Низкооборотный торцевой генератор с постоянными магнитами для ветроустановок

(51) 02 21/00 (2009.01) 02 47/00 (2009.01) 02 47/04 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Данное изобретение должно обеспечивать промышленную частоту напряжения при низкой частоте вращения ротора генератора, а также технологичность изготовления низкооборотного генератора переменного тока и увеличивает удельной мощности на единицу объема при низких частотах вращения ротора. Это осуществляется за счет того, что постоянные магниты расположены по окружности ротора перпендикулярно к торцам статора причем полюса постоянных магнитов направлены согласовано относительно друг друга, а по обе стороны установлены полюсные наконечники из магнитных материалов, которые расположены на определенном расстоянии друг от друга, кроме того, постоянные магниты и полюсные наконечники изолированы от спинки ротора не магнитным материалом.(72) Исембергенов Налик Турегалиевич Исембергенов Ануар Наликович(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(56) Предварительный патент РК 19503, кл. Н 02 К 47/04, 15.05.2008(54) НИЗКООБОРОТНЫЙ ТОРЦЕВОЙ ГЕНЕРАТОР С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ ДЛЯ ВЕТРОУСТАНОВОК(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано как генератор переменного тока для ветроэнергетических установках. 22948 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве генератора переменного тока с постоянными магнитами для ветроэнергетических установок и малых гидроэлектростанций. Известен генератор переменного тока с постоянными магнитами Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины Учеб. Пособие для электромех. и электроэнерг. спец. вузов. - М. Высш. Шк., 1990. - 416 с. ил, с. 76-81, с. 133 - 143,который является синхронным генератором с постоянными магнитами, и содержит ротор с тангенциальным намагничиванием. Постоянные магниты расположены по радиусу ротора, а обмотки якоря расположены на спинке статора. Недостатками данного генератора являются сложность в изготовлении ротора, так как постоянные магниты своими полюсами направлены навстречу друг к другу и отталкиваются друг от друга. При установке их они испытывают большие механические нагрузки и подвергаются размагничивающему действую. Кроме того,изготовление этого генератора требует наличия штамповочного производства для зубчатого статора и обладают малой удельной мощностью на единицу объема при низких частотах вращения. Известен также низкооборотный генератор коммутаторного типа для ветроэнергетических установок Предварительный патент РК 19503,опубликованный в Бюллетене 5 от 15. 05. 2008,МПК Н 02 47/04. Недостатком данного генератора являются низкая удельная мощность на единицу объема, так как постоянные магниты располагаются на статоре, занимая определенный объем генератора и снижая, удельную мощность генератора. При низких частотах вращения генератора и заданном диаметре статора этот объем постоянных магнитов будет возрастать. Задачей изобретения является разработка низкооборотного торцевого генератора с постоянными магнитами для ветроустановок упрощенной конструкции, а также увеличение удельной мощности генератора при низких частотах вращения ротора. Данное изобретение обеспечивает хорошую технологичность изготовления низкооборотного генератора переменного тока и увеличение удельной мощности на единицу объема при низких частотах вращения ротора. Это осуществляется за счет того,что постоянные магниты расположены по окружности ротора перпендикулярно к торцам статора причем полюса постоянных магнитов направлены согласовано относительно друг друга, а по обе стороны расположены полюсные наконечники из магнитных материалов, которые расположены на определенном расстоянии друг от друга, кроме того, постоянные магниты и полюсные наконечники изолированы от спинки ротора не магнитным материалом. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена упрощенная конструкция низкооборотного торцевого генератора с постоянными магнитами для ветроустановок 2 на фиг. 2 представлена развернутая схема низкооборотного торцевого генератора с постоянными магнитами на фиг. 3 представлена развернутая схема низкооборотного торцевого генератора при повороте ротора на одно полюсное деление. Низкооборотный торцевый генератор с постоянными магнитами для ветроустановок(Фиг. 1) состоит из статора 1, на которых по окружности расположены обмотки якоря 2. Ротор содержит постоянные магниты) расположенные по окружности ротора перпендикулярно к торцам статора причем полюса постоянных магнитов направлены согласовано относительно друг друга, а по обе стороны расположены полюсные наконечники 3 из магнитных материалов. Кроме того, полюсные наконечники 3 (Фиг. 2 и 3) расположены на определенном расстоянии друг от друга, а постоянные магниты и полюсные наконечники изолированы от спинки ротора 5 не магнитным материалом 4. На валу ротора 6 посажены подшипники 7, которые с помощью передней и задней крышкой 8 крепятся к корпусу 9. Низкооборотный торцевой генератор с постоянными магнитами для ветроустановок работает следующим образом. На фиг. 2 показано положение ротора относительно статора, где постоянные магниты ( ) полюсами направлены согласованно относительно друг друга и благодаря полюсным наконечникам 3 каждый магнитный поток Ф от торца постоянных магнитов ( - ) замыкается через выступы сердечника статора 1,наведя электродвижущие силы (ЭДС) в соответствующих обмотках статора 2. При повороте ротора (Фиг. 3) на одно полюсное делениекаждый магнитный поток Ф от торца постоянных магнитов ( - ) замыкается через выступы сердечника статора 1, при этом изменяется направление магнитного потока и электродвижущая сила (ЭДС) в соответствующих обмотках 2 статора имеет обратную полярность. При дальнейшем повороте ротора (Фиг. 2) магнитные потоки Ф от постоянных магнитов ( ) будут иметь первоначальное направление замыкаясь через сердечники статора 1 и наводя электродвижущие силы (ЭДС) в обмотках 2 статора прямой полярности. Такое расположение в роторе постоянных магнитов ( - ) позволяет увеличить количество постоянных магнитов по сравнению с известными конструкциями и тем самым значительно уменьшить частоту вращения ротора при заданной промышленной частоте напряжения. Наличие полюсных наконечников с обоих сторон постоянных магнитов позволяет увеличить магнитные потоки и тем самым увеличить значение напряжения и тока нагрузки, т.е. мощность генератора при заданном объем машины и частоте вращения ротора. В данном генераторе полный цикл изменения магнитного потока и соответственно частота ЭДС в 22948 обмотке статора определяются поворотом ротора на два полюсное деление, поэтому частота ЭДС наводимого в обмотке статора будет равна 2,(1) где- число постоянных магнитов- частота вращения ротора. Как видно из последнего выражения один постоянных магнита участвует в полном цикле изменения магнитного потока и соответственно определяет частоту ЭДС в обмотке статора. В традиционной синхронной машине частота ЭДС статора определяет двумя постоянными магнитами. Поэтому в предложенном генераторе можно увеличить число постоянных магнитов, уменьшая частоту вращения ротора при заданной промышленной частоте напряжения. Общеизвестно, что ЭДС наводимая в обмотках статора будет равна Е 4 фФ,(2) где ф - коэффициент формы кривой напряжения, - количество якорных обмоток, которое в два раза больше постоянных магнитов, т.е.2, Ф магнитный поток,- число витков в обмотке якоря. Подставив из (1) значение частоты напряжения,получим зависимость ЭДС от частоты вращения вала Е 8 ф 2 Ф Как видно из последнего выражения ЭДС зависит от количества постоянных магнитов в квадратичной зависимости, что очень важно, так как при увеличении числа постоянных магнитов ЭДС возрастает в квадрате. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Низкооборотный торцевой генератор с постоянными магнитами для ветроустановок содержащий статор с обмотками якоря и ротор с постоянными магнитами, отличающийся тем, что постоянные магниты расположены по окружности ротора перпендикулярно к торцам статора, причем полюса постоянных магнитов направлены согласовано относительно друг друга, а по обе стороны установлены полюсные наконечники из магнитных материалов, которые расположены на определенном расстоянии друг от друга, кроме того,постоянные магниты и полюсные наконечники изолированы от спинки ротора не магнитным материалом.