Електричний генератор

1. Електричний генератор, що містить порожнистий циліндричний корпус, установлені всередині нього котушки статора з магнітопроводом, дві дискові немагнітні кришки, що закривають корпус, вісь, що забезпечує поступально-зворотний рух р ухомого елемента, виконаного у вигляді щонайменше одного кільцевого порожнистого, у вигляді циліндра, магніту з полюсними наконечниками з двох боків магніту та щонайменше однієї втулки ковзання, який відрізняється тим, що магнітопровід статора виконаний у вигляді гладкого шихтованого порожнистого циліндра, котрий набраний з тонких листів електротехнічної сталі та розташований уздовж всієї довжини генератора, котушки розміщені усередині магнітопроводу, розташовані уздовж всієї довжини генератора і ходу р ухомого елемента (індуктора) та ізольовані від статора за допомогою ізоляційного матеріалу, декілька порожнистих кільцевих магнітів індуктора жорстко скріплені з полюсними наконечниками, намагнічені вздовж осі індуктора та мають зустрічну намагніченість відносно поряд розташованих магнітів, полюсні наконечники індуктора виконані з магнітом'якого матеріалу, розташовані з обох боків U 2 (11) 1 3 26032 4 генератора [1] WO 2005/031952 А1, опубл, граничать з фланцем, в якому встановлений 07.04.2005р., в якій генерування електричної випускний клапан. Якір пристрою виготовлений з енергії здійснюється за допомогою множини постійного магніту і установлений північним порізнених магнітів, що р ухаються відносно полюсом догори, на нижньому кінці якоря зібраний множини порізнених провідників, якими можуть шарнір, прикріплений до осі колеса. З боку осі бути й котушки. Котушки намотані на немагнітному пристрій захищений гофрованим кожухом, а з корпусі у ви гляді порожнистої труби, а магніти верхньої сторони кріпиться до основи переміщуються на рухомих опорах у середині транспортного засобу, причому магнітопровід труби. У торцях корпуса-труби встановлені статора з'єднаний поверненими один до одного магніти, намагніченість яких спрямована назустріч різнойменними полюсами постійних магнітів. рухомим магнітам. До недоліків такого пристрою слід віднести Недоліком наведеного генератора є малий складність конструкції, велика кількість дрібних електричний імпульс і, як слідство, невелика деталей та низькі питомі характеристики електрична енергія, яку виробляє генератор. електричного генератора. Малий електричний імпульс в запропонованому Як прототип вибраний генератор [3], патент генераторі зумовлений малими значеннями Російської Федерації RU 2173499 Н 02 К 35/02 від магнітного потоку, який створюється магнітами. 10.09.2001, який має полий несучий циліндричний Величина цього потоку залежить від розмірів корпус, встановлені усередині нього обмотки магніту, матеріалу, з якого він зроблений, та статора з магнітопроводами, дві торцеві стінки, в магнітного опору на шляху магнітного потоку. В одній з яких виконано центральний отвір, і якір, запропонованих конструкціях генератора виконаний у вигляді кільцевого магніту з замикання магнітного потоку від одного полюса до полюсними наконечниками, жорстко закріплений іншого відбувається по повітрю, провідність якого, на осі, встановленій в отвір однієї із стінок, і як відомо, незначна, вона практично дорівнює установлений з можливістю здійснювати разом із провідності вакуум у (м=1.256*10-6Гн/м), що віссю зворотно-поступальний рух відносно і приводить до великого опору проходженню усередині статорних обмоток, корпус якого і його магнітного потоку зовні від магніту. Це і зумовлює торцеві стінки виконані із немагнітного матеріалу, відносно низьку магнітну індукцію в магніті і а розташовані до обмоток статора ділянки магнітний потік, що виходить з магніту зовні. Інша полюсних наконечників якоря виконані причина малих змін потокозчеплення котушок є їх загостреними з можливістю концентрації магнітних віддаленість від поверхні магнітів за рахунок силових ліній на них. присутності немагнітної труби, на яку намотані Головними недоліками прототипу є низька котушки, що зменшує частку магнітного потоку, ефективність і надійність в роботі, які полягають у який перетинає витки котушок. Крім того, при наступному. Під час руху якоря усередині котушок рівній кількості магнітів і котушок, рівності їх на всьому шляху поза полюсними наконечниками довжин та проміжків між ними, які вважаються як котушок магнітний потік у силу своєї переважно вживані, перетворення механічної безперервності буде проходити наступні ділянки: енергії руху магнітів відносно котушок від загостреного полюсного наконечника якоря відбувається тільки вздовж довжини розміщення через товщину котушки з магнітною провідністю котушок і не відбувається при русі магнітів поза повітря; через частину суцільного магнітопровода зоною розташування котушок та при русі магніту в першої котушки з високою магнітною провідністю: проміжку між котушками. Виникає, таж званий, потім через повітряний проміжок між холостий хід магнітів без перетворення енергії що котушкоподібними магнітопроводами котушок: зменшує сумарну електричну енергію. через частину другого магнітопроводу котушки з Другим недоліком є його незахищеність високою провідністю: через товщин у др угої конструкції від впливу вологи, перепаду котушки до другого загостреного полюсного температур, пилу, тощо, що призводить до наконечника якоря. Як бачимо, на шляху необхідності періодичного огляду генератора, магнітного потоку є три ділянки з низькою проведення регламентних робіт або його ремонту магнітною проникністю: дві товщини котушки й (заміна феромагнітної рідини, що застосовується повітряний проміжок між магнітопроводами для зменшення тертя, або й немагнітної труби, яка котушок. Наявність цих зон опору приводить до служить опорою для ковзання магнітів в наслідок зменшення магнітного потоку, зчепленого з їх зношення, тощо). котушками, й ефективності перетворення енергії. Іншим аналогічним відомим пристроєм є Тільки двічі ж увесь час переміщення якоря конструкція лінійного електричного генератора [2] магнітний потік буде різко зростати, коли полюсні для транспортних засобів, патент Російської наконечники якоря розмістяться під полюсними Федерації №2079956, Н 02 К 35/02, 1997p, який наконечниками котушок, тоді магнітний потік складається з магнітопровода, статора, що має дві виходячи з полюсних наконечників якоря буде котушки, які установлені в феромагнітні циліндри, замикатися тільки по магнітопроводах котушок, що на торцях котушок організовані полюси, щ виявляють високу магнітну провідність. При цьому впираються, з одного боку, в постійні магніти, аз максимум зміни потоку, і отже електрорушійної іншої - в немагнітну напрямну. Причому в сили у котушках, будуть зміщенні в часі. Таким напрямних, прилеглих до верхньої намагнічуючої чином, ці зміни не будуть відбуватися одночасно в котушки, є виконані осьові канавки, феромагнітні обох котушках. Також загострені ділянки полюсних циліндри розділені між собою немагнітною наконечників якоря, які призначені для втулкою з радіальним отвором, а постійні магніти концентрації магнітного потоку, не підвищують 5 26032 6 ефективність генератора, оскільки вони вздовж осі індуктора та мають зустрічну підвищують індукцію в точках найбільш намагніченість відносно поряд розташованих наближених до котушок, проте знижують індукцію магнітів, полюсні наконечники індуктора виконані з в точках вилучених від них, що може привести магнітом'якого матеріалу, розташовані з обох боків навіть до зниження сумарного магнітного потоку, кожного магніту та мають циліндричну поверхню, з що виходить із полюсного наконечника і, отже, боку котушок статора наприклад в 2-3 рази меншу, зменшенню потокозчеплення з витками котушок і ніж поверхня магнітів, що прилягають до полюсних електрорушійна сила у котушках. наконечників, вісь виконана немагнітною, своїми Недоліком генератора по прототипу є також кінцівками установлена жорстко і нерухомо в пазах виконання котушкоподібних магнітопроводів у кришок статора, по ній ковзається індуктор за вигляді з’єднання суцільного циліндричного допомогою щонайменше однієї втулки ковзання, магнітопроводу із двома суцільними полюсними жорстко закріпленої на внутрішній поверхні наконечниками у вигадці торцевих плоских дисків. індуктора, причому пара вісь-втулка підшипника Під час руху якоря з магнітом або електромагнітом ковзання виконана з матеріалу з мінімальним в суцільних магнітопроводах виникають вихрові коефіцієнтом тертя, сторони кришок корпусу, з струми, які будуть гальмувати рух якоря, тим якими механічно взаємодіють відповідні поверхні самим знижувати ефективність роботи генератора сторін індуктора в момент його відхилення до Крім того, у момент проходження полюсних відповідної кришки статора, оснащені пружними наконечників якоря під наконечниками котушок елементами. виникає викликана різкою зміною магнітної Крім того, в електричному генераторі пружні провідності реактивна сила, що буде елементи виконані у вигляді пружин. перешкоджати руху якоря, знижуючи ефективність Крім того, в електричному генераторі генератора. До недоліків прототипу можна порожнистий магнітопровід виконаний у вигляді віднести також ту обставину, що вісь якоря витків стрічки електротехнічної сталі. уведена з однієї сторони корпуса, що не може Крім того, в електричному генераторі кінці забезпечити достатню базу для паралельного котушок з'єднані таким чином, щоб імпульси переміщення поверхні якоря щодо поверхонь напруги, котрі утворюються в кожній з котушок при котушок і може призвести до необхідності переміщенні індуктора, складались. збільшення повітряного зазору між якорем і Крім того, в електричному генераторі кількість котушками і до непостійного і нерівномірного котушок і ширина їх вибрані з умов, щоб під час їх зазору при русі якоря. Якщо взяти за бажане з'єднання утворювалась багатофазна електрична зменшення зазору між якорем та котушкою, то в система генератора при вибраній кількості цьому випадку при замалих зазорах можливий магнітів, наприклад три фази з зсувом фаз в 120 вихід з ладу генератора через механічні електричних градусів. ушкодження котушок якорем. Таким чином, суть корисної моделі полягає в Задачею заявленої корисної моделі є тому, що шляхом вдосконалення існуючої створення вдосконаленої конструкції електричного конструкції, усуненням реактивної сили й генератора з рухомими магнітами з підвищеним зниженням сил тертя, досягнуто зменшення коефіцієнтом корисної дії (КЕД) генератора та гальмової складової сили діючої на індуктор, надійністю його роботи, шляхом збільшення забезпечено паралельний рух поверхні індуктора потокозчеплення котушок, безперервним щодо котушок, збільшено потокозчеплення генеруванням електричної енергії по довжині котушок безперервним генеруванням електричної усього ходу індуктора, усунення реактивної сили й енергії протягом усього ходу індуктора, суттєвим зниження сил тертя, та, загалом, зменшення втрат зниженням втрат на вихрові стр уми, що загалом з на вихрові стр уми. усуненням реактивної сили й зниженням сил тертя Поставлене завдання вирішується тим, що в забезпечує зменшення гальмової складової сил, електричному генераторі, який має порожнистий що діють на рухомий елемент (індуктор), циліндричний корпус, установлені усередині нього підвищено загалом і ККД. котушки статора з магнітопроводом, дві дискові Спільні з прототипом загальні суттєві ознаки: немагнітні кришки, що закривають корпус, вісь, що порожнистий циліндричний корпус, установлені забезпечує поступально-зворотний рух р ухомого усередині нього котушки статора з елемента, виконаного у вигляді щонайменше магнітопроводом, дві дискові немагнітні кришки, одного кільцевого порожнистого, у вигляді що закривають корпус, вісь, що забезпечує циліндра, магніту з полюсними наконечниками з поступально-зворотній рух р ухомого елемента, двох боків магніту й з щонайменше однієї втулки виконаного у вигляді щонайменше одного ковзання, магнітопровід статора виконаний у кільцевого порожнистого, у вигляді циліндра, вигляді гладкого шихтованого порожнистого магніту з полюсними наконечниками з двох боків циліндра, котрий набраний з тонких листів магніту й з щонайменше однієї втулки ковзання. електротехнічної сталі й розташований уздовж Суттєві відмінні ознаки генератора, що всієї довжини генератора, котушки розміщені заявляється, наступні: усередині магнітопроводу розташовані уздовж - магнітопровід статора виконаний у вигляді всієї довжини генератора та ходу р ухомого гладкого шихтованого порожнинного циліндра; елемента (індуктора) і ізольовані від статора за - порожнистий циліндр набраний з тонких допомогою ізоляційного матеріалу, декілька листів електротехнічної етапі; порожнистих кільцевих магнітів індуктора жорстко - порожнистий циліндр розташований уздовж скріплені з полюсними наконечниками, намагнічені всієї довжини генератора; 7 26032 8 - котушки розміщені усередині магнітопроводу, котушці досягається значним збільшенням уздовж всієї довжини генератора й ходу рухомого магнітного потоку, який перетинає витки котушки. елемента (індуктора); Для цього електричний генератор відповідно до - котушки ізольовані від статора за допомогою корисної моделі містить зовнішній відносно ізоляційного матеріалу; котушок магнітопровід з матеріалу, який має - декілька порожнистих кільцевих магнітів магнітну провідність більшу у тисячу разів ніж індуктора жорстко скріплені з полюсними повітря (магнітом'якого матеріалу). Це суттєво наконечниками; зменшує магнітний опір на шляху магнітного - порожнисті кільцеві магніти індуктора потоку над котушкою і підвищує потокозчеплення намагнічені вздовж осі індуктора; котушки з магнітом. Відомо, що застосування - порожнисті кільцеві магніти індуктора мають магнітопроводу в системі з рухомими магнітами зустрічну намагніченість відносно поряд викликає часткове перетворення енергії руху в розташованих магнітів; нагрівання магнітопроводу за рахунок вихрових - полюсні наконечники індуктора виконані з токів (токів Фуко). Для зменшення цих токів магнітом'якого матеріалу; заявленою конструкцією запропоновано варіант - полюсні наконечники індуктора розташовані з шихтованого з тонких листів електротехнічної обох боків кожного магніту; сталі магнітопроводу або навитого з такої сталі - полюсні наконечники індуктора мають магніто проводу, що зменшило втрати. циліндричну поверхню, причому з боку котушок Ще більше зростання магнітного потоку статора, наприклад в 2-3 рази меншу ніж поверхня заявленою конструкцією забезпечується магнітів, що прилягають до полюсних застосуванням концентраторів магнітного потоку наконечників; полюсних наконечників, які розміщуються між - вісь виконана з немагнітного матеріалу; магнітами, які намагнічені вздовж лінії руху і мають - вісь своїми кінцівками установлена жорстко і зустрічну намагніченість. Вони виконані з нерухомо в пазах кришок статора; магнітом'якого матеріалу і не тільки зменшують - по осі ковзається індуктор; магнітний опір між магнітами та повертають - індуктор установлений на осі за допомогою напрям потоку до котушок, але й суттєво щонайменше однієї втулки ковзання: збільшують індукцію і потік в зазорі над магнітом - втулка ковзання жорстко закріплена на завдяки концентрації магнітного потоку тому, що внутрішній поверхні індуктора; площа полюсного наконечника, яка звернена до - пара вісь-втулка підшипника ковзання котушки вибирається в 3-5 разів меншою ніж виконана з матеріалу з мінімальним коефіцієнтом площа магніту. В цьому випадку індукція в тертя; робочому зазорі може перевищувати максимальну - сторони кришок корпусу, з якими механічно для застосованого матеріалу магніту індукцію. взаємодіють відповідні поверхні сторін індуктора в Пропонована конструкція корисної моделі в момент його відхилення до відповідної кришки порівнянні з аналогом і прототипом збільшує статора, оснащені пружними елементами. потокозчеплення котушок за рахунок зменшення Суттєві відмінні розширювальні ознаки магнітного опору на шляху магнітного потоку й наступні: пружні елементи виконані у вигляді збільшення числа одночасно взаємодіючих під час пружин, порожнистий магнітопровід виконаний у руху індуктора котушок і магнітів. Так магнітний вигляді витків стрічки електротехнічної сталі, кінці потік збільшується в порівнянні з аналогом за котушок з'єднані таким чином, щоб імпульси рахунок застосування магнітопроводу, а в напруги, котрі утворюються в кожній з котушок при порівнянні із прототипом - за рахунок усунення переміщенні індуктора, складались; кількість повітряного зазору між магніто проводами котушок котушок і ширина їх вибрані з умов, щоб під час їх і застосуванням циліндричних полюсних з'єднання утворювалась багатофазна електрична наконечників, площа поверхні яких звернена до система генератора при вибраній кількості статора значно менше площі перетину магніту(у 2магнітів, наприклад три фази з зсувом фаз в 120 3 рази), котрий примикає з торця до полюсного електричних градусів. наконечника. Таке співвідношення площ дозволяє Сукупність загальних суттєви х спільних одержати індукцію (В) в зазорі генератора вище конструктивних і суттєви х відмінних ознак разом максимального значення індукції, яку здатен іншими несуттєвими ознаками забезпечують відтворити сам магніт і, відповідно, підвищити вирішення поставленої задачі і отримання магнітний потік на всій поверхні наконечника, а не необхідного технічного результату. Те хнічний в одній точці, - як у прототипі. Крім того, до всіх результат досягнуто за рахунок наступних наконечників, окрім крайніх, магніти з однаковою термодинамічних ефектів: полярністю примикають з обох боків, що ще - збільшення сумарної електричної енергії, яку більше підвищує потік на поверхні наконечників, і виробляє генератор, та, загалом, збільшення він практично може досягти максимального коефіцієнта корисної дії (к.к.д.) генератора; значення. Ефективність пропонованого - підвищення надійності та довговічності генератора, підвищується в порівнянні із генератора. прототипом за рахунок безперервного Перший технічний результат досягається за перетворення енергії під час усього руху індуктора рахунок збільшення електричного імпульсу в усередині котушок, які розташовані в кожній котушці та збільшення кількості котушок, які магнітопроводі статора уздовж всієї довжини виробляють електричні імпульси на протязі всього генератора. Причому, у відмінності від аналога, руху магнітів. Збільшення електричного імпульсу в кількість котушок перевищує число магнітів. 9 26032 10 Значне зменшення втрат на вихрові струми й відповідні електронні перетворювачі (не показані і гальмову силу від них досягається виконанням не позначені), наприклад, випрямлячі, до шихтованим магнітопровода статора. Усунення акумуляторних, ємнісних накопичувачів реактивного гальмового зусилля досягається в електричної енергії, або безпосередньо до пропонованій конструкції за рахунок використання навантаження. гладкої (без виступів, як у прототипі) конструкції На Фіг.2 показана схематично картина магнітопровода статора, що усуває зміну магнітної магнітного поля в генераторі, що пропонується, з провідності між статором й індуктором при його магнітопроводом і полюсними наконечниками між русі. зустрічно намагніченими магнітами. З цього Запропонована конструкція підшипника малюнку видно значне збільшення як загальної ковзання забезпечує малий і постійний зазор між кількості силових ліній, так і кількості силових ліній, статором і рухливим індуктором, забезпечуючи які при русі магнітів перетинають витки котушок, малу магнітну провідність зазору й надійність що приводить до збільшення електричного конструкції навіть при зовнішніх різновекторних імпульсу в котушці. вібраційних впливах. Поверхні котушок 8 і магнітів 9 розділяє Наявність пружних втулок на осі біля кришок у мінімальний повітряний зазор, що забезпечую відмінності від прототипу забезпечує підвищену безперервний рух магнітів. надійність роботи генератора. Підвищення енергії досягається при зворотноЗаявлене технічне рішення пояснюється поступальному русі магнітів за рахунок кресленнями, на Фіг.1 - представлений загальний перетворення більшої частки механічної енергії вигляд електричного генератора, на Фіг.2 - те ж руху магнітів в кінці руху в потенційну енергію саме, картина магнітного поля пропонованого пружного елементу, наприклад пружини, з генератора з магнітопроводом і полюсними подальшим її перетворенням в кінетичну енергію наконечниками між зустрічно намагніченими руху магнітів в протилежному напрямку, і, нарешті, магнітам. в перетворенні останньої в електричну в котушках. Генератор складається з нерухомої частини Для цього з обох кінців ходу магнітів встановлені статора 1 і рухливої частини індуктора 2. Статор 1 пружні елементи. В деяких випадках (для пружин) складається з порожнистого немагнітного їх доцільно одним кінцем закріплювати за циліндричного корпусу 3, двох дискових нерухомий корпус, а другим - за магнітну систему, немагнітних кришок 4 та 5, циліндричної осі утворену магнітами та полюсними наконечниками. напрямної 6 виконаної з немагнітного матеріалу, Таким чином створюється коливальна система з закріпленої, відповідно з кожної сторони в кришках затухаючими коливаннями магнітів 9 відносно 4 та 5. У корпусі 3 установлений порожнистий котушок 8, котра дозволяє більш повно циліндричний шихтований магнітопровід 7 статора перетворювати імпульс механічної енергії в 1, виконаний з тонких листів електротехнічної електричний імпульс. сталі. Усередині магнітопроводу 7 статора 1 Підвищення сумарної електричної енергії закріплені порожнисті циліндричні котушки 8 досягається також збільшенням кількості котушок статора 1. 8 відносно числа магнітів 9, Котушки 8 Рухлива частина - індуктор 2 складається з розміщуються уздовж всього ходу магнітів 9, що жорстко з'єднаних порожнистих кільцевих магнітів забезпечує перетворення механічної енергії в 9, намагнічених уздовж осьової, й порожнистих електричну по довжині всього руху магнітів, без полюсних наконечників 10, виконаних з холостого ходу. магнітом'якого матеріалу й розташованих по Інший технічний результат корисної моделі є обидва боки кожного з магнітів 9. Усередині створення на основі даного генератора індуктора 2 на обох його кінцях розташовані перетворювача механічної енергії в електричну, втулки ковзання 11, виконані у вигляді який вирізняється високою надійністю та порожнистих циліндричних шайб з матеріалу з довговічністю. Цеважливо для випадків низьким коефіцієнтом тертя. Вісь-напрямна 6 застосування генератора в несприятливих умовах, статора із втулками ковзання 11 утворюють таких як: на морі, в горах, в пустелі, при знаннях підшипник ковзання індуктора 2 усередині статора коливаннях вологості, температури, тиску, та при 1. На осі б в кожній із кришок 4 та 5 установлені довгостроковій відсутності обслуговування втулки 12 із пружного матеріалу, наприклад гуми. генератора, при, так званому, автономному режимі Слід зазначити про умовність визначення в їх роботи. Для досягнення цього технічного цьому описі частин як нерухома (статор) й р ухлива результату бажано конструкцію генератора (індуктор) частини. Очевидно, що при зробити герметичною. Магнітопровід розміщується вбудовуванні пропонованої конструкції в конкретні в немагнітному корпусі, з одного з торців якого пристрої, як частини, вони можуть мінятися розташована немагнітна кришка, в центрі якої та місцями: статор - може стати рухливою частиною, центрі корпусу закріплена вісь, по якій ковзаються а індуктор - нерухомою. на втулках ковзання порожнисті магніти та полюсні Генератор працює в такий спосіб. наконечники усередині котушок. Всі місця При відносному періодично-повторюваному з’єднання корпусу з кришкою, а також виводи зворотно-поступальному переміщенні індуктора 2 котушок, герметизуються. Дня поглинання вологи з постійними магнітами 9 щодо котушок 8 статора конденсації в корпусі встановлюють 1 в них за законом Максвела індукується вологопоглинаючу речовину, наприклад, електрорушійна сила (е.р.с). Кінці кожної з котушок силікагель. Таке виконання генератора дозволяє 8 статора 1 можуть бути приєднані через уникнути взаємодії котушок, магнітів та інших 11 26032 12 частин генератора з згубними діями факторів Використані джерела: зовнішнього середовища, що підвищує надійність 1. Патент WO 2005/031952 А1, опубл. та довговічність генератора. 07.04.2005p. - аналог. Електричний генератор, виготовлений у 2. Патент Російської Федерації RU №2079956, відповідності з заявленою корисною моделлю, Н02К35/02, 1997р. - аналог. пройшов випробування, підтвердив передбачувані 3. Патент Російської Федерації RU 2173499 технічні характеристики та роботу. Н02К35/02 від 10.09.2001, - прототип. Комп’ютерна в ерстка О. Рябко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601