FI119791B - linear generator - Google Patents
linear generator Download PDFInfo
- Publication number
- FI119791B FI119791B FI20070133A FI20070133A FI119791B FI 119791 B FI119791 B FI 119791B FI 20070133 A FI20070133 A FI 20070133A FI 20070133 A FI20070133 A FI 20070133A FI 119791 B FI119791 B FI 119791B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- magnetic
- magnetic flux
- linear generator
- winding
- magnetic flow
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K35/00—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit
- H02K35/06—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit with moving flux distributors, and both coil systems and magnets stationary
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Linear Motors (AREA)
Description
Lineaarigeneraattori Keksinnön ala 5 Keksinnön kohteena on kestomagnetoitu lineaarigeneraattori. Keksinnön kohteena on myös järjestely vesiaaltojen energian hyödyntämiseksi. Keksinnön kohteena on myös menetelmä sähköenergian tuottamiseksi lineaarigeneraattorilla.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a permanent magnetized linear generator. The invention also relates to an arrangement for utilizing the energy of water waves. The invention also relates to a method for generating electrical energy by a linear generator.
Keksinnön taustaBackground of the Invention
Lineaarigeneraattoriksi kutsutaan yleisesti sähkömekaanista laitetta, jolla sähkö-10 magneettiseen induktioon perustuen voidaan tuottaa sähköenergiaa lineaarisella mekaanisella liikkeellä ilman, että mainittu lineaarinen mekaaninen liike täytyy muuntaa pyöriväksi liikkeeksi esimerkiksi kampi- tai epäkeskokoneistolla. Tyypillisesti lineaarisella mekaanisella liikkeellä tarkoitetaan lineaarigeneraattoreiden yhteydessä edestakaista mekaanista liikettä. Lineaarigeneraattoreita voidaan käyttää 15 esimerkiksi aaltovoimalaitoksissa, joissa vesiaaltojen liike-energiaa muunnetaan sähköenergiaksi. Useissa sovelluksissa lineaarisen mekaanisen liikkeen nopeus on sangen pieni. Tällöin tyypillisissä lineaarigeneraattorirakenteissa tarvitaan suuria magneettivuon tiheyksiä, suuria käämipinta-aloja ja/tai suuria käämikierrosmää-riä riittävän voimakkaan sähkömagneettisen induktion aikaansaamiseksi. Näin ol-20 Ien kelat ja rautarakenteet joudutaan tekemään sangen suurikokoisiksi. Edellä mainituista syistä sellaisten lineaarigeneraattoreiden, jotka kykenevät riittävän tehokkaasti muuntamaan esimerkiksi vesiaaltojen aikaansaaman lineaariliikkeen energiaa sähköenergiaksi, massa on tyypillisesti sangen suuri suhteessa saatavaan sähkötehoon. Useissa tunnetun tekniikan mukaisissa lineaarigeneraattorira-25 kenteissa toistensa suhteen liikkuvat elementit eivät täysitehoisesti osallistu sähkömagneettisen induktion aikaansaamiseen edestakaisen lineaarisen liikkeen ääri-eli suunnanvaihtokohtien läheisyydessä.A linear generator is commonly referred to as an electromechanical device which, based on electrical magnetic induction, can generate electrical energy by linear mechanical motion without having to convert said linear mechanical motion into a rotary motion, for example, by crank or eccentric machinery. Typically, linear mechanical motion in the context of linear generators refers to the reciprocal mechanical motion. Linear generators can be used, for example, in wave power plants where the kinetic energy of water waves is converted into electrical energy. In many applications, the speed of linear mechanical movement is quite slow. Thus, typical linear generator structures require high magnetic flux densities, large coil areas, and / or high coil turns to provide sufficient electromagnetic induction. Thus, the coils and iron structures of the ol-20 have to be made very large. For the reasons mentioned above, the mass of linear generators that are capable of converting the energy of linear motion generated by, for example, water waves into electrical energy is sufficiently large in relation to the electrical power obtained. In many prior art linear generator arrays, moving elements relative to one another are not fully involved in providing electromagnetic induction in the vicinity of the reciprocating linear motion extremes.
Julkaisussa I. Ivanova, O. Agren, H. Bemhoff, and M. Lejon: Simulation of a 100 kW permanent magnet octagonal linear generator for ocean wave conversion, Di-30 vision of Electricity and Lightning Research, Uppsala University, Sweden” esitetään kestomagnetoitu lineaarigeneraattori. Lineaarigeneraattorin liikkuva elementti 2 on lieriö, jonka pohja on kahdeksankulmio ja jonka vaippapinnoille on kiinnitetty kestomagneetteja, joiden magnetoimissuunta on kohtisuorassa vaippapintaan nähden. Seisova elementti (engl. staattori) muodostaa liikkuvan elementin ympärille sylinterin, jossa liikkuva elementti voi liikkua edestakaisin siten, että liikesuunta 5 on kohtisuorassa lieriön pohjaan nähden. Seisova elementti koostuu levyrakenteisista rautaosista, joissa on uritukset käämityksiä varten. Mainitussa julkaisussa esitetty lineaarigeneraattorin rakenne on sangen edullinen sähkömagneettisen induktion kannalta, koska käämitysten hajainduktanssit ovat suhteellisesti ottaen pieniä. Mainitun lineaarigeneraattorin kyky tuottaa sähköenergiaa pienillä lineaari-10 liikkeen amplitudeilla on kuitenkin sangen vähäinen, koska pieniamplitudinen line-aariliike ei kykene tuottamaan merkittävää käämivuon suhteellista muutosta. Lisäksi mainitussa lineaarigeneraattorin rakenteessa muodostuu sangen suuria liikesuuntaan nähden kohtisuoria voimia liikkuvan elementin pinnalla olevien kesto-magneettien ja seisovan elementin rautarakenteiden välille. Mikäli liikkuva ele-15 mentti olisi täsmälleen seisovan elementin muodostaman sylinterin keskilinjalla, mainitut voimat kumoaisivat toisensa. Käytännössä näin ei kuitenkaan ole, vaan tarvitaan lujat liukutukirakenteet, jotka sallivat sylinterin akselin suuntaisen lineaari-liikkeen mutta jotka estävät liikkuvaa elementtiä koskemasta seisovaan elementtiin. Mainittujen liukutukirakenteiden tulee kyetä tukemaan liikkuvaa elementtiä 20 kaikissa niissä suunnissa, jotka ovat kohtisuorassa lineaariliikkeeseen nähden. Näin ollen mainitun lineaarigeneraattorin massa on sangen suuri suhteessa saatavaan sähkötehoon. Mainitussa julkaisussa esitetään järjestely vesiaaltojen energian hyödyntämiseksi. Järjestelyssä lineaarigeneraattorin liikkuva elementti on kytketty poijuun, joka nousee ja laskee vesiaaltojen mukana ja siten liikuttaa liikkuvaa 25 elementtiä edestakaisin. Voimakkaassa merenkäynnissä poiju on rikkoontumis-vaarassa.I. Ivanova, O. Agren, H. Bemhoff, and M. Lejon: Simulation of a 100 kW permanent magnet octagonal linear generator for ocean wave conversion, Di-30 vision of Electricity and Lightning Research, Uppsala University, Sweden " linear generator. The movable element 2 of the linear generator is a cylindrical base with an octagonal base, on which permanent magnets are attached to the jacket surfaces, the magnetization direction of which is perpendicular to the jacket surface. The stationary element (stator) forms a cylinder around the movable element, in which the movable element can move back and forth so that the direction of movement 5 is perpendicular to the bottom of the cylinder. The stationary element consists of plate-shaped iron sections with grooves for windings. The structure of the linear generator disclosed in said publication is quite advantageous in terms of electromagnetic induction because the stray inductances of the windings are relatively small. However, the ability of said linear generator to generate electrical energy at small linear-10 motion amplitudes is quite limited because the small-amplitude linear motion is not capable of producing a significant relative change in winding flux. In addition, said linear generator structure generates very large forces perpendicular to the direction of motion between the permanent magnets on the surface of the moving element and the iron structures of the stationary element. If the moving gesture 15 were exactly on the center line of the cylinder formed by the stationary element, the forces would be mutually exclusive. In practice, however, this is not the case, but requires rigid sliding support structures that allow linear movement of the cylinder in the axial direction but which prevent the movable element from touching the stationary element. Said slide support structures must be capable of supporting the movable element 20 in all directions perpendicular to the linear motion. Thus, the mass of said linear generator is quite large in relation to the electrical power obtained. Said publication discloses an arrangement for utilizing the energy of water waves. In the arrangement, the movable element of the linear generator is coupled to a buoy that rises and falls with the water waves, thereby moving the movable element back and forth. The buoy is at risk of breakage in heavy seafaring.
Keksinnön yhteenvetoSummary of the Invention
Keksinnön kohteena on kestomagnetoitu lineaarigeneraattori, jolla voidaan tuottaa sähköenergiaa myös pienillä lineaariliikkeen amplitudilla ja nopeudella. Keksinnön 30 mukaisessa kestomagnetoidussa lineaarigeneraattorissa on: - sähköjohtimesta muodostettu käämi, 3 - magneettivuonohjain, joka on lineaarisesti liikuteltavissa mainitun käämin suhteen, - ensimmäinen kestomagneetti, joka on järjestetty synnyttämään ensimmäinen magneettivuo, joka lävistää mainitun käämin ensimmäisessä suunnas- 5 sa,ja - toinen kestomagneetti, joka on järjestetty synnyttämään toinen magneettivuo, joka lävistää mainitun käämin toisessa suunnassa.The invention relates to a permanent magnetized linear generator, which can also generate electrical energy at small linear motion amplitudes and speeds. The permanent magnet linear generator according to the invention 30 has: - a coil formed of an electric conductor, 3 - a magnetic flux controller which is linearly movable with respect to said coil, - a first permanent magnet arranged to generate a first magnetic flux which pierces said coil, which is arranged to generate a second magnetic flux which pierces said coil in the other direction.
Keksinnön mukainen kestomagnetoitu lineaarigeneraattori on tunnettu siitä, että mainittu magneettivuonohjain on järjestetty suurentamaan mainitun ensimmäisen 10 magneettivuon kokemaa magneettivastusta ja pienentämään mainitun toisen magneettivuon kokemaa magneettivastusta vasteena tilanteelle, jossa mainittu magneettivuonohjain siirtyy ensimmäisestä asemasta toiseen asemaan suhteessa mainittuun käämiin.The permanent magnetized linear generator according to the invention is characterized in that said magnetic flux controller is arranged to increase the magnetic resistance experienced by said first magnetic flux and decrease the magnetic resistance experienced by said second magnetic flux in response to a situation where said magnetic flux controller moves from its first position to its second position.
Keksinnön kohteena on myös järjestely, joka kykenee hyödyntämään vesiaaltojen 1 15 energian myös silloin, kun veden liikkeen amplitudi ja nopeus ovat pieniä. Keksinnön mukaisessa järjestelyssä on toimielin, joka on järjestetty liikkumaan veden i liikkeen mukana, ja kestomagnetoitu lineaarigeneraattori, jossa on: - sähköjohtimesta muodostettu käämi, - magneettivuonohjain, joka on lineaarisesti liikuteltavissa mainitun käämin 20 suhteen ja joka on mekaanisesti kytketty mainittuun toimielimeen, - ensimmäinen kestomagneetti, joka on järjestetty synnyttämään ensimmäinen magneettivuo, joka lävistää mainitun käämin ensimmäisessä suunnassa, ja - toinen kestomagneetti, joka on järjestetty synnyttämään toinen magneetti- 25 vuo, joka lävistää mainitun käämin toisessa suunnassa.The invention also relates to an arrangement capable of utilizing the energy of water waves 1, even when the amplitude and velocity of water movement are small. The arrangement according to the invention comprises an actuator arranged to move with the movement of water i and a permanently magnetized linear generator having: - a coil formed of an electric conductor, - a magnetic flux controller which is linearly movable relative to said coil 20 and mechanically coupled to said actuator, arranged to generate a first magnetic flux that pierces said coil in a first direction, and - a second permanent magnet arranged to generate a second magnetic flux that pierces said coil in a second direction.
Keksinnön mukainen järjestely on tunnettu siitä, että mainitun kestomagnetoidun lineaarigeneraattorin magneettivuonohjain on järjestetty suurentamaan mainitun ensimmäisen magneettivuon kokemaa magneettivastusta ja pienentämään maini- j ! 4 tun toisen magneettivuon kokemaa magneettivastusta vasteena tilanteelle, jossa mainittu magneettivuonohjain siirtyy ensimmäisestä asemasta toiseen asemaan suhteessa mainittuun käämiin.The arrangement according to the invention is characterized in that the magnetic flux controller of said permanent magnetized linear generator is arranged to increase the magnetic resistance experienced by said first magnetic flux and to decrease said magnetic flux. The magnetic resistance experienced by the second magnetic flux in response to a situation where said magnetic flux controller moves from the first position to the second position relative to said winding.
Keksinnön kohteena on myös menetelmä sähköenergian tuottamiseksi kestomag-5 netoidulla lineaarigeneraattorilla, jossa on: - sähköjohtimesta muodostettu käämi, - magneettivuonohjain, joka on lineaarisesti liikuteltavissa mainitun käämin suhteen, - ensimmäinen kestomagneetti, joka on järjestetty synnyttämään ensimmäi- 10 nen magneettivuo, joka lävistää mainitun käämin ensimmäisessä suunnas sa, ja - toinen kestomagneetti, joka on järjestetty synnyttämään toinen magneettivuo, joka lävistää mainitun käämin toisessa suunnassa.The invention also relates to a method for generating electrical energy by a permanent magnet-5-linearized generator having: - a coil formed from an electric conductor, - a magnetic flux controller which is linearly movable with respect to said coil, - a first permanent magnet arranged to generate a first magnet in a first direction, and - a second permanent magnet arranged to generate a second magnetic flux that pierces said coil in a second direction.
Keksinnön mukainen menetelmä on tunnettu siitä, että menetelmässä mainitulla 15 magneettivuonohjaimella suurennetaan mainitun ensimmäisen magneettivuon kokemaa magneettivastusta ja pienennetään mainitun toisen magneettivuon kokemaa magneettivastusta, kun mainittu magneettivuonohjain siirtyy ensimmäisestä asemasta toiseen asemaan suhteessa mainittuun käämiin.The method according to the invention is characterized in that said magnetic flux controller 15 increases the magnetic resistance experienced by said first magnetic flux and decreases the magnetic resistance experienced by said second magnetic flux when said magnetic flux controller moves from a first position to a second position relative to said winding.
Keksinnön suoritusmuotojen avulla saavutetaan seuraavia etuja: 20 - Lineaarigeneraattorin käämitys- ja kestomagneettijärjestelmä voidaan kus tannustehokkaasti rakentaa useista staattoriyksiköistä. Tällöin käämitys- ja kestomagneettijärjestelmän efektiivinen napaväli on lyhyt, joten sähköenergiaa voidaan tuottaa myös pieniamplitudisella lineaariliikkeellä (ääriasentojen välimatka on lyhyt).Embodiments of the invention provide the following advantages: 20 - The linear generator winding and permanent magnet system can be cost-effectively constructed from a plurality of stator units. In this case, the effective pole spacing of the winding and permanent magnet system is short, so that electric energy can also be generated by small amplitude linear motion (the distance between the extreme positions is short).
25 - Mainittuja staattoriyksiköitä voidaan kytkeä keskenään sarjaan ja/tai rinnak kain sopivien jännite ja virta-arvojen saavuttamiseksi.25 - Said stator units may be connected in series and / or in parallel to obtain suitable voltage and current values.
5 - Magneettivuonohjain voidaan muotoilla siten, että liikettä vastustava sähkömagneettinen voima on ennalta määrätyssä magneettivuonohjaimen ja käämityksen keskinäisessä asemassa pienempi kuin muualla. Tällöin esimerkiksi liikkeellelähdössä tarvittavaa voimaa voidaan rajoittaa.5 - The magnetic flux controller can be designed such that the electromagnetic force resisting the movement at a predetermined position between the magnetic flux controller and the winding is smaller than elsewhere. In this case, for example, the force required for the launch can be limited.
5 - Suurten paikallisten voimien syntyminen voidaan välttää, koska käämitys- ja kestomagneettijärjestelmä voidaan kustannustehokkaasti rakentaa useista staattoriyksiköistä. Tällöin sähkömagneettiset voimat jakautuvat rakenteeseen tasaisesti.5 - The generation of large local forces can be avoided because the winding and permanent magnet system can be built cost-effectively from multiple stator units. The electromagnetic forces are distributed evenly throughout the structure.
- Magneettivuonohjaimen rakenne voidaan tehdä yksinkertaiseksi, koska 10 magneettivuonohjaimessa ei tarvitse olla esimerkiksi kestomagneetteja.- The structure of the magnetic flux controller can be made simple, since the magnetic flux controller does not need to have, for example, permanent magnets.
Tällöin magneettivuonohjaimen massa saadaan pysymään sangen pienenä, joten magneettivuonohjaimen kiihdyttämiseen ja jarruttamiseen tarvittavat voimat voivat olla suhteellisen pieniä.In this case, the mass of the magnetic flux guide can be kept very small, so that the forces required to accelerate and brake the magnetic flux guide may be relatively small.
- Magneettivuonohjain voidaan kustannustehokkaasti tehdä pidemmäksi kuin 15 käämitys- ja kestomagneettijärjestelmä. Tällöin magneettivuonohjaimen ko ko liikealue on hyödynnettävissä sähköntuotantoon.- The magnetic flux controller can be cost-effectively extended beyond 15 winding and permanent magnet systems. In this case, the entire motion range of the magnetic flux controller can be utilized for power generation.
Keksinnön erilaisille suoritusmuodoille on tunnusomaista se, mitä on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.The various embodiments of the invention are characterized by what is disclosed in the dependent claims.
Kuvioiden lyhyt kuvaus 20 Seuraavassa selostetaan keksinnön suoritusmuotoja ja etuja yksityiskohtaisemmin viitaten esimerkkeinä esitettyihin suoritusmuotoihin ja oheisiin kuvioihin, joissa kuviot 1a ja 1b esittävät keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen kestomagne-toidun lineaarigeneraattorin rakennetta, kuviot 2a ja 2b esittävät keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen kestomagne-25 toidun lineaarigeneraattorin rakennetta, kuviot 3a, 3b, 3c, 3d, 3e ja 3f esittävät keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen kestomagnetoidun lineaarigeneraattorin rakennetta, 6 kuviot 4a ja 4b esittävät keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen kestomagne-toidun lineaarigeneraattorin rakennetta, kuviot 5a, 5b ja 5c esittävät yksityiskohtia keksinnön eräiden suoritusmuotojen mukaisten kestomagnetoitujen lineaarigeneraattorien rakenteista, 5 kuvio 6 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista järjestelyä vesiaaltojen energian hyödyntämiseksi, ja kuvio 7 esittää vuokaaviona keksinnön erään suoritusmuodon mukaista menetelmää sähköenergian tuottamiseksi kestomagnetoidulla lineaarigeneraattorilla.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Embodiments and advantages of the invention will now be described in more detail with reference to the exemplary embodiments and accompanying drawings, in which Figures 1a and 1b illustrate a structure of a permanent magnet Figures 3a, 3b, 3c, 3d, 3e and 3f illustrate the structure of a permanent magnetized linear generator according to one embodiment of the invention; Figures 4a and 4b show a structure of a permanent magnetized linear generator according to an embodiment of the invention Figures 5a, 5b and 5c of permanent magnet generator structures, Figure 6 shows an arrangement for utilizing the energy of water waves according to an embodiment of the invention, and Figure 7 shows a flow chart A method according to an embodiment of the invention for generating electrical energy by a permanent magnetized linear generator.
Keksinnön suoritusmuotojen yksityiskohtainen kuvaus 10 Kuviot 1a ja 1b esittävät keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen kestomagne-toidun lineaarigeneraattorin rakennetta. Lineaarigeneraattorissa on sähköjohtimes-ta muodostettu käämi, joka koostuu kahdesta sähköisesti toisiinsa kytketystä osa-käämistä 101 ja 102. Lineaarigeneraattorissa on magneettivuonohjain 103, joka on tehty magneettisesti johtavasta materiaalista ja joka on lineaarisesti liikuteltavissa 15 mainitun käämin suhteen. Tässä asiakirjassa magneettisesti johtavalla materiaalilla ja magneettisella johteella tarkoitetaan materiaalia, jonka suhteellinen permeabi-liteetti on suurempi kuin yksi (μΓ >1). Magneettivuonohjain 103 on tuettu runko-osaan 108 pyöriväksi laakeroitujen rullien 109, 110, 111 ja 112 avulla. Lineaarigeneraattorissa on ensimmäiset kestomagneetit 104 ja 105, jotka on järjestetty 20 synnyttämään ensimmäinen magneettivuo φ1, joka lävistää mainitun käämin ensimmäisessä suunnassa. Lineaarigeneraattorissa on toiset kestomagneetit 106 ja 107, jotka on järjestetty synnyttämään toinen magneettivuo φ2, joka lävistää mainitun käämin toisessa suunnassa, joka on vastakkainen mainittuun ensimmäiseen suuntaan nähden. Kestomagneetteihin 104 - 107 piirretyt nuolet kuvaavat kunkin 25 kestomagneetin magnetoimissuuntaa. Käämi 101, 102 on asennettu magneettista johdetta olevan sydämen 113 ympärille ja kestomagneetit 104 -107 on asennettu sydämen pinnalle. Magneettivuonohjain 103 on järjestetty suurentamaan magneettivuon φ1 kokemaa magneettivastusta ja pienentämään magneettivuon φ2 kokemaa magneettivastusta vasteena tilanteelle, jossa magneettivuonohjain 103 30 siirtyy kuvion 1a mukaisesta ensimmäisestä asemasta kuvion 1b mukaiseen toi- 7 seen asemaan suhteessa käämiin 101, 102. Tässä asiakirjassa magneettivastuk-sella tarkoitetaan magneettivuota johtavan magneettipiirin reluktanssia (engl. reluctance), joka kuvaa magneettivuota aiheuttavan magnetomotorisen voiman ja magneettivuon suuruuden suhdetta ja jonka yksikkö on A/Vs.DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION Figures 1a and 1b show a structure of a permanent magnetized linear generator according to an embodiment of the invention. The linear generator has a coil formed of an electric conductor consisting of two electrically connected sub-windings 101 and 102. The linear generator has a magnetic flux controller 103 made of a magnetically conductive material and movable linearly with respect to said coil. For the purposes of this document, 'magnetically conductive material' and 'magnetic conductor' are defined as materials having a relative permeability of greater than one (μΓ> 1). The magnetic flux guide 103 is supported on the body 108 by rotating bearings 109, 110, 111 and 112. The linear generator has first permanent magnets 104 and 105 arranged to produce a first magnetic flux φ1 that pierces said coil in the first direction. The linear generator has second permanent magnets 106 and 107 arranged to generate a second magnetic flux φ2 that pierces said coil in a second direction opposite to said first direction. Arrows drawn on the permanent magnets 104-107 illustrate the magnetization direction of each of the 25 permanent magnets. The coil 101, 102 is mounted around the core 113 of the magnetic conductor and the permanent magnets 104-107 are mounted on the surface of the core. The magnetic flux controller 103 is arranged to increase the magnetic resistance experienced by the magnetic flux φ1 and to decrease the magnetic resistance experienced by the magnetic flux φ2 in response to the situation when the magnetic flux controller 103 30 moves from the first position magnetic circuit reluctance, which describes the ratio of the magnetomotor force causing the magnetic flux to the magnitude of the magnetic flux, and has a unit of A / Vs.
5 Magneettivuonohjaimessa 103 on syvennyksiä, jotka on järjestetty suurentamaan magneettivuonohjaimen magneettivuolle muodostamaa magneettivastusta vasteena tilanteelle, jossa syvennykset ovat magneettivuon reitillä. Kuvion 1a mukaisessa tilanteessa syvennykset 114 ja 116 suurentavat magneettivuon φ2 kokemaa magneettivastusta verrattuna kuvion 1b mukaiseen tilanteeseen. Vastaavasti kuvi-10 on 1b mukaisessa tilanteessa syvennykset 115 ja 116 suurentavat magneettivuon φ1 kokemaa magneettivastusta verrattuna kuvion 1a mukaiseen tilanteeseen. Kestomagneetin aikaansaama magneettivuo kasvaa, kun mainitun magneettivuon kokema magneettivastus pienenee. Vastaavasti kestomagneetin aikaansaama magneettivuo pienenee, kun mainitun magneettivuon kokema magneettivastus kasvaa. 15 Näin ollen magneettivuonohjaimen 103 liike aiheuttaa ajallisen vaihtelun koko-naismagneettivuossa φ1 - ψ2, joka lävistää käämin 101, 102. Tällöin käämiin 101, 102 indusoituu jännite U.The magnetic flux controller 103 has recesses arranged to increase the magnetic resistance formed by the magnetic flux controller to the magnetic flux in response to a situation where the recesses are in the magnetic flux path. In the situation of Figure 1a, the recesses 114 and 116 increase the magnetic resistance experienced by the magnetic flux φ2 compared to the situation of Figure 1b. Similarly, in the situation of Fig. 10b, the recesses 115 and 116 increase the magnetic resistance experienced by the magnetic flux φ1 compared to the situation of Fig. 1a. The magnetic flux generated by the permanent magnet increases as the magnetic resistance experienced by said magnetic flux decreases. Correspondingly, the magnetic flux generated by the permanent magnet decreases as the magnetic resistance experienced by said magnetic flux increases. Thus, the motion of the magnetic flux controller 103 causes a time variation in the total magnetic flux φ1 - ψ2 that pierces the coil 101, 102. In this case, a voltage U is induced in the coil 101, 102.
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa kestomagnetoidussa lineaari- generaattorissa magneettivuonohjain 103 on ainakin osittain rautaa (Fe).In the permanent magnetized linear generator according to one embodiment of the invention, the magnetic flux controller 103 is at least partially iron (Fe).
20 Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa kestomagnetoidussa lineaari- generaattorissa magneettivuonohjain 103 on ainakin osittain ferriittiä.In the permanent magnetized linear generator according to one embodiment of the invention, the magnetic flux controller 103 is at least partially ferrite.
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa kestomagnetoidussa lineaari- generaattorissa sydän 113 on ainakin osittain rautaa.In a permanent magnetized linear generator according to one embodiment of the invention, the core 113 is at least partially iron.
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa kestomagnetoidussa lineaari- 25 generaattorissa sydän 113 on ainakin osittain ferriittiä.In a permanent magnetized linear generator according to one embodiment of the invention, the core 113 is at least partially ferrite.
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa kestomagnetoidussa lineaari- generaattorissa ainakin osa sydämestä 113 koostuu toisistaan sähköisesti eristetyistä rautalevyistä.In a permanently magnetized linear generator according to one embodiment of the invention, at least part of the core 113 consists of electrically insulated iron plates.
88
Kuviot 2a ja 2b esittävät keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen kestomagne-toidun lineaarigeneraattorin rakennetta. Lineaarigeneraattorissa on sähköjohtimes-ta muodostettu käämi 201 ja magneettivuonohjain 202, joka on tehty magneettisesti johtavasta materiaalista ja joka on lineaarisesti liikuteltavissa mainitun kää-5 min suhteen. Magneettivuonohjain 203 on tuettu runko-osaan 204 liukupintojen 205, 206, 207 ja 208 avulla. Lineaarigeneraattorissa on ensimmäinen kestomagneetti 209, joka on jäljestetty synnyttämään ensimmäinen magneettivuo φ1, joka lävistää mainitun käämin ensimmäisessä suunnassa. Lineaarigeneraattorissa on toinen kestomagneetti 210, joka on järjestetty synnyttämään toinen magneettivuo 10 φ2, joka lävistää mainitun käämin toisessa suunnassa, joka on vastakkainen mai nittuun ensimmäiseen suuntaan nähden. Käämi 201 on asennettu kestomagneettien 209 ja 210 ympärille. Kestomagneetti 210 on tuettu tukiosan 211 avulla. Tu-kiosa 211 voi olla esimerkiksi muovia. Magneettivuonohjain 203 on järjestetty suurentamaan magneettivuon φ1 kokemaa magneettivastusta ja pienentämään mag-15 neettivuon φ2 kokemaa magneettivastusta vasteena tilanteelle, jossa magneettivuonohjain 202 siirtyy kuvion 2a mukaisesta ensimmäisestä asemasta kuvion 2b mukaiseen toiseen asemaan suhteessa käämiin 201.Figures 2a and 2b show the structure of a permanent magnetized linear generator according to an embodiment of the invention. The linear generator has a coil 201 formed from an electrical conductor and a magnetic flux controller 202 made of a magnetically conductive material which is linearly movable over said coil for 5 min. The magnetic flux guide 203 is supported on the body 204 by sliding surfaces 205, 206, 207 and 208. The linear generator has a first permanent magnet 209 which is tracked to generate a first magnetic flux φ1 that pierces said coil in the first direction. The linear generator has a second permanent magnet 210 arranged to generate a second magnetic flux 10 φ2 that pierces said coil in a second direction opposite to said first direction. The coil 201 is mounted around the permanent magnets 209 and 210. The permanent magnet 210 is supported by a support member 211. The support member 211 may be, for example, plastic. The magnetic flux controller 203 is arranged to increase the magnetic resistance experienced by the magnetic flux φ1 and to decrease the magnetic resistance experienced by the mag-flux ett2 in response to a situation where the magnetic flux controller 202 moves from the first position of Fig. 2a to the second position of Fig. 2b.
Magneettivuonohjaimessa 202 on nystyröitä, jotka on järjestetty pienentämään magneettivuonohjaimen magneettivuolle muodostamaa magneettivastusta vas-20 teenä tilanteelle, jossa nystyrät ovat magneettivuon reitillä. Kuvion 2a mukaisessa tilanteessa nystyrät 212 ja 213 pienentävät magneettivuon φ1 kokemaa magneettivastusta verrattuna kuvion 2b mukaiseen tilanteeseen. Vastaavasti kuvion 2b mukaisessa tilanteessa nystyrät 212 ja 214 pienentävät magneettivuon φ2 kokemaa magneettivastusta verrattuna kuvion 2a mukaiseen tilanteeseen. Kestomag-25 neetin aikaansaama magneettivuo kasvaa, kun mainitun magneettivuon kokema magneettivastus pienenee. Vastaavasti kestomagneetin aikaansaama magneettivuo pienenee, kun mainitun magneettivuon kokema magneettivastus kasvaa. Näin ollen magneettivuonohjaimen 202 liike aiheuttaa ajallisen vaihtelun kokonaismag-neettivuossa φ1 - φ2, joka lävistää käämin 201. Tällöin käämiin 201 indusoituu 30 jännite U.The magnetic flux controller 202 has bumps arranged to reduce the magnetic resistance formed by the magnetic flux controller to the magnetic flux in response to the situation where the bumps are on the magnetic flux path. In the situation of Figure 2a, the bumps 212 and 213 reduce the magnetic resistance experienced by the magnetic flux φ1 compared to the situation of Figure 2b. Similarly, in the situation of Figure 2b, the bumps 212 and 214 reduce the magnetic resistance experienced by the magnetic flux φ2 compared to the situation of Figure 2a. The magnetic flux generated by the Kestomag-25 rivet increases as the magnetic resistance experienced by said magnetic flux decreases. Correspondingly, the magnetic flux generated by the permanent magnet decreases as the magnetic resistance experienced by said magnetic flux increases. Thus, the motion of the magnetic flux controller 202 causes a temporal variation in the total magnetic flux φ1 - φ2 that pierces the coil 201. In this case, a voltage U is induced in the coil 201.
9 Käyttämällä vähintään kahta kestomagneettia, joiden avulla voidaan tuottaa kaksi magneettivuota φ1 ja <j>2, jotka läpäisevät käämin toisiinsa nähden vastakkaisissa suunnissa, on helpompi saada aikaan tietyn suuruinen kokonaismagneettivuon <J>1 - <j>2 vaihteluväli (peak-to-peak) kuin käyttäen ainoastaan yhtä kestomagneettia.9 By using at least two permanent magnets to produce two magnetic fluxes φ1 and <j> 2 that pass through the coil in opposite directions, it is easier to achieve a range of magnitude of the total magnetic flux <J> 1 to <j> 2 (Peak-to-Peak ) than using only one permanent magnet.
5 Lisäksi kokonaismagneettivuon vaihteluväli (φιτιίη ... φητοχ) voidaan tehdä oleellisesti symmetriseksi nollatason suhteen (- φιτίθχ ... + φιτίθχ). Tällöin tiettyä kokonaismagneettivuon vaihteluväliä vastaava rautarakenteiden magneettinen kyllästyminen on lievempää kuin tilanteessa, jossa kokonaismagneettivuo vaihtelee samansuuruisella vaihteluvälillä epäsymmetrisesti nollan ja maksimiarvon välillä (0 10 ...+2φΓη8χ).5 In addition, the total magnetic flux range (φιτιίη ... φητοχ) can be made substantially symmetric with respect to the zero plane (- φιτίθχ ... + φιτίθχ). In this case, the magnetic saturation of the iron structures corresponding to a certain range of total magnetic flux is less pronounced than in a situation where the total magnetic flux is asymmetrically varying between zero and maximum value (0 10 ... + 2φΓη8χ).
Kuviot 3a, 3b ja 3c esittävät keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen kesto-magnetoidun lineaarigeneraattorin rakennetta. Lineaarigeneraattorissa on useita staattoriyksiköitä 302, 303, 304, 305, joissa kussakin on: - sähköjohtimesta muodostettu käämi, 15 - ensimmäinen kestomagneetti, joka on järjestetty synnyttämään ensimmäi nen magneettivuo, joka lävistää mainitun käämin ensimmäisessä suunnassa, ja - toinen kestomagneetti, joka on järjestetty synnyttämään toinen magneettivuo, joka lävistää mainitun käämin toisessa suunnassa.Figures 3a, 3b and 3c show a structure of a permanent magnetized linear generator according to an embodiment of the invention. The linear generator comprises a plurality of stator units 302, 303, 304, 305 each having: - a coil formed of an electrical conductor, 15 - a first permanent magnet arranged to generate a first magnetic flux that pierces said coil in a first direction, and - a second permanent magnet arranged to a second magnetic flux that pierces said coil in the other direction.
20 Lineaarigeneraattorissa on magneettivuonohjain 306, joka on tehty magneettisesti johtavasta materiaalista ja joka on lineaarisesti liikuteltavissa mainittujen staatto-riyksiköiden suhteen. Magneettivuonohjain 306 on järjestetty muuttelemaan staat-toriyksiköiden magneettivoiden kokemia magneettivastuksia vasteena tilanteelle, jossa magneettivuonohjain liikkuu mainittujen staattoriyksiköiden suhteen.The linear generator has a magnetic flux controller 306 made of a magnetically conductive material that is linearly movable with respect to said stator units. The magnetic flux controller 306 is arranged to vary the magnetic resistances experienced by the magnetic fluxes of the stator units in response to a situation where the magnetic flux controller moves relative to said stator units.
25 Lineaarigeneraattorissa on kaapelointi 307, jolla staattoriyksiköiden käämeihin indusoitunut jännite voidaan kytkeä ulkoiseen sähköjärjestelmään. Mainittua ulkoista sähköjärjestelmää ei ole esitetty kuvioissa 3a-3c.The linear generator has a cabling 307 for connecting the voltage induced in the windings of the stator units to an external electrical system. Said external electrical system is not shown in Figures 3a-3c.
1010
Magneettivuonohjain 306 voidaan kytkeä varren 308 avulla ulkoiseen mekaaniseen järjestelmään. Mainittua ulkoista mekaanista järjestelmää ei ole esitetty kuvioissa 3a-3c.The magnetic flux controller 306 can be connected to the external mechanical system by the arm 308. Said external mechanical system is not shown in Figures 3a-3c.
Kuvio 3b kuvaa lineaarigeneraattoria katsottuna kuvioon 3a merkitystä suunnasta 5 A. Magneettivuonohjaimessa 306 on läpireikiä (esim. kuvioviite 371), jotka on järjestetty suurentamaan magneettivuonohjaimen magneettivuolle muodostamaa magneettivastusta vasteena tilanteelle, jossa läpireiät ovat magneettivuon reitillä. Kuvio 3c kuvaa kuvioon 3a merkittyä leikkausta B - B. Kuviosta 3b nähdään, että keksinnön tämän suoritusmuodon mukaisessa kestomagnetoidussa lineaari-10 generaattorissa on yhteensä 16 staattoriyksikköä, joissa kussakin on käämi sekä kestomagneetteja.Figure 3b illustrates a linear generator viewed from the direction 5A indicated in Figure 3a. The magnetic flux controller 306 has through holes (e.g., reference 371) arranged to increase the magnetic resistance of the magnetic flux controller to the magnetic flux in response to the magnetic flux paths. Figure 3c illustrates the section B-B marked in Figure 3a. Figure 3b shows that the permanent magnetized linear 10 generator according to this embodiment of the invention has a total of 16 stator units, each with a coil and permanent magnets.
Kuvioissa 3a-3c esitetyn kestomagnetoidun lineaarigeneraattorin käämitys- ja kes-tomagneettijärjestelmän efektiivinen napaväli τ on lyhyt suhteessa käämitys- ja kestomagneettijärjestelmän pituuteen L. Tällöin sähköenergiaa voidaan tuottaa 15 myös lineaariliikkeellä, jonka amplitudi eli ääriasentojen välimatka on pieni verrattuna käämitys- ja kestomagneettijärjestelmän pituuteen L.3a-3c, the effective pole spacing τ of the permanent magnet generator winding system is short with respect to the length L of the winding and permanent magnet system. In this case,
Kuvioissa 3a-3c esitetyn kestomagnetoidun lineaarigeneraattorin staattoriyksiköitä voidaan kytkeä keskenään sarjaan ja/tai rinnakkain sopivien jännite ja virta-arvojen saavuttamiseksi.The stator units of the permanent magnetized linear generator shown in Figures 3a-3c may be connected in series and / or in parallel to achieve suitable voltages and currents.
20 Kuvioissa 3a-3c esitetyssä kestomagnetoidussa lineaarigeneraattorissa suurten paikallisten voimien syntyminen voidaan välttää, koska käämitys- ja kestomag-neettijärjestelmä koostuu useista staattoriyksiköistä, jolloin sähkömagneettiset voimat jakautuvat rakenteeseen tasaisesti.In the permanent magnet linear generator shown in Figures 3a-3c, the generation of large local forces can be avoided because the winding and permanent magnet system consists of a plurality of stator units, whereby the electromagnetic forces are uniformly distributed throughout the structure.
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa kestomagnetoidussa lineaari-25 generaattorissa mainittujen staattoriyksiköiden lukumäärä on alueella 45 - 450.In a permanent magnet linear generator according to one embodiment of the invention, the number of said stator units is in the range of 45 to 450.
Kuvioissa 3a-3c esitetyssä kestomagnetoidussa lineaarigeneraattorissa magneettivuonohjain 306 on rei’itetty levy, joka on tehty magneettisesti johtavasta materiaalista. Näin ollen lineaarigeneraattorin liikkuvan osan (magneettivuonohjain) rakenne on yksinkertainen ja massa on pieni verrattuna monen vastaavan tehoisen 11 tunnetun tekniikan mukaisen lineaarigeneraattorin liikkuvan osan rakenteeseen ja massaan. Tällöin voimat, jotka tarvitaan liikkuvan osan (magneettivuonohjain) kiihdyttämiseen ja jarruttamiseen edestakaisessa lineaariliikkeessä voivat olla pienempiä kuin vastaavat voimat, jotka tarvitaan liikkuvan osan kiihdyttämiseen ja 5 jarruttamiseen monessa vastaavan tehoisessa tunnetun tekniikan mukaisessa li-neaarigeneraattorissa.In the permanent magnetized linear generator shown in Figures 3a-3c, the magnetic flux controller 306 is a perforated plate made of a magnetically conductive material. Thus, the structure of the moving part of the linear generator (magnetic flux controller) is simple and its mass is small compared to the structure and mass of many of the known 11 linear moving parts of the prior art. Thus, the forces required to accelerate and brake the moving part (magnetic flux controller) in the reciprocating linear motion may be less than the corresponding forces required to accelerate and brake the moving part in many of the prior art linear generators of similar power.
Kuvioissa 3a-3c esitetyssä kestomagnetoidussa lineaarigeneraattorissa magneettivuonohjain 306 voidaan kustannustehokkaasti tehdä pidemmäksi kuin käämitys-ja kestomagneettijärjestelmän pituus L. Tällöin magneettivuonohjaimen 306 koko 10 liikealue on hyödynnettävissä sähköntuotantoon. Toisin sanoen kaikki staattoriyk-siköt voidaan järjestää tuottamaan sähköä myös magneettivuonohjaimen liikealu-een ääripäissä eli liikesuunnan vaihtokohtien ympäristössä.In the permanent magnet linear generator shown in Figures 3a-3c, the magnetic flux controller 306 can be cost-effectively made longer than the length L of the winding and permanent magnet system, whereby the entire 10 motion range of the magnetic flux controller 306 can be utilized for power generation. In other words, all stator units can also be arranged to generate electricity also at the extremes of the magnetic flux controller motion range, i.e. around the reversal points of motion.
Kuviot 3d, 3e ja 3f havainnollistavat kuvioon 3c merkittyä staattoriyksikköä 301. Kuvio 3f esittää staattoriyksikköä katsottuna kuvioon 3d merkitystä suunnasta A.Figures 3d, 3e and 3f illustrate the stator unit 301 shown in Fig. 3c. Fig. 3f shows the stator unit as viewed in the direction A indicated in Fig. 3d.
15 Kuviot 3d ja 3e esittävät mainittua staattoriyksikköä katsottuna kuvioon 3f merkitystä suunnasta B. Staattoriyksikössä on ensimmäiset kestomagneetit 351, 356, 354 ja 357, jotka on järjestetty synnyttämään ensimmäinen magneettivuo φ1, joka lävistää staattoriyksikön käämin 360, 361 ensimmäisessä suunnassa. Lineaarigeneraattorissa on toiset kestomagneetit 352, 355, 353 ja 358, jotka on järjestetty 20 synnyttämään toinen magneettivuo φ2, joka lävistää mainitun käämin toisessa suunnassa, joka on vastakkainen mainittuun ensimmäiseen suuntaan nähden. Kuviossa 3f kestomagneettien 355, 356, 357 ja 358 magnetointisuuntaa kuvataan kestomagneetteihin merkityillä nuolilla.Figures 3d and 3e show said stator assembly viewed from the direction B shown in Fig. 3f. The stator assembly has first permanent magnets 351, 356, 354 and 357 arranged to generate a first magnetic flux φ1 that pierces the stator assembly winding 360, 361 in the first direction. The linear generator has second permanent magnets 352, 355, 353 and 358 arranged to generate a second magnetic flux φ2 that pierces said coil in a second direction opposite to said first direction. In Figure 3f, the magnetization directions of the permanent magnets 355, 356, 357 and 358 are illustrated by arrows marked on the permanent magnets.
Kuviot 3d ja 3e esittävät tilanteita, joissa magneettivuonohjaimen läpireiät ovat 25 erilaisissa asemissa suhteessa staattoriyksikköön. Magneettivuonohjaimen läpireiät on kuvattu katkoviivoilla. Magneettivuonohjain on järjestetty muodostamaan magneettivuolle φ1 pienempi magneettivastus kuin magneettivuolle φ2, kun magneettivuonohjain on kuvion 3d mukaisessa asemassa, ja muodostamaan magneettivuolle φ2 pienempi magneettivastus kuin magneettivuolle φ1, kun magneet-30 tivuonohjain on kuvion 3e mukaisessa asemassa. Kuvion 3d mukaisessa tilanteessa läpireikä 371 on kestomagneettien 352 ja 355 kohdalla, läpireikä 372 on 12 kestomagneetin 353 kohdalla ja läpireikä 373 on kestomagneetin 358 kohdalla. Mainitut läpireiät suurentavat magneettivuon φ2 kokemaa magneettivastusta verrattuna kuvion 3e mukaiseen tilanteeseen. Kuvion 3e mukaisessa tilanteessa läpireikä 371 on kestomagneetin 351 kohdalla, läpireikä 372 on kestomagneetin 356 5 kohdalla ja läpireikä 373 on kestomagneettien 354 ja 357 kohdalla. Mainitut läpireiät suurentavat magneettivuon φ1 kokemaa magneettivastusta verrattuna kuvion 3d mukaiseen tilanteeseen.Figures 3d and 3e show situations where the magnetic flux guide through holes are in 25 different positions relative to the stator assembly. The holes in the magnetic flux guide are shown with dashed lines. The magnetic flux controller is arranged to provide a smaller magnetic resistance to magnetic flux φ1 than to magnetic flux φ2 when the magnetic flux controller is in position 3d, and to provide a magnetic flux φ2 less than magnetic flux φ1 when magnetic flux 3 is present. In the situation of Fig. 3d, the through hole 371 is at the permanent magnets 352 and 355, the through hole 372 is at the permanent magnet 353, and the through hole 373 is at the permanent magnet 358. Said through holes increase the magnetic resistance experienced by the magnetic flux φ2 compared to the situation of Fig. 3e. In the situation of Figure 3e, the through hole 371 is at the permanent magnet 351, the through hole 372 is at the permanent magnet 356, and the through hole 373 is at the permanent magnets 354 and 357. The said through holes increase the magnetic resistance experienced by the magnetic flux φ1 compared to the situation in Fig. 3d.
Kuviot 4a ja 4b esittävät keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen kestomagne-toidun lineaarigeneraattorin rakennetta. Kuvio 4b esittää kuvioon 4a merkittyä leik-10 kausta A - A. Lineaarigeneraattorissa kaksi magneettivuonohjainta 409 ja 410 ja tukilevy 411, jonka molemmille puolille on asennettu yksi tai useampi staattoriyk-sikkö 401 - 408, joissa kussakin on käämi sekä ensimmäinen kestomagneetti ja toinen kestomagneetti. Magneettivuonohjaimet ja staattoriyksiköt voivat olla esimerkiksi kuvioiden 3a-3f mukaisia.Figures 4a and 4b show the structure of a permanent magnetized linear generator according to an embodiment of the invention. Fig. 4b shows section A-A of section 10 in Fig. 4a. In a linear generator, two magnetic flux controllers 409 and 410 and a support plate 411 are mounted on each side with one or more stator units 401-408 each having a first permanent magnet and a second permanent magnet. The magnetic flux guides and stator units may be, for example, according to Figures 3a-3f.
15 Kuviot 5a, 5b ja 5c esittävät yksityiskohtia keksinnön eräiden suoritusmuotojen mukaisista kestomagnetoiduista lineaarigeneraattoreista, joiden magneettivuonoh-jaimen muotoilu, joka määrää magneettivuonohjaimen muodostamien magneetti-vastusten suuruudet, on magneettivuonohjaimen ensimmäisellä alueella erilainen kuin magneettivuonohjaimen toisella alueella. Kuvio 5a esittää yksityiskohtaa kes-20 tomagnetoidusta lineaarigeneraattorista, jonka magneettivuonohjaimessa on läpi-reikiä, joiden avulla vaihdellaan magneettivoiden kokemaan magneettivastusta. Alueella a läpireikä 503 on muotoiltu siten, että magneettivuonohjain aiheuttaa liikkuessaan vaihtelua kestomagneettien 501 kehittämien magneettivoiden kokemiin magneettivastuksiin, mutta ei käytännöllisesti katsoen aiheuta vaihtelua kes-25 tomagneettien 502 kehittämien magneettivoiden kokemiin magneettivastuksiin. Alueella b läpireiät 504, 505 on muotoiltu siten, että magneettivuonohjain aiheuttaa liikkuessaan vaihtelua sekä kestomagneettien 501 että kestomagneettien 502 kehittämien magneettivoiden kokemiin magneettivastuksiin. Näin ollen magneettivuonohjain on järjestetty aiheuttamaan magneettivuonohjaimen liikealueen en-30 simmäisellä ennalta määrätyllä osa-alueella vähäisempiä muutoksia magneettivoiden kohtaamiin magneettivastuksiin kuin magneettivuonohjaimen liikealueen toisella ennalta määrätyllä osa-alueella. Tällöin myös magneettivuonohjaimen liikettä 13 vastustavat sähkömagneettiset voimat ovat pienempiä mainitulla ensimmäisellä ennalta määrätyllä osa-alueella kuin mainitulla toisella ennalta määrätyllä osa-alueella. Toisaalta tiettyä magneettivuonohjaimen nopeutta vastaava lineaari-generaattorista saatava sähköteho on myös pienempi mainitulla ensimmäisellä 5 ennalta määrätyllä osa-alueella kuin mainitulla toisella ennalta määrätyllä osa-alueella.Figures 5a, 5b and 5c show details of permanent magnetized linear generators according to some embodiments of the invention, the configuration of the magnetic flux controller which determines the magnitudes of the magnetic resistors generated by the magnetic flux controller in the first region of the magnetic flux controller. Figure 5a shows a detail of a centimeter magnetized linear generator having through holes in the magnetic flux controller to vary the magnetic resistance experienced by the magnetic fluxes. In region a, the through hole 503 is shaped such that the magnetic flux controller, when moving, causes a variation in the magnetic resistances of the magnets generated by the permanent magnets 501, but practically causes no variation in the magnetic resistances generated by the magnets 502. In region b, the through holes 504, 505 are shaped such that the magnetic flux controller, when moving, causes a variation in the magnetic resistances experienced by both the permanent magnets 501 and the magnetic resistors generated by the permanent magnets 502. Thus, the magnetic flux controller is arranged to cause minor changes in the magnetic resistances encountered by the magnetic fluxes in the first predetermined portion of the magnetic flux controller range than in the second predetermined portion of the magnetic flux controller. Then, the electromagnetic forces that resist the motion of the magnetic flux controller 13 are also smaller in said first predetermined region than in said second predetermined region. On the other hand, the electric power from the linear generator corresponding to a certain magnetic flux controller speed is also lower in said first predetermined sub-region than in said second predetermined sub-region.
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa kestomagnetoidussa lineaari-generaattorissa magneettivuonohjain on muotoiltu siten, että magneettivuonohjaimen liikettä vastustavat sähkömagneettiset voimat ovat magneettivuonohjaimen 10 edestakaisen liikealueen ääripäissä pienemmät kuin mainitun liikealueen keskialueella.In the permanent magnetized linear generator according to one embodiment of the invention, the magnetic flux controller is designed such that the electromagnetic forces opposing the motion of the magnetic flux controller at the extremes of the reciprocating motion range of the magnetic flux controller 10 are smaller.
Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaisessa kestomagnetoidussa lineaa-rigeneraattorissa magneettivuonohjain on muotoiltu siten, että magneettivuonohjaimen liikettä vastustavat sähkömagneettiset voimat ovat magneettivuonohjaimen 15 edestakaisen liikealueen ääripäissä suuremmat kuin mainitun liikealueen keskialueella. Tällainen lineaarigeneraattori on edullinen esimerkiksi silloin, kun lineaari-liikettä tuottava mekaaninen voima on verrannollinen edestakaisen liikkeen amplitudiin eli liikealueen ääripäiden väliseen etäisyyteen. Tällöin sähkötehoa voidaan tuottaa jo pienen mekaanisen voiman aiheuttamalla pieniamplitudisella lineaariliik-20 keellä. Toisaalta myös suuren mekaanisen voiman tuottama suuriamplitudinen lineaariliike voidaan hyödyntää, koska liikealueen keskialueen ulkopuolella lineaa-rigeneraattorilla on suurempi sähköntuottokyky kuin liikealueen keskialueella.In a permanent magnetized linear generator according to another embodiment of the invention, the magnetic flux controller is shaped such that the electromagnetic forces opposing the motion of the magnetic flux controller at the extremes of the reciprocating motion range of the magnetic flux controller 15 are greater. Such a linear generator is advantageous, for example, when the mechanical force generating the linear motion is proportional to the amplitude of the reciprocal motion, i.e. the distance between the extremities of the motion range. In this case, electric power can already be produced with a small amplitude linear motion caused by a small mechanical force. On the other hand, the high-amplitude linear motion produced by the high mechanical force can also be utilized because the out-of-range linear motion generator has a higher power generation capacity than the mid-range of motion.
Kuvio 5b esittää yksityiskohtaa kestomagnetoidusta lineaarigeneraattorista, jonka magneettivuonohjaimessa 511 on syvennyksiä 512 - 515, joiden avulla vaihdel-25 laan kestomagneettien 516-519 kehittämien magneettivoiden kokemia magneet-tivastuksia. Syvennysten syvyys vaikuttaa syvennysten kykyyn aiheuttaa vaihteluita magneettivoiden kokemissa magneettivastuksissa. Kuviossa 5b kuvatussa rakenteessa syvennysten syvyys kasvaa asteittain, joten magneettivuonohjaimen liikettä vastustava sähkömagneettinen voima kasvaa myös asteittain magneetti-30 vuonohjaimen liikkuessa vakionopeudella nuolen 599 suuntaan, mikäli lineaari-generaattoria kuormitetaan vakioimpedansilla.Fig. 5b shows a detail of a permanent magnet linear generator having magnetic flux controller 511 having recesses 512-515 for varying the magnetic resistances experienced by magnetic fluxes generated by permanent magnets 516-519. The depth of the recesses affects the ability of the recesses to cause variations in the magnetic resistances experienced by the magnetic waves. the pattern illustrated in Figure 5b, the depth of the recesses is gradually increasing, so magneettivuonohjaimen movement of the opposing electromagnetic force increases gradually to the magnetic flow controller 30 is moving at a constant speed in the direction of the arrow 599, if the linear generator is loaded on a constant.
1414
Kuvio 5c esittää yksityiskohtaa kestomagnetoidusta lineaarigeneraattorista, jonka magneettivuonohjaimessa 520 on nystyröitä 521 - 524, joiden avulla vaihdellaan kestomagneettien 525 - 528 kehittämien magneettivoiden kokemia magneettivas-tuksia. Nystyröiden korkeus vaikuttaa nystyröiden kykyyn aiheuttaa vaihteluita 5 magneettivoiden kokemissa magneettivastuksissa. Näin ollen nystyröiden korkeus vaikuttaa magneettivuonohjaimeen kohdistuvaan sähkömagneettiseen voimaan ja saatavaan sähkötehoon.Fig. 5c shows a detail of a permanent magnet linear generator having magnetic flux controller 520 having bumps 521-524 to vary the magnetic resistances experienced by magnetic fluxes generated by permanent magnets 525-528. The height of the bumps affects the ability of the bumps to cause variations in the magnetic resistances experienced by the magnetic fluxes. Thus, the height of the bumps affects the electromagnetic force applied to the magnetic flux controller and the electrical power obtained.
Kuvio 6 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista järjestelyä vesiaaltojen energian hyödyntämiseksi. Järjestelyssä on toimielin 601, joka on järjestetty liik-10 kumaan veden liikkeen mukana. Toimielin 601 on kiinnitetty vesialtaan pohjaan 602 nivelöityyn varteen 603. Varren 603 pituus on edullisesti sellainen, että toimielin 601 sijaitsee vedenpinnan alapuolella. Tällöin toimielimen vikaantumisriski kovassa merenkäynnissä on oleellisesti pienempi kuin veden pinnalla olevan toimielimen vikaantumisriski. Järjestelyssä on kestomagnetoitu lineaarigeneraattori 604, 15 jossa on: - sähköjohtimesta muodostettu käämi, - magneettivuonohjain, joka on lineaarisesti liikuteltavissa mainitun käämin suhteen ja joka on mekaanisesti kytketty toimielimeen, - ensimmäinen kestomagneetti, joka on järjestetty synnyttämään ensimmäi- 20 nen magneettivuo, joka lävistää mainitun käämin ensimmäisessä suunnas sa, ja - toinen kestomagneetti, joka on järjestetty synnyttämään toinen magneettivuo, joka lävistää mainitun käämin toisessa suunnassa.Figure 6 shows an arrangement for utilizing the energy of water waves according to an embodiment of the invention. The arrangement has an actuator 601 which is arranged to move along with the movement of the water. The actuator 601 is secured to the articulated arm 603 of the bottom 602 of the water basin. Preferably, the length of the arm 603 is such that the actuator 601 is located below the water surface. Thus, the risk of actuator failure in hard sea conditions is substantially less than that of the actuator on the surface of the water. The arrangement comprises a permanent magnet linear generator 604 15 having: - a coil formed from an electrical conductor, - a magnetic flux controller which is linearly movable with respect to said coil and mechanically coupled to an actuator, - a first permanent magnet arranged to generate a first, in a first direction, and - a second permanent magnet arranged to generate a second magnetic flux that pierces said coil in a second direction.
Mainittu magneettivuonohjain on järjestetty suurentamaan mainitun ensimmäisen 25 magneettivuon kokemaa magneettivastusta ja pienentämään mainitun toisen magneettivuon kokemaa magneettivastusta vasteena tilanteelle, jossa mainittu magneettivuonohjain siirtyy ensimmäisestä asemasta toiseen asemaan suhteessa mainittuun käämiin. Lineaarigeneraattori on kytketty kaapelilla 606 ulkopuoliseen sähköjärjestelmään. Ulkopuolista sähköjärjestelmää ei ole esitetty kuviossa 6.Said magnetic flux controller is arranged to increase the magnetic resistance experienced by said first 25 magnetic fluxes and to decrease the magnetic resistance experienced by said second magnetic flux in response to a situation where said magnetic flux controller moves from a first position to a second position relative to said winding. The linear generator is connected by cable 606 to an external electrical system. The external electrical system is not shown in Figure 6.
1515
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa järjestelyssä kestomagnetoitu line-aarigeneraattori 604 on kuvioissa 3a-3c esitetyn mukainen. Tällöin kuvioissa 3a ja 3b esitetty varsi 308 vastaa kuviossa 6 esitettyä vartta 605. Kuvioiden 3a-3c mukainen kestomagnetoitu lineaarigeneraattori on edullisesti suljettu suojakoteloon, 5 joka voi olla vedenpitävä.In an arrangement according to an embodiment of the invention, the permanent magnetized line generator 604 is as shown in Figures 3a-3c. In this case, the arm 308 shown in Figures 3a and 3b corresponds to the arm 605 shown in Figure 6. Preferably, the permanent magnet linear generator of Figures 3a-3c is enclosed in a protective housing 5, which may be waterproof.
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa järjestelyssä kestomagnetoitu lineaarigeneraattori 604 on kuvioissa 4a ja 4b esitetyn mukainen. Kuvioiden 4a ja 4b mukainen kestomagnetoitu lineaarigeneraattori on edullisesti suljettu suojakoteloon, joka voi olla vedenpitävä.In an arrangement according to an embodiment of the invention, the permanent magnetized linear generator 604 is as shown in Figures 4a and 4b. Preferably, the permanently magnetized linear generator of Figures 4a and 4b is enclosed in a protective housing, which may be waterproof.
10 Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa järjestelyssä toimielin 601 on vesialtaassa alueella, jossa vesiaallon pituuden L suhde vesialtaan syvyyteen H on välillä 1/20-1/2.In an arrangement according to an embodiment of the invention, the actuator 601 is in a water basin in an area where the ratio of the water wave length L to the water basin H is between 1/20 and 1/2.
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa järjestelyssä mainittu magneetti-vuonohjain on järjestetty aiheuttamaan toimielimen 601 liikealueen ensimmäisellä 15 ennalta määrätyllä osa-alueella vähäisempiä muutoksia mainittujen ensimmäisen ja toisen magneettivuon kohtaamiin magneettivastuksiin kuin toimielimen liikealueen toisella ennalta määrätyllä osa-alueella. Mainittu liikealueen ensimmäinen ennalta määrätty osa-alue käsittää edullisesti paikan, jossa mainittu toimielin sijaitsee vedenpinnan ollessa tyyni. Tällöin lineaarigeneraattorin 604 kehittämä liikettä vas-20 tustava sähkömagneettinen voima on pienimmillään toimielimen 601 liikealueen sillä osa-alueella, joka vastaa pientä vesiaallokkoa. Näin ollen lineaarigeneraattori 604 kykenee tuottamaan sähköenergiaa myös heikolla tuulella. Tyyntä vedenpintaa kuvaa katkoviiva 607 kuviossa 6.In an arrangement according to an embodiment of the invention, said magnetic flux controller is arranged to cause smaller changes in the magnetic resistances encountered by said first and second magnetic fluxes in the first 15 predetermined portions of the actuator range than in the second predetermined portion of the actuator range. Preferably, said first predetermined part of the range of motion comprises a position where said actuator is located when the water level is calm. Thus, the electromagnetic force generated by the linear generator 604 to resist motion is at its smallest in that portion of the range of motion of the actuator 601 corresponding to a small water wave. Thus, the linear generator 604 is capable of generating electrical energy even in low winds. The calm water surface is represented by dashed line 607 in Figure 6.
Kuvio 7 esittää vuokaaviona keksinnön erään suoritusmuodon mukaista menetel-25 mää sähköenergian tuottamiseksi kestomagnetoidulla lineaarigeneraattorilla, jossa on: - sähköjohtimesta muodostettu käämi, - magneettivuonohjain, joka on lineaarisesti liikuteltavissa mainitun käämin suhteen, 16 - ensimmäinen kestomagneetti, joka on järjestetty synnyttämään ensimmäinen magneettivuo φ1, joka lävistää mainitun käämin ensimmäisessä suunnassa, ja - toinen kestomagneetti, joka on järjestetty synnyttämään toinen magneetti- 5 vuo φ2, joka lävistää mainitun käämin toisessa suunnassa,Fig. 7 is a flowchart illustrating a method for generating electrical energy by a permanent magnet linear generator according to an embodiment of the invention, comprising: - a coil formed of an electric conductor, - a magnetic flux controller movable linearly with respect to said coil, 16 - a first permanent magnet, piercing said coil in a first direction, and - a second permanent magnet arranged to generate a second magnetic flux φ2 piercing said coil in a second direction,
Menetelmässä mainitulla magneettivuonohjaimella suurennetaan 701 mainitun ensimmäisen magneettivuon φ1 kokemaa magneettivastusta ja pienennetään 702 mainitun toisen magneettivuon φ2 kokemaa magneettivastusta, kun mainittu mag-neettivuonohjain siirtyy ensimmäisestä asemasta toiseen asemaan suhteessa 10 mainittuun käämiin. Tämän jälkeen mainitulla magneettivuonohjaimella suurennetaan 703 mainitun toisen magneettivuon φ2 kokemaa magneettivastusta ja pienennetään 704 mainitun ensimmäisen magneettivuon φ1 kokemaa magneettivastusta, kun mainittu magneettivuonohjain siirtyy mainitusta toisesta asemasta kolmanteen asemaan suhteessa mainittuun käämiin. Edellä esitetyn toiminnan seu-15 rauksena muodostuu ajallisesti vaihteleva kokonaismagneettivuo φ1 - φ2, joka lävistää mainitun käämin ja indusoi jännitteen.In the method, said magnetic flux controller increases 701 the magnetic resistance experienced by said first magnetic flux φ1 and decreases 702 the magnetic resistance experienced by said second magnetic flux φ2 as said magnetic flux controller moves from a first position to a second position relative to said coil 10. Thereafter, said magnetic flux controller 703 increases the magnetic resistance of said second magnetic flux φ2 and decreases 704 of said first magnetic flux φ1 as said magnetic flux controller moves from said second position to a third position relative to said winding. As a result of the above operation, a total time-varying magnetic flux φ1 - φ2 is formed which pierces said coil and induces a voltage.
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa menetelmässä magneettivuon kokemaa magneettivastusta suurennetaan asettamalla magneettivuonohjaimessa oleva läpireikä mainitun magneettivuon reitille.In the method according to an embodiment of the invention, the magnetic resistance experienced by the magnetic flux is increased by placing a through hole in the magnetic flux controller along the path of said magnetic flux.
20 Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa menetelmässä magneettivuon kokemaa magneettivastusta suurennetaan asettamalla magneettivuonohjaimessa oleva syvennys mainitun magneettivuon reitille.In a method according to an embodiment of the invention, the magnetic resistance experienced by the magnetic flux is increased by placing a recess in the magnetic flux controller along the path of said magnetic flux.
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa menetelmässä magneettivuon kokemaa magneettivastusta pienennetään asettamalla magneettivuonohjaimessa 25 oleva nystyrä mainitun magneettivuon reitille.In a method according to an embodiment of the invention, the magnetic resistance experienced by the magnetic flux is reduced by placing a knob in the magnetic flux controller 25 along the path of said magnetic flux.
Kuten alan ammattilaiselle on ilmeistä, keksintö ja sen suoritusmuodot eivät rajoitu edellä kuvattuihin suoritusmuotoesimerkkeihin vaan keksintöä ja sen suoritusmuotoja voidaan muunnella itsenäisen patenttivaatimuksen puitteissa. Patenttivaatimusten sisältämät tunnuspiirteiden olemassa oloa kuvaavat ilmaukset, esimerkiksi 17 ’’kestomagnetoidussa lineaarigeneraattorissa on käämi”, ovat avoimia siten, että tunnuspiirteiden esittäminen ei poissulje sellaisten muiden tunnuspiirteiden, joita ei ole esitetty itsenäisissä patenttivaatimuksissa, olemassa oloa.As will be apparent to a person skilled in the art, the invention and its embodiments are not limited to the exemplary embodiments described above, but the invention and its embodiments may be modified within the scope of the independent claim. The expressions describing the existence of the features contained in the claims, for example 17 '' in a permanent magnetized linear generator with a coil, are open so that the disclosure of the features does not exclude the existence of other features not set forth in the independent claims.
Claims (26)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20070133A FI119791B (en) | 2007-02-15 | 2007-02-15 | linear generator |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20070133A FI119791B (en) | 2007-02-15 | 2007-02-15 | linear generator |
| FI20070133 | 2007-02-15 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI20070133A0 FI20070133A0 (en) | 2007-02-15 |
| FI20070133A FI20070133A (en) | 2008-08-16 |
| FI119791B true FI119791B (en) | 2009-03-13 |
Family
ID=37832177
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI20070133A FI119791B (en) | 2007-02-15 | 2007-02-15 | linear generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FI (1) | FI119791B (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8277146B2 (en) | 2007-03-14 | 2012-10-02 | Langlee Wave Power As | Wave power plant |
| WO2019229290A1 (en) | 2018-05-30 | 2019-12-05 | Aw-Energy Oy | Wave energy recovery apparatus with power-take-off arrangement |
-
2007
- 2007-02-15 FI FI20070133A patent/FI119791B/en active IP Right Grant
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8277146B2 (en) | 2007-03-14 | 2012-10-02 | Langlee Wave Power As | Wave power plant |
| WO2019229290A1 (en) | 2018-05-30 | 2019-12-05 | Aw-Energy Oy | Wave energy recovery apparatus with power-take-off arrangement |
| EP4112917A1 (en) | 2018-05-30 | 2023-01-04 | AW-Energy Oy | Wave energy recovery apparatus with power-take-off arrangement |
| EP4112918A1 (en) | 2018-05-30 | 2023-01-04 | AW-Energy Oy | Wave energy recovery apparatus with power-take-off arrangement |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI20070133A (en) | 2008-08-16 |
| FI20070133A0 (en) | 2007-02-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2019216507B2 (en) | A linear faraday induction generator for the generation of electrical power from ocean wave kinetic energy and arrangements thereof | |
| US7310944B2 (en) | Wave energy converters (WECs) with velocity multiplication | |
| JP4521394B2 (en) | Wave power generation assembly with electromagnetic damping means | |
| US7323790B2 (en) | Wave energy converters (WECs) with linear electric generators (LEGs) | |
| Farrok et al. | Oceanic wave energy conversion by a novel permanent magnet linear generator capable of preventing demagnetization | |
| CN101595628B (en) | switched reluctance linear motor/generator | |
| CN102457154A (en) | Linear motor device | |
| JP2008259264A (en) | Oscillation power generating set | |
| FI119791B (en) | linear generator | |
| KR200386338Y1 (en) | High efficiency Generator which does not have a second electrical load | |
| Jiang et al. | Design and modelling of a novel linear electromagnetic vibration energy harvester | |
| KR101702026B1 (en) | magnetic flux concentration type linear generator comprising composite material | |
| Arof et al. | Permanent magnet linear generator design using finite element method | |
| WO2017165442A1 (en) | Apparatus for extracting power from fluid flow | |
| CN107482872B (en) | Two-dimensional electromagnetic exciter | |
| Lu et al. | Design and analysis of tubular linear PM generator | |
| US8487486B1 (en) | Folded electromagnetic coil | |
| RU2276447C2 (en) | Linear magnetic motor | |
| KR20050112614A (en) | High efficiency generator with improved stator | |
| Barajas-Solano et al. | Active Magnetic Bearings for Linear Generators | |
| Tang et al. | Electromagnetic vibration energy harvesting with high power density using a magnet array | |
| Yamaguchi et al. | Design and analysis of cross-coupled 2 DOFs planar direct drive motor | |
| Jiang et al. | Design and modelling of a novel linear | |
| Thorburn et al. | Generators and electrical systems for direct drive energy conversion | |
| Gargov et al. | Structural designs and forces in direct drive linear generators for marine wave power generation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Ref document number: 119791 Country of ref document: FI |