, so that its magnetic flux enters the pole sets located at the ends. The symmetry of the magnetic system of sets of poles ensures a uniform distribution of flow between sets of poles of the rotor, and the polarity of adjacent poles in each set is the same. This eliminates the interaction of adjacent rotor poles with each other, and the magnetic flux closes in the longitudinal axis of the generator.

На фигуре 5 показано сечение статора предлагаемого генератора с постоянным магнитом, откуда видно, что в его корпусе есть продольные прорези для установки магнитопроводов. Поскольку магнитный поток ротора замыкается в продольном к оси вращения направлении, таким образом, наличие сплошного статора из магнитного материала становится не нужным. Более того, отсутствие магнитного потока в поперечной плоскости снижает потери, а также позволяет уменьшить массу статора благодаря применению пластиков или легких немагнитных сплавов.The figure 5 shows a cross section of the stator of the proposed generator with a permanent magnet, from which it can be seen that in its body there are longitudinal slots for installing magnetic cores. Since the magnetic flux of the rotor closes in the direction longitudinal to the axis of rotation, thus, the presence of a solid stator made of magnetic material becomes unnecessary. Moreover, the absence of magnetic flux in the transverse plane reduces losses, and also allows to reduce the stator mass due to the use of plastics or light non-magnetic alloys.

Для работы предлагаемого решения достаточно наличие показанных на фигуре 6 магнитопроводов, число которых в 2 раза больше числа полюсов ротора. На фигуре 6 показано продольное сечение магнитопровода, видно наличие выступающих зубцов на его концах, предназначенных для установки катушек выходной обмотки. Магнитный поток полюсов ротора замыкается в продольной плоскости через магнитопроводы, установленные по окружности в продольные прорези статора. Таким образом, корпус статора служит в роли крепления для магнитопроводов.For the proposed solution to work, the presence of the magnetic circuits shown in FIG. 6 is sufficient, the number of which is 2 times the number of rotor poles. The figure 6 shows a longitudinal section of the magnetic circuit, you can see the presence of protruding teeth at its ends, designed to install the coils of the output winding. The magnetic flux of the rotor poles is closed in the longitudinal plane through the magnetic cores installed around the circumference in the longitudinal slots of the stator. Thus, the stator housing serves as a mount for the magnetic cores.

На фигуре 7 представлено поперечное сечение предлагаемого решения в районе первого комплекта полюсов ротора. Из рисунка видно, что полюса ротора имеют одинаковую полярность магнитного потока по окружности, а их количество в 2 раза меньше числа зубцов статора - таким образом, при совмещении положения ротора с зубцами магнитопроводов статора, каждый второй магнитопровод имеет магнитный поток, равный нулю. При этом в половине катушек будет ЭДС, близкая к максимуму, а в другой половине катушек ЭДС не будет - поскольку весь магнитный поток будет проходить через магнитопроводы, зубцы которых совпали с полюсами ротора. Каждый второй зубец на статоре не имеет катушки вторичной обмотки, это позволяет снизить расстояние между зубцами на статоре, и таким образом сгладить моменты перехода магнитного потока с одного зубца на другой. Другими словами, это способствует более плотной компоновке магнитной системы на статоре, с учетом того, что катушки соответствующие первому комплекту полюсов ротора имеют смещение на один зубец относительно второго - или иначе говоря, катушки выходной обмотки установлены с чередованием по комплектам зубцов на статоре. Каждый магнитопровод на статоре имеет два зубца, и только на одном из них в предлагаемом решении устанавливается катушка выходной обмотки, причем место установки катушки чередуется от магнитопровода к магнитопроводу.The figure 7 presents a cross section of the proposed solution in the region of the first set of poles of the rotor. It can be seen from the figure that the rotor poles have the same polarity of the magnetic flux around the circumference, and their number is 2 times less than the number of stator teeth - thus, when combining the position of the rotor with the teeth of the stator magnetic circuits, every second magnetic circuit has a magnetic flux equal to zero. In this case, the EMF will be close to the maximum in half of the coils, and there will be no EMF in the other half of the coils, since the entire magnetic flux will pass through the magnetic cores whose teeth coincide with the poles of the rotor. Every second tooth on the stator does not have a secondary winding coil, this allows to reduce the distance between the teeth on the stator, and thus smooth out the moments of the magnetic flux transition from one tooth to another. In other words, this contributes to a denser arrangement of the magnetic system on the stator, taking into account the fact that the coils corresponding to the first set of rotor poles are offset by one tooth relative to the second - or in other words, the output winding coils are installed alternating along sets of teeth on the stator. Each magnetic circuit on the stator has two teeth, and only one of them in the proposed solution is equipped with an output coil, and the installation location of the coil alternates from the magnetic circuit to the magnetic circuit.

На фигуре 8 представлено поперечное сечение предлагаемого решения в районе второго комплекта полюсов ротора. Из рисунка наглядно видно, что катушки устанавливаются с чередованием относительно сечения на фигуре 7. Таким образом, каждый магнитопровод на статоре имеет катушку выходной обмотки, и каждый магнитопровод участвует в формировании выходного напряжения генератора.The figure 8 presents a cross section of the proposed solution in the region of the second set of poles of the rotor. It can be clearly seen from the figure that the coils are installed alternating with respect to the cross section in Figure 7. Thus, each magnetic circuit on the stator has an output winding coil, and each magnetic circuit is involved in the formation of the generator output voltage.

На фигуре 9 представлено продольное сечение предлагаемого решения, где наглядно видно замыкание магнитного потока возбуждения постоянного магнита, размещенного в центре ротора. Использование немагнитного вала ротора позволяет избежать снижения магнитного потока возбуждения.The figure 9 presents a longitudinal section of the proposed solution, which clearly shows the closure of the magnetic flux of the excitation of a permanent magnet located in the center of the rotor. The use of a non-magnetic rotor shaft avoids reducing the magnetic flux of the excitation.

Также на фигуре 9 видны комплекты полюсов ротора, представляющие собой шихтованные пакеты из ферромагнитного материала, и служащие для разделения магнитного потока постоянного магнита на необходимое число полюсов ротора. Силовые линии магнитного поля проходят через полюса, представляющие собой в поперечном сечении зубцы, число которых в 2 раза меньше числа зубцов на статоре. Диэлектрические прокладки на валу ротора позволяют избежать замыкания пластин комплектов полюсов ротора на вал ротора и возникновения контура для протекания вихревых токов.Also in figure 9, sets of rotor poles are visible, which are burdened packets of ferromagnetic material and are used to separate the magnetic flux of a permanent magnet into the required number of rotor poles. The magnetic field lines pass through the poles, which are teeth in cross section, the number of which is 2 times less than the number of teeth on the stator. Dielectric gaskets on the rotor shaft make it possible to avoid shorting the plates of the rotor pole sets to the rotor shaft and the emergence of a circuit for eddy currents to flow.

На фигуре 10 изображена принципиальная схема выходной обмотки на статоре, также на рисунке показаны магнитопроводы, на которых катушки размещаются. Каждому магнитопроводу соответствует одна катушка, причем место их установки (один или второй комплект полюсов ротора) чередуется. Все катушки включаются согласно и последовательно - таким образом, их пульсирующие ЭДС суммируются, образуя последовательность с малыми пропусками (провалами). Качество выходного постоянного напряжения предлагаемого решения будет зависеть от числа полюсов ротора, а также от его скорости вращения. Чем выше скорость вращения ротора - тем больше будет количество пульсаций за интервал времени, и может достигать 500 пульсаций за период сети 50 Гц (для сравнения), что намного лучше качества выпрямителей. Пульсации напряжения с высокой частотой будет проще сгладить, а размер и масса фильтров на стороне потребителей будет весьма невелика, что также обеспечивает преимущество.The figure 10 shows a schematic diagram of the output winding on the stator, also the figure shows the magnetic circuits on which the coils are placed. Each magnetic core corresponds to one coil, and the place of their installation (one or the second set of rotor poles) alternates. All coils are switched on in accordance and sequentially - thus, their pulsating EMFs are summed, forming a sequence with small gaps (dips). The quality of the output DC voltage of the proposed solution will depend on the number of poles of the rotor, as well as its rotation speed. The higher the rotor speed - the greater the number of ripples per time interval, and can reach 500 ripples over a network period of 50 Hz (for comparison), which is much better than the quality of rectifiers. It will be easier to smooth out voltage ripples with a high frequency, and the size and mass of the filters on the consumer side will be very small, which also provides an advantage.

Предлагаемое техническое решение является принципиально новым, и имеет следующие принципиальные отличия:The proposed technical solution is fundamentally new, and has the following fundamental differences:

- число полюсов ротора в два раза меньше числа зубцов статора;- the number of rotor poles is half the number of stator teeth;

- катушки выходной обмотки устанавливаются с чередованием по комплектам зубцов;- coils of the output winding are installed alternating in sets of teeth;

- расстояние между зубцами в комплектах минимально;- the distance between the teeth in the sets is minimal;

- статор изготавливается из немагнитного материала.- the stator is made of non-magnetic material.

Таким образом, совокупность существенных признаков изобретения ранее неизвестна и ведет к новому техническому результату - повышению эффективности генератора и снижению массы и габаритов.Thus, the set of essential features of the invention is previously unknown and leads to a new technical result - to increase the efficiency of the generator and reduce weight and dimensions.

Краткое описание чертежей. На фигуре 1 изображено поперечное сечение генератора с постоянным магнитом в районе первого комплекта полюсов ротора. На фигуре 2 изображено поперечное сечение генератора с постоянным магнитом в районе второго комплекта полюсов ротора. На фигуре 3 изображено продольное сечение генератора с постоянным магнитом. Здесь 1 - статор, 2 - вал ротора, 3 - постоянный магнит, 4 -катушка, 5 - прокладка. На фигуре 4 изображена принципиальная электрическая схема выходной обмотки генератора с постоянным магнитом. На фигуре 5 изображено поперечное сечение статора предлагаемого улучшенного генератора на постоянном магните. На фигуре 6 изображено продольное сечение магнитопровода предлагаемого улучшенного генератора на постоянном магните. На фигуре 7 изображено поперечное сечение предлагаемого улучшенного генератора на постоянном магните в районе первого комплекта полюсов ротора. На фигуре 8 изображено поперечное сечение предлагаемого улучшенного генератора на постоянном магните в районе второго комплекта полюсов ротора. На фигуре 9 изображено продольное сечение предлагаемого улучшенного генератора на постоянном магните. Здесь 1 - статор, 2 - вал ротора, 3 - постоянный магнит, 4 - катушка, 5 - прокладка, 6 - магнитопровод, 7 - торцевые полюса. На фигуре 10 изображена принципиальная электрическая схема выходной обмотки предлагаемого улучшенного генератора на постоянном магните.A brief description of the drawings. The figure 1 shows a cross section of a generator with a permanent magnet in the region of the first set of poles of the rotor. The figure 2 shows a cross section of a generator with a permanent magnet in the region of the second set of poles of the rotor. The figure 3 shows a longitudinal section of a generator with a permanent magnet. Here 1 is a stator, 2 is a rotor shaft, 3 is a permanent magnet, 4 is a coil, 5 is a gasket. The figure 4 shows a circuit diagram of the output winding of a permanent magnet generator. The figure 5 shows a cross section of the stator of the proposed improved permanent magnet generator. The figure 6 shows a longitudinal section of a magnetic circuit of the proposed improved permanent magnet generator. The figure 7 shows a cross section of the proposed improved permanent magnet generator in the region of the first set of rotor poles. Figure 8 shows a cross section of the proposed improved permanent magnet generator in the region of the second set of rotor poles. The figure 9 shows a longitudinal section of the proposed improved permanent magnet generator. Here 1 is a stator, 2 is a rotor shaft, 3 is a permanent magnet, 4 is a coil, 5 is a gasket, 6 is a magnetic circuit, 7 are end poles. The figure 10 shows a circuit diagram of the output winding of the proposed improved permanent magnet generator.

Список использованной литературыList of references

1. Копылов И.П. Проектирование электрических машин. М: Изд-во «Юрайт», 2014.1. Kopylov I.P. Design of electrical machines. M: Publishing house "Yurait", 2014.

2. Штелтинг Г., Байссе А. Электрические машины. М.: Изд-во «Энергоатомиздат», 2015.2. Stelting G., Beiss A. Electric machines. M .: Publishing house "Energoatomizdat", 2015.

Claims

An electric generator with a permanent magnet excitation, comprising a fixed stator with an output winding, which is mounted on the teeth, connected in series and according to the coil, as well as a rotor equipped with a cylindrical permanent magnet, containing pole sets made from ferromagnetic material installed from its ends and having a through hole in the center, and dielectric gaskets inside it to isolate the plates of the set of poles from the rotor shaft and characterized in that the rotor is made integral, with a shaft of non-magnetic material in the center, the number of rotor poles is half the number of stator teeth, the stator is made of non-magnetic material and is equipped with slots on the inside to accommodate magnetic cores of ferromagnetic material, each of which is installed in a longitudinal the axis of rotation of the rotor of the plane and has two protruding teeth corresponding to sets of poles on the rotor, and the output winding coils are installed on the magnetic circuits with alternating sets of teeth, When a small distance between the teeth of one set.