RU2773047C1

RU2773047C1 - Generator with double-circuit stator winding and ring additional fixed electromagnetic circuit

Info

Publication number: RU2773047C1
Application number: RU2021133467A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Вениаминович Славкин; Виктория Вячеславовна Санина
Original assignee: Вячеслав Вениаминович Славкин; Виктория Вячеславовна Санина
Filing date: 2021-11-17
Publication date: 2022-05-30

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, and in particular to generator designs. The generator contains a rotor, around which a stator with external and internal windings is located in series. Around the stator, an annular additional fixed electromagnetic circuit is mounted, consisting of a magnetic circuit and windings. Two rows of collector plates are mounted on the elongated part of the rotor shaft, each of which is connected to one of the two windings of the annular additional fixed electromagnetic circuit through the brush-collector unit for power supply of the generator rotor windings.

EFFECT: increase in efficiency and reliability.

1 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, и, в частности, к конструкции генераторов [H02K1/00, H02K21/00, H02K16/00].The invention relates to electrical engineering, and in particular to the design of generators [H02K1/00, H02K21/00, H02K16/00].

Из уровня техники известен ГЕНЕРАТОР С ДВУМЯ РОТОРАМИ И ЧЕТЫРЬМА СТАТОРАМИ [US 2021218322, опубл. 15.07.2021]. Синхронный электромагнитный двигатель с постоянными магнитами, содержащий два ротора и четыре статора с корпусом, роторы содержат магниты, образующие магнитные полюса, магниты каждого ротора, установлены так, чтобы они могли вращаться вокруг среднего вала, четыре статора содержат обмотки, двигатель содержит систему охлаждения, содержащую три контура охлаждающей жидкости, причем два внешних контура размещены соответственно в продольной внешней стенке корпуса и примыкают к концевому статору для охлаждения связанного концевого статора и промежуточного контура, расположенного между двумя внутренними статорами, средний вал является общим для двух роторов, два ротора соединены со средним валом механическими средствами, так, что каждая магнитная структура состоит из множества унитарных магнитов , при этом закрывающие диски магнитных структур расположены в осевом направлении на каждой из двух противоположных осевых поверхностей каждого ротора, покрывающие диски изготовлены из композитного материала, магнитные конструкции покрыты композитным внешним слоем покрытия, определяющим внешний контур каждого из роторов, покрывающие диски покрыты снаружи слоем композитного покрытия или нанесенным на соответствующую осевую поверхность внешнего слоя покрытия.The prior art known GENERATOR WITH TWO ROTORS AND FOUR STATORS [US 2021218322, publ. 07/15/2021]. Permanent magnet synchronous electromagnetic motor, containing two rotors and four stators with a housing, the rotors contain magnets forming magnetic poles, the magnets of each rotor are installed so that they can rotate around the middle shaft, the four stators contain windings, the motor contains a cooling system containing three coolant circuits, with two outer circuits placed respectively in the longitudinal outer wall of the housing and adjacent to the end stator for cooling the associated end stator and the intermediate circuit located between the two inner stators, the middle shaft is common to the two rotors, the two rotors are connected to the middle shaft by mechanical means, so that each magnetic structure consists of a plurality of unitary magnets, with the covering disks of the magnetic structures located axially on each of the two opposite axial surfaces of each rotor, the covering disks are made of a composite material rial, magnetic structures are covered with a composite outer coating layer that defines the outer contour of each of the rotors, the coating disks are coated on the outside with a layer of composite coating or deposited on the corresponding axial surface of the outer coating layer.

Недостатками аналога являются:The disadvantages of analog are:

- сложность конструкции аналога, из-за наличия двух роторов и четырех статоров;- the complexity of the analogue design, due to the presence of two rotors and four stators;

- сложность монтажных работ и обслуживания аналога, из-за компоновки элементов устройства на общем валу, что увеличивает продольные размеры устройства и ограничивает сферу его использования.- the complexity of installation work and maintenance of the analog, due to the layout of the device elements on a common shaft, which increases the longitudinal dimensions of the device and limits its scope.

Также из уровня техники известна ВЕТРЯНАЯ ТУРБИНА С МАГНИТНОЙ ПОДВЕСКОЙ И ВСТРОЕННЫМ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ГЕНЕРАТОРОМ [RO 132674, опубл. 29.06.2018]. Изобретение относится к ветряным турбинам с магнитной подвеской и встроенным магнитоэлектрическим генераторам. Изобретение предназначено специально для слабо ветровых зон. В соответствии с изобретением, турбина содержит воздушный ротор, содержащий ось, на которой рычаги фиксируются и поддерживают несколько лопаток с аэродинамическим профилем, расположенными параллельно с осью, магнитоэлектрический генератор с магнитным ротором, вращающийся как единое целое с ветровым ротором, относительно соленоидного статора, установленному внутри немагнитного корпуса круглой коробчатой формы, которая также включает левитационную систему, содержащую центральную часть подшипникового типа и круговая часть типа левитационного стабилизатора, содержащую набор магнитов статора с параллельной или квазипараллельной поляризацией и набор магнитов ротора с параллельной, квазипараллельной поляризацией, смежной или круговой, статор генератора, имеющий внешний статор и внутренний статор, каждый из которых состоит из четного числа n катушек размещенных на круглом сердечнике, ротор расположен между двумя статорами и имеет круговой ряд из n магнитов ротора, эквидистантно закрепленных в немагнитной опоре ротора.Also known from the prior art WIND TURBINE WITH MAGNETIC SUSPENSION AND BUILT-IN MAGNETOELECTRIC GENERATOR [RO 132674, publ. 06/29/2018]. The invention relates to maglev wind turbines and built-in magnetoelectric generators. The invention is intended specifically for weak wind zones. In accordance with the invention, the turbine comprises a wind rotor containing an axis on which levers are fixed and supporting several blades with an aerodynamic profile located parallel to the axis, a magnetoelectric generator with a magnetic rotor rotating as a whole with a wind rotor, relative to a solenoid stator installed inside a non-magnetic case of a round box shape, which also includes a levitation system containing a central part of the bearing type and a circular part of the levitation stabilizer type, containing a set of stator magnets with parallel or quasi-parallel polarization and a set of rotor magnets with parallel, quasi-parallel polarization, adjacent or circular, generator stator, having an external stator and an internal stator, each of which consists of an even number n of coils placed on a round core, the rotor is located between two stators and has a circular row of n rotor magnets equidistantly fixed in non-magnetic rotor support.

- низкий коэффициент полезного действия (КПД) аналога, из-за особенностей конструкции, а именно из-за того, что подвижный ротор расположен между двумя неподвижными статорами, тем самым, при работе устройства создаются большие механические потери уменьшающие КПД;- low coefficient of performance (COP) of the analog, due to the design features, namely, due to the fact that the movable rotor is located between two fixed stators, thereby, during the operation of the device, large mechanical losses are created that reduce the efficiency;

- сложность конструкции аналога из-за наличия левитационной системы.- the complexity of the analogue design due to the presence of a levitation system.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что по состоянию на момент подачи заявки - не существует аналога, который характеризуется признаками, идентичными всем признакам заявленного изобретения. В тоже время, выявление из перечня аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных, по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.The analysis of the state of the art carried out by the applicant, including the search for patent scientific and technical sources of information and the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, made it possible to establish that, as of the time of filing the application, there is no analogue that is characterized by features identical to all the features of the claimed invention . At the same time, the identification of the prototype from the list of analogues, as the analogue closest in terms of set of features, made it possible to identify a set of essential, in relation to the technical result seen by the applicant, distinctive features in the claimed object, set forth in the claims.

Наиболее близким по технической сущности является СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР С ТРЕХКОНТУРНОЙ МАГНИТНОЙ СИСТЕМОЙ [RU2711238, опубл. 15.01.2020] содержащий ротор в виде кольца, разделенный на две кольцевые части, внешний и внутренний ротор, ферромагнитные пластины, постоянные магниты, вал ротора, прямоугольные магнитные полюса, отличающийся тем, что ротор в виде кольца дополнительно разделен на третью кольцевую часть, промежуточный ротор, при этом на внешнем и внутреннем роторах закреплены ферромагнитные пластины, прямоугольные магнитные полюса и постоянные магниты, а в промежуточном роторе постоянные магниты установлены в полости между внутренним и внешним роторами, при этом между внутренним и промежуточным и промежуточным и внешним расположены обмотки статора , также при этом внешний, промежуточный и внутренний роторы соединены валом ротора, закрепленным с помощью подшипников в корпусе синхронного генератора.The closest in technical essence is a SYNCHRONOUS GENERATOR WITH A THREE-LOOP MAGNETIC SYSTEM [RU2711238, publ. 01/15/2020] containing a ring-shaped rotor divided into two annular parts, an outer and an inner rotor, ferromagnetic plates, permanent magnets, a rotor shaft, rectangular magnetic poles, characterized in that the ring-shaped rotor is additionally divided into a third annular part, intermediate rotor, while ferromagnetic plates, rectangular magnetic poles and permanent magnets are fixed on the outer and inner rotors, and in the intermediate rotor, permanent magnets are installed in the cavity between the inner and outer rotors, while stator windings are located between the inner and intermediate and intermediate and outer, also while the outer, intermediate and inner rotors are connected by a rotor shaft fixed with the help of bearings in the housing of the synchronous generator.

Основными техническими проблемами прототипа являются низкое КПД и низкая надежность. Низкое КПД, из-за того, что в прототипе используется три ротора, которые при работе устройства, из-за механического трения, существенно увеличивают потери, которые, соответственно уменьшают КПД. Низкая надежность из-за сложности конструкции, а именно наличия трех роторов и двух статоров.The main technical problems of the prototype are low efficiency and low reliability. Low efficiency, due to the fact that the prototype uses three rotors, which, during the operation of the device, due to mechanical friction, significantly increase losses, which, accordingly, reduce the efficiency. Low reliability due to the complexity of the design, namely the presence of three rotors and two stators.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.The objective of the invention is to eliminate the disadvantages of the prototype.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение надежности и КПД генератора.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability and efficiency of the generator.

Указанный технический результат достигается за счет того, что генератор с двухконтурной обмоткой статора и кольцевым дополнительным неподвижным электромагнитным контуром состоит из ротора, смонтированного на валу генератора, вокруг ротора расположены последовательно основной контур статора с внешней и внутренней обмотками на магнитопроводе и кольцевой дополнительный неподвижный электромагнитный контур, состоящий из магнитопровода и обмоток, при этом на удлиненной части вала ротора смонтировано два ряда коллекторных пластин, каждая из коллекторных пластин соединена с одной из двух обмоток кольцевого дополнительного неподвижного электромагнитного контура через щеточно-коллекторный узел электропитания обмоток ротора генератора.The specified technical result is achieved due to the fact that the generator with a double-circuit stator winding and an annular additional fixed electromagnetic circuit consists of a rotor mounted on the generator shaft, around the rotor are located in series the main stator circuit with external and internal windings on the magnetic circuit and an annular additional stationary electromagnetic circuit, consisting of a magnetic circuit and windings, while two rows of collector plates are mounted on the elongated part of the rotor shaft, each of the collector plates is connected to one of the two windings of the annular additional fixed electromagnetic circuit through the brush-collector unit for power supply of the generator rotor windings.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На фиг. 1 показано общее устройство генератора с двухконтурной обмоткой статора и кольцевым дополнительным неподвижным электромагнитным контуром.In FIG. 1 shows the general arrangement of a generator with a double-circuit stator winding and an annular additional fixed electromagnetic circuit.

На фиг. 2 показан магнитопровод статора.In FIG. 2 shows the stator magnetic circuit.

На фиг. 3 показан магнитопровод статора с обмоткой внешнего контура.In FIG. 3 shows the stator magnetic circuit with an external circuit winding.

На фиг. 4 показан магнитопровод статора с обмоткой внешнего и внутреннего контуров.In FIG. 4 shows the stator magnetic circuit with the winding of the external and internal circuits.

На фиг. 5 показан магнитопровод статора с обмоткой внешнего и внутреннего контуров и ротор генератора с 12-ю полюсами.In FIG. 5 shows the stator magnetic circuit with the winding of the external and internal circuits and the generator rotor with 12 poles.

На фиг. 6 показаны варианты схемы укладки обмотки в магнитопровод кольцевого дополнительного неподвижного электромагнитного контура в статор генератора.In FIG. 6 shows options for laying the winding in the magnetic circuit of the annular additional fixed electromagnetic circuit in the generator stator.

На фиг. 7 показана трехфазная схема подключения для обмоток статора.In FIG. 7 shows a three-phase connection for the stator windings.

На фиг. 8 показан общий вид в разрезе ротора генератора с двухконтурной обмоткой статора и кольцевым дополнительным неподвижным электромагнитным контуром.In FIG. 8 shows a general view in section of a generator rotor with a double-circuit stator winding and an annular additional fixed electromagnetic circuit.

На фиг. 9 показано векторное изображение магнитного поля статора типового генератора, на котором видно, как происходит рассеивание магнитного поля за пределы магнитопровода.In FIG. 9 shows a vector image of the stator magnetic field of a typical generator, which shows how the magnetic field dissipates outside the magnetic circuit.

На фигурах обозначено:The figures indicate:

1 - кольцевой дополнительный неподвижный электромагнитный контур генератора; 2 -статор; 3 - ротор; 4 - вал ротора; 5 - щеточно-коллекторный узел.1 - annular additional fixed electromagnetic circuit of the generator; 2 -stator; 3 - rotor; 4 - rotor shaft; 5 - brush-collector assembly.

Осуществление изобретения.Implementation of the invention.

Генератор с двухконтурной обмоткой статора и кольцевым дополнительным неподвижным электромагнитным контуром состоит из кольцевого дополнительного неподвижного электромагнитного контура генератора 1 представляющий из себя обмотку с магнитопроводом; статора 2 представляющего из себя магнитопровод с двумя обмотками - внешнего и внутреннего контура (показано на фиг. 4); ротора 3, в центральной части которого располагается вал ротора 4, при этом, на краю, вокруг вала ротора 4 вблизи одного из его торцов смонтировано два ряда коллекторных пластин щеточно-коллекторного узла 5 (показано на фиг. 8). Внешняя обмотка статора 2 располагается со стороны кольцевого дополнительного неподвижного электромагнитного контура генератора 1, внутренняя обмотка располагается со стороны ротора 3. Статор 2 с магнитопроводом и двумя обмотками имеет три независимые взаимно изолированные однофазные цепи. ЭДС в этих цепях одинаковы, имеют одинаковые амплитуды и сдвинуты по фазе на 1/3 периода. Трехфазная схема подключения для обмоток статора 2 показана на фиг. 7.A generator with a double-circuit stator winding and an annular additional fixed electromagnetic circuit consists of an annular additional fixed electromagnetic circuit of the generator 1, which is a winding with a magnetic circuit; stator 2, which is a magnetic circuit with two windings - an external and an internal circuit (shown in Fig. 4); rotor 3, in the central part of which the rotor shaft 4 is located, while, on the edge, around the rotor shaft 4 near one of its ends, two rows of collector plates of the brush-collector assembly 5 are mounted (shown in Fig. 8). The outer winding of the stator 2 is located on the side of the annular additional fixed electromagnetic circuit of the generator 1, the inner winding is located on the side of the rotor 3. The stator 2 with a magnetic circuit and two windings has three independent mutually isolated single-phase circuits. The emfs in these circuits are the same, have the same amplitudes and are phase-shifted by 1/3 of the period. The three-phase connection diagram for the stator windings 2 is shown in Fig. 7.

Кольцевой дополнительный неподвижный электромагнитный контур генератора 1 располагается вокруг статора 2, а количество обмоток на кольцевом дополнительном неподвижном электромагнитном контуре генератора 1 больше либо равно количеству обмоток на статоре 2.The annular additional fixed electromagnetic circuit of the generator 1 is located around the stator 2, and the number of windings on the annular additional fixed electromagnetic circuit of the generator 1 is greater than or equal to the number of windings on the stator 2.

На удлиненный вал ротора 4 установлены два ряда медных пластин щеточно-коллекторного узла 5 имеющих форму кольца, выполненных с возможностью осуществления электропитания кольцевого дополнительного неподвижного электромагнитного контура генератора 1. Два ряда медных коллекторных пластин щеточно-коллекторного узла 5 выполнены изолированными друг от друга, каждая отдельная пластина соединена электропроводами, находящимися в пазах вала ротора 3, отдельно с «плюсом» или «минусом» от щеточно-коллекторного узла 5 питания обмоток ротора 3.On the elongated shaft of the rotor 4, two rows of copper plates of the brush-collector assembly 5 are installed in the form of a ring, made with the possibility of supplying power to the annular additional fixed electromagnetic circuit of the generator 1. Two rows of copper collector plates of the brush-collector assembly 5 are isolated from each other, each separate the plate is connected by electric wires located in the grooves of the rotor shaft 3, separately with the "plus" or "minus" from the brush-collector unit 5 for feeding the rotor windings 3.

Коллекторные пластины щеточно-коллекторного узла 5 выполнены из меднографитных или электрографитных материалов. Подключение пластин коллектора кольцевого дополнительного неподвижного электромагнитного контура генератора 1 производится от двух контактов электропитания ротора 3, при этом каждая из коллекторных пластин соединена через щеточно-коллекторный узел 5 с одной из обмоток кольцевого дополнительного неподвижного электромагнитного контура генератора 1.The collector plates of the brush-collector assembly 5 are made of copper graphite or electrographite materials. The connection of the collector plates of the annular additional fixed electromagnetic circuit of the generator 1 is made from two power supply contacts of the rotor 3, while each of the collector plates is connected through the brush-collector assembly 5 with one of the windings of the annular additional fixed electromagnetic circuit of the generator 1.

На фиг. 6 показаны варианты схемы укладки обмотки в магнитопровод кольцевого дополнительного неподвижного электромагнитного контура в статор генератора, а именно: открытая; полузакрытая; полузакрытая при одинаковых катушках.In FIG. 6 shows options for laying the winding in the magnetic circuit of an annular additional fixed electromagnetic circuit in the generator stator, namely: open; semi-closed; semi-closed with identical coils.

Генератор с двухконтурной обмоткой статора и кольцевым дополнительным неподвижным электромагнитным контуром функционирует следующим образом.A generator with a double-circuit stator winding and an annular additional fixed electromagnetic circuit functions as follows.

Работа заявленного устройства основана на явлении электромагнитной индукции - возникновении тока в проводнике, который движется в магнитном поле или покоится в переменном магнитном поле.The operation of the claimed device is based on the phenomenon of electromagnetic induction - the occurrence of current in a conductor that moves in a magnetic field or rests in an alternating magnetic field.

В заявленном устройстве, кольцевой дополнительный неподвижный электромагнитный контур генератора 1 выполняет дополнительную функцию ротора 3 (якоря) генератора за счет подачи постоянного напряжения на обмотки и возникающего переменного магнитного поля в следствие непрерывной смены полярности в указанных обмотках.In the claimed device, the annular additional fixed electromagnetic circuit of the generator 1 performs the additional function of the rotor 3 (armature) of the generator by supplying a constant voltage to the windings and the resulting alternating magnetic field due to the continuous change of polarity in these windings.

Питание обмоток возбуждения статора 2 осуществляют от аккумулятора (при запуске ДВС) или от самого генератора (при работающем двигателе). Электропитание кольцевого дополнительного неподвижного электромагнитного контура генератора 1 осуществляют синхронно с электропитанием ротора 3 генератора. Смена полярности обмоток кольцевого дополнительного неподвижного электромагнитного контура генератора 1 производится в момент вращения вала ротора 4 синхронно с частотой равной частоте вращения ротора 3 генератора. Во время работы генератора, через щеточно-коллекторный узел 5, на обмотки кольцевого дополнительного неподвижного электромагнитного контура генератора 1 подается постоянное напряжение той же полярности что и на ротор 3 и с частотой равной частоте вращения ротора 3 и числу пластин.The excitation windings of the stator 2 are powered from the battery (when starting the internal combustion engine) or from the generator itself (when the engine is running). The power supply of the annular additional fixed electromagnetic circuit of the generator 1 is carried out synchronously with the power supply of the rotor 3 of the generator. Changing the polarity of the windings of the annular additional fixed electromagnetic circuit of the generator 1 is carried out at the moment of rotation of the rotor shaft 4 synchronously with a frequency equal to the frequency of rotation of the rotor 3 of the generator. During the operation of the generator, through the brush-collector unit 5, the windings of the annular additional fixed electromagnetic circuit of the generator 1 are supplied with a constant voltage of the same polarity as on the rotor 3 and with a frequency equal to the rotational speed of the rotor 3 and the number of plates.

На каждую из изолированных друг от друга пластин подают напряжение («+» или «-») и далее посредством щеточно-коллекторного узла 5 подают напряжение на кольцевой дополнительный неподвижный электромагнитный контур генератора 1.Voltage is applied to each of the plates isolated from each other (“+” or “-”), and then, through the brush-collector assembly 5, voltage is applied to the annular additional fixed electromagnetic circuit of the generator 1.

Во время работы генератора, благодаря наличию кольцевого дополнительного неподвижного электромагнитного контура генератора 1, пропорционально изменяется число линий магнитной индукции во внешней обмотке статора 2, (вследствие дополнительного воздействия на внешнюю обмотку статора 2 переменного магнитного поля), что приводит к положительному эффекту. Положительный эффект заключается в том, что большее количество силовых магнитных линий подвергается изменению, вследствие чего индуцируется переменный ток в обмотке статора 2 с обеих сторон обмоток (снизу и сверху). Индукционный ток возникает в тех сторонах витков обмоток статора 2, которые пересекаются «сгущенными» магнитными линиями (от воздействия вращающегося ротора 3 и переменного магнитного поля от кольцевого дополнительного неподвижного электромагнитного контура генератора 1).During the operation of the generator, due to the presence of an annular additional stationary electromagnetic circuit of the generator 1, the number of magnetic induction lines in the external winding of the stator 2 changes proportionally (due to the additional effect on the external winding of the stator 2 of the alternating magnetic field), which leads to a positive effect. The positive effect is that a greater number of magnetic lines of force are changed, as a result of which an alternating current is induced in the winding of the stator 2 on both sides of the windings (bottom and top). The induction current occurs in those sides of the turns of the stator windings 2, which are crossed by "condensed" magnetic lines (from the influence of the rotating rotor 3 and the alternating magnetic field from the annular additional fixed electromagnetic circuit of the generator 1).

Таким образом, в кольцевом дополнительным неподвижном электромагнитном контуре генератора 1 создается переменное магнитное поле, силовые линии которого пересекают верхнюю обмотку статора 2 генератора одномоментно и одновременно блокируют рассеивание магнитного поля магнитопровода статора 9 по всей площади внешней обмотки; а снизу, внутреннюю обмотку - пересекают силовые линии вращающегося ротора 3. В ходе чего, получается «двойной» эффект воздействия электромагнитных полей на статор 2 генератора.Thus, in the annular additional fixed electromagnetic circuit of the generator 1, an alternating magnetic field is created, the lines of force of which cross the upper winding of the stator 2 of the generator at the same time and simultaneously block the dispersion of the magnetic field of the magnetic circuit of the stator 9 over the entire area of the outer winding; and from below, the inner winding is crossed by the lines of force of the rotating rotor 3. As a result, a “double” effect of the influence of electromagnetic fields on the stator 2 of the generator is obtained.

При использовании заявленного устройства совместно с двигателем внутреннего сгорания, при подачи напряжения на кольцевой дополнительный неподвижный электромагнитный контур генератора 1, выполняющего функцию дополнительного неподвижного ротора, возникает переменное магнитное поле с частотой вращения ротора 3 (якоря) генератора равной примерно 3:1, за счет разности диаметров шкивов коленчатого вала двигателя ДВС и шкива генератора. При этом, в разных генераторах может применятся различное передаточное число. Также, при использовании заявленного устройства совместно с двигателем внутреннего сгорания, при запуске двигателя, происходит электропитание генератора, стартера и всех электроприборов (например, автомобиля) от аккумуляторной батареи.When using the claimed device in conjunction with an internal combustion engine, when voltage is applied to the annular additional stationary electromagnetic circuit of the generator 1, which performs the function of an additional stationary rotor, an alternating magnetic field arises with a frequency of rotation of the rotor 3 (armature) of the generator equal to approximately 3:1, due to the difference diameters of the pulleys of the crankshaft of the engine of the internal combustion engine and the pulley of the generator. At the same time, different gear ratios can be used in different generators. Also, when using the claimed device in conjunction with an internal combustion engine, when the engine is started, the generator, starter and all electrical appliances (for example, a car) are powered from the battery.

Технический результат изобретения увеличение КПД достигается за счет того, что генератор с двухконтурной обмоткой статора и кольцевым дополнительным неподвижным электромагнитным контуром состоит из статора 2, состоящего из магнитопровода с внешней и внутренней обмотками, вокруг которого находится кольцевой дополнительный неподвижный электромагнитный контур генератора 1, при этом на удлиненной части вала ротора 4 смонтировано два ряда коллекторных пластин, каждая из коллекторных пластин соединена с одной из двух обмоток кольцевого дополнительного неподвижного электромагнитного контура через щеточно-коллекторный узел электропитания 5 обмоток ротора генератора 1. При работе генератора, в кольцевом дополнительным неподвижном электромагнитном контуре генератора 1 создается переменное магнитное поле, силовые линии которого пересекают верхнюю обмотку статора 2 генератора одномоментно, по всей площади внешней обмотки; а снизу, внутреннюю обмотку - пересекают силовые линии вращающегося ротора 3. Таким образом, заявленное техническое решение представляет из себя кольцевой дополнительный неподвижный электромагнитный контур генератора 1 с магнитопроводом статора 2 и двумя обмотками, при этом, верхняя, получает электромагнитную индукцию от неподвижного электромагнитного контура, а нижняя - от вращающегося ротора 3 (якоря) генератора. Таким образом, получается, что дополнительно индуцируется ЭДС в верхней обмотке статора 2 за счет переменного электромагнитного поля, возникающего в обмотках кольцевого дополнительного неподвижного электромагнитного контура генератора 1. Увеличение коэффициента полезного действия генератора реализуется за счет дополнительного индуцирования переменного тока, уменьшения рассеивания магнитного поля магнитопровода, а также снижения механических и добавочных потерь, благодаря наличию неподвижного дополнительного кольцевого электромагнитного контура, снижающего потери на трение.The technical result of the invention an increase in efficiency is achieved due to the fact that the generator with a double-circuit stator winding and an annular additional fixed electromagnetic circuit consists of a stator 2, consisting of a magnetic circuit with external and internal windings, around which there is an annular additional stationary electromagnetic circuit of the generator 1, while on the elongated part of the shaft rotor 4, two rows of collector plates are mounted, each of the collector plates is connected to one of the two windings of the annular additional stationary electromagnetic circuit through the brush-collector power supply unit 5 of the windings of the generator rotor 1. When the generator is operating, an alternating magnetic field is created in the annular additional stationary electromagnetic circuit of generator 1 field, the lines of force of which cross the upper winding of the stator 2 of the generator at the same time, over the entire area of the outer winding; and from below, the inner winding is crossed by the lines of force of the rotating rotor 3. Thus, the claimed technical solution is an annular additional stationary electromagnetic circuit of the generator 1 with a stator magnetic circuit 2 and two windings, while the upper one receives electromagnetic induction from a stationary electromagnetic circuit, and the lower one - from the rotating rotor 3 (armature) of the generator. Thus, it turns out that the EMF is additionally induced in the upper winding of the stator 2 due to the alternating electromagnetic field that occurs in the windings of the annular additional fixed electromagnetic circuit of the generator 1. The increase in the efficiency of the generator is realized due to the additional induction of the alternating current, reducing the dispersion of the magnetic field of the magnetic circuit, as well as reducing mechanical and additional losses, due to the presence of a fixed additional annular electromagnetic circuit, which reduces friction losses.

Технический результат изобретения повышение надежности достигается за счет того, что в заявленном устройстве используется всего один подвижный ротор 3, при этом кольцевой дополнительный неподвижный электромагнитный контур генератора 1 и статор 2 являются неподвижными элементами, которые жестко закрепляются в корпусе генератора. Из-за сокращения подвижных деталей устройства и упрощения конструкции, по сравнению с прототипом, существенно увеличивается КПД и надежность, за счет использования дополнительной энергии электромагнитных потоков.The technical result of the invention increased reliability is achieved due to the fact that in the claimed device only one movable rotor 3 is used, while the annular additional fixed electromagnetic circuit of the generator 1 and the stator 2 are fixed elements that are rigidly fixed in the generator housing. Due to the reduction of moving parts of the device and the simplification of the design, in comparison with the prototype, efficiency and reliability are significantly increased due to the use of additional energy of electromagnetic flows.

Заявителем был изготовлен опытный образец заявленного устройства, эксплуатация которого, подтвердила заявленный технический результат, повышение КПД составило от 5 до 10%, повышение надежности составило от 30 до 50%, при увеличении веса на 1.4-1.5 кг, относительно стандартного генератора для ВАЗ 21101.The applicant made a prototype of the claimed device, the operation of which confirmed the claimed technical result, the increase in efficiency was from 5 to 10%, the increase in reliability was from 30 to 50%, with an increase in weight by 1.4-1.5 kg, relative to the standard generator for VAZ 21101.

Пример достижения технического результата.An example of achieving a technical result.

Заявителем был изготовлен вариант заявленного устройства с ротором 3, который имеет 12 полюсов, а коллекторные пластины на удлиненном валу ротора 3 имеют по 12 изолированных друг от друга пластин. Использовался кольцевой дополнительный неподвижный электромагнитный контур генератора 1, состоящий из магнитопровода и электрообмотки, распределенной в пазах магнитопровода, на которую подавалось переменное напряжение от 2-х токоприемников (коллекторных пластин) щеточно-коллекторного узла электропитания обмоток ротора генератора. Обмотка была выполнена таким образом, что на один паз обмотки подается «+», а на соседний «-». Затем полярность менялась на противоположную. Таким образом, магнитное поле создавалось по всей поверхности представленного электромагнитного устройства и было направлено на верхнюю обмотку статора 2 генератора, благодаря чему уменьшалось рассеивание электромагнитного поля. При этом, при реализации заявленного устройства, частота вращения ротора была равна частоте вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания умноженная на соотношение диаметров шкивов коленчатого вала и генератора 1:3.The Applicant has made a version of the claimed device with a rotor 3, which has 12 poles, and the collector plates on the elongated shaft of the rotor 3 have 12 plates isolated from each other. An additional annular fixed electromagnetic circuit of the generator 1 was used, consisting of a magnetic circuit and an electrical winding distributed in the grooves of the magnetic circuit, to which an alternating voltage was supplied from 2 current collectors (collector plates) of the brush-collector power supply unit for the generator rotor windings. The winding was made in such a way that “+” is applied to one winding groove, and “-” to the adjacent one. Then the polarity was reversed. Thus, the magnetic field was created over the entire surface of the presented electromagnetic device and was directed to the upper winding of the stator 2 of the generator, thereby reducing the dispersion of the electromagnetic field. At the same time, when implementing the claimed device, the rotor speed was equal to the frequency of rotation of the crankshaft of the internal combustion engine multiplied by the ratio of the diameters of the crankshaft and generator pulleys 1:3.

Смена полярности в обмотках кольцевого дополнительного неподвижного электромагнитного контура генератора 1 происходила через интервал:The change of polarity in the windings of the annular additional fixed electromagnetic circuit of the generator 1 occurred at intervals:

Таким образом, благодаря уменьшению рассеивания электромагнитного поля в статоре, дополнительного индуцирования переменного тока в верхней обмотке статора 2 и снижения механических потерь - КПД генератора, по сравнению с известными аналогами, повысилось примерно на 8 %.Thus, due to a decrease in the electromagnetic field scattering in the stator, additional induction of alternating current in the upper winding of the stator 2 and a decrease in mechanical losses, the efficiency of the generator, in comparison with known analogues, increased by about 8%.

Claims

A generator with a double-circuit stator winding and an annular additional stationary electromagnetic circuit consists of a rotor mounted on the generator shaft; On the elongated part of the rotor shaft, two rows of collector plates are mounted, each of the collector plates is connected to one of the two windings of the annular additional fixed electromagnetic circuit through the brush-collector unit for power supply of the generator rotor windings.