Магнитоэлектрический генератор переменного тока

(51) 02 19/16 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к электротехнике к устройствам для генерирования электрической энергии, использующим энергию вращательного движения подвижного распределителя магнитного потока относительно системы магнитов и катушек и может быть использовано в устройствах по преобразованию механической энергии течения рек в электрическую энергию. Поставленные цели достигаются за счет уменьшения массогабаритных показателей и использования того, что вал ротора выполнен полым в виде тепловой трубы с хладагентом.(72) Туманов Исакул Елегенович Орынбаев Сейтжан Ауесжанович Байбутанов Биржан Каримжанович Ержанов Ильдар Желдиров Аскар(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, и касается усовершенствования конструкции тихоходных генераторов электрической энергии, которые могут быть использованы преимущественно для получения электрической энергии от преобразования механической энергии природного происхождения. Известен низкооборотный магнитоэлектрический генератор, содержащий кольцеобразный ряд обмоток статора на железных сердечниках из листов или прессованного порошка железа, и соответствующий кольцеобразный ряд постоянных магнитов ротора, в частности,синхронная машина с постоянной намагниченностью для синусоидального напряжения,обмотки выполнены сосредоточенными, а не распределены в пазах,сердечники с обмотками чередуются с железными сердечниками без обмоток, так что на каждом втором железном сердечнике имеется обмотка,число промежутков между сердечниками отличается от числа полюсов, при этом число промежутков между сердечникамии число полюсов р следует выражениям -2 и 12, гдеи - натуральные числа, причем машина рассчитана на трехфазное напряжение с последовательным соединением соседних катушек для получениятаких групп на фазу, которые могут быть соединены последовательно или параллельно,2234788 С 2. Недостатком этого генератора является низкий коэффициент полезного действия (к.п.д.), поскольку обмотки в кольцеобразном ряду находятся на значительном расстоянии друг от друга, и в момент нахождения магнитов в промежутке между обмотками ЭДС в них не индуцируется. Известен также магнитоэлектрический генератор, ротор которого снабжен постоянными магнитами, а статор содержит две параллельные пластины в виде соединенных друг с другом дисков,между которыми размещены обмотки статор имеет магнитопроводы в виде плоских колец,2168062. Данное техническое решение имеет тот же недостаток, что и описанный выше аналог ( 2234788 С 2) низкий коэффициент полезного действия по той же причине. Кроме того, при прохождении постоянных магнитов ротора над сердечниками обмоток статора имеет место взаимное притяжение постоянных магнитов ротора и сердечников обмоток статора (так называемый эффект залипания ротора), что затрудняет пуск генератора и создает интенсивный шум при его работе. Известен синхронный генератор Синхронный генератор, А.с. СССР 1444920, Б.И.46, 1988 г.,выполненный по торцевому типу, содержащий ротор с постоянными магнитами и статор с катушками, расположенными по окружности. В используемой магнитной системе поток в воздушном зазоре равен потоку постоянного магнита за вычетом потока рассеяния, что предполагает относительно большие размеры 2 магнитов системы возбуждения, а следовательно, и высокие массогабаритные показатели генератора. Известен синхронный электрический генератор Синхронный электрический генератор, А.с. СССР 1169094, Б.И.27, 1985 г. , содержащий ротор с системой возбуждения из постоянных магнитов и статор с катушками, размещенными на сердечниках(стержнях) по окружности магнитопровода. Размещение катушек на половине длинны стержня приводит к недоиспользованию объема стали сердечника, что в конечном счете также не позволяет координально улучшить массогабаритные показатели генератора. Недостатками указанных технических решений является громоздкость и сложность конструкции и соответственно большие масса габаритные показатели а так же не высокая эффективность работы вследствие нагрева обмоток под воздействием вихревых токов. За прототип взят А.с. СССР 1658302, кл. Н 02 19/16, 1991 г. Магнитоэлектрический генератор переменного тока содержащий ротор в виде одного или нескольких дисков с постоянными магнитами по окружности дисков и статор,состоящий из набора катушек на сердечникахмагнитопроводах, отличающийся тем, что диски ротора выполнены из диэлектрического материала,сердечники-магнитопроводы статора выполнены в виде дуг, охватывающих магниты роторы от полюса к полюсу, и имеют переменное сечение, причем у полюсов магнитов их форма соответствует форме магнитов, а с удалением от полюсов сечение магнитопроводов увеличивается, при этом каждый магнитопровод статора выполнен сплошным для всех дисков ротора, выступы магнитопроводов входят в промежутки между дисками ротора, а катушки выполнены на свободных участках магнитопроводов. Обзор патентных источников показывает, что для уменьшения массогабаритных показателей электрических машин вращательного типа наряду с традиционными решениями необходим не стандартный подход. Известно устройство для дозирования сыпучего материала по А.с. СССР 1608627 от 22.07.1990 г., в котором вал с лопастями шнека электрической машины выполнены полыми с внутренней областью, в которую размещена тепловая труба с целью использования последней в качестве датчика контролируемого физического параметра. Технической задачей изобретения является уменьшение массогабаритных показателей,повышение эффективности работы генератора и уменьшение потерь электрической энергии. Поставленной цели достигается за счет использования полой конструкции вала с встроенной так называемой тепловой трубой. Указанная техническая задача решается предлагаемой конструкцией генератора электрической энергии. Новым является то, что вал от электрической машины выполнен полым, во внутренней области которого встроена тепловая труба, частично заполнена хладагентом, в качестве которого может быть использована низкокипящая жидкость, например, фреон. Технический результат состоит в уменьшение массогабаритных показателей электрической машины и снижение потерь энергии за счет охлаждения вала и сопряжнных элементов к нему,что приводит в итоге к стабилизации крутящего момента в процессе работы генератора. Описание магнитоэлектрического генератора электрической энергии. На фиг.1 изображен предполагаемый генератор электрической энергии. Использование для получения электрической энергии. Ротор генератора представляет собой один или несколько дисков из диэлектрического материала, закрепленных на оси вращения. Технический результат заключается в том, что магнитная проводимость дисков ротора меньше магнитной проводимости ферромагнетиков, что позволяет устранить частично рассеивание магнитных потоков магнитов. По окружности дисков ротора установлены постоянные магниты,магнитные полюса которых чередуются и направлены к торцам магнитопроводов статора. Статор генератора состоит из одной или нескольких катушек на магнитопроводах. Магнитопроводы имеют переменное сечение, т.е. у полюсов магнитов форма магнитопровода соответствует форме магнита, а с удалением от полюсов их сечение увеличивается, чем обеспечивается минимальное сопротивление цепи. Магнитопроводы имеют форму дуг, охватывающих магниты ротора от полюса к полюсу, что обеспечивает двухстороннюю работу каждого магнита. Для увеличения мощности генератор выполняется с несколькими статорами и роторами. На вертикально расположенной оси (фиг) вращения закреплен диск из диэлектрического материала 1, на котором расположены постоянные магниты 2, магнитные полюса которых чередуются. Обмотки статора выполняются на сердечниках,которые в варианте генератора с одним диском ротора имеют форму буквы С (поз. 3 на фиг.), при этом оси полюсов магнитов направлены к торцам магнитопроводов. 4 вал ротора в устройстве, выполнен с внутренней полостью 5, в которой коаксиально якорю установлена тепловая труба 6, частично заполненная хладоагентом 7, снабженная фитилем 8 из нержавеющей стали, расположенным вдоль внутренней боковой поверхности тепловой трубы,при этом между внешней поверхностью тепловой трубы и внутренней поверхностью ферромагнитного вала ротора расположен электроизоляционный материал 9, а концевые части тепловой трубы,выступающие за края ферромагнитного вала ротора,содержат теплоотводящие ребра 10. (фиг.2). Работа магнитоэлектрического генератора переменного тока. Для обеспечения эффективности работы магнитных потоков постоянных магнитов последние установлены в роторе на одном или нескольких дисках из диэлектрического материала, при этом в работе участвуют одновременно оба полюса каждого магнита. Статор при предлагаемой схеме представляет собой набор катушек на сердечниках-магнитопроводах,которые могут иметь различную форму. Особенностью магнитопровода является переменное сечение его,т. е. у полюсов магнитов форма магнитопровода должна строго соответствовать форме магнитов, а при удалении от полюсов магнитов сечение магнитопровода увеличивается, чем обеспечивается минимальное сопротивление магнитной цепи, а магнитный поток при прочих равных условиях достигает наибольшей величины, что подтверждено практическими экспериментами с магнитопроводами одинакового объема, имеющими различные сечения. В момент увеличения токов в цепи, что соответствует возрастанию напряжения на обмотках статора, генерируются наведенные вихревые токи,вызывающие нагрев ротора, это тепло передается хладагенту 7, находящемуся в парах фитиля 8 внутри корпуса тепловой трубы 9. Это ведет к испарению хладагента 7 под действием крутящего момента на концы тепловой трубы 9, поскольку на концевых частях тепловой трубы 9 содержатся ребра 10 и нет нагрева то эти части являются зонами конденсация пара хладагента 7. Конденсат хладагента 7, благодаря капиллярному эффекту фитиля 8, транспортируется обратно во внутренние области тепловой трубы 9, где после нагрева происходит его вторичное испарение. Таким образом, внутри корпуса тепловой трубы 9 происходит замкнутый процесс испарения и конденсации хладагента 7. При этом в процессе циклического испарения и конденсации хладагента 7 происходит непрерывное изменение центра тяжести и вращающего момента инерции вала 4 ротора, в целом приводящее к стабилизации крутящего момента. Таким образом, процесс испарения и конденсация хладагента 7 в тепловой трубе 9, находящейся внутри вала 4 стабилизирует центр масс вращающегося вала 4. Итак хладагент 7,находящийся в циклическом процессе испарения и конденсации, с одной стороны, охлаждается вал 4, а с другой - теряемая ранее тепловую энергию используется для стабилизации крутящего момента. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Магнитоэлектрический генератор переменного тока, содержащий ротор в виде одного или нескольких дисков с постоянными магнитами по окружности дисков и статор, состоящий из набора катушек на сердечниках-магнитопроводах, диски ротора выполнены из диэлектрического материала,а сердечники-магнитопроводы статора в виде дуг,охватывающих магниты ротора от полюса к полюсу,имеющие переменное сечение, отличающийся тем,что вал ротора выполнен полым во внутренней области которой коаксиально его оси расположена тепловая труба, частично заполненная хладагентом и снабжена фитилем из нержавеющей стали расположенным вдоль внутренней боковой 3 поверхности тепловой трубы, при этом между внешней поверхностью тепловой трубы и внутренней поверхностью металлического вала расположен электроизоляционный материал, а концевые части тепловой трубы, выступающие за края металлического вала содержат теплоотводящие ребра.