Патент 2 716 815, МПК H02K, H02K, H02K
Авторы и патентообладатель: Коптяев Е. Н.
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.
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.
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.
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.