NO129024B - - Google Patents

Description

Elektrisk generator.

Foreliggende oppfinnelse vedrorer en elektrisk generator, spe-sielt for produksjon av hoy spenning, som består av en induksjonsspole, en loper som drives og er tilordnet spolen og på hvis overflate er anordnet et skruelinjeformet bånd av ferromagne-

tisk materiale, og en magnet som produserer et magnetfelt.

Elektriske generatorer er kjent generelt og med forskjellige oppbygninger. Prinsipielt beveges en induksjonsspole relativt til et magnetfelt, hvorved det induseres en strom i spolen.

Den oppnådde elektromotoriske kraft er derved proporsjonal med forandring av antallet av magnetiske feltlinjer som går gjennom en spolesloyfe per tidsenhet.

Generato^e^ av ovennevnte art har en spesiell byggeform.som til-svarer en generator ifolge 'FR-PS 996 645. Imidlertid dreier det seg her om en unipolargenerator med hvilken det oppnåes bare lavere spenninger på praktisk 15 V. Denne generator skiller seg fra en av vanlig oppbygning ved at en av magnetens poler som danner magnetfeltet er utformet som et skruelinjeformet lopende bånd som er dreibart overfor induksjonsspolen. Felt-linjene, som trer ut fra dette bånd, stryker på en måte bors-tende hen over induksjonsspolens vikling og gir dermed induk-sjon.

I den moderne industri er det et stort behov for hoyspenningskilder, f.eks. i den kjemiske industri ved kjemisynteser. eller på hoynivå i kjemiens område. Likeledes trenger man hoyspenningskilder for luftrensningen, som gir raske gnister ved korona-utladninger i f.eks. elektrostatiske filtre. Disse korte ut-ladninger i koronaen dannes i hoyspenningskilder med meget lav induktans. I vår tid er disse hoyspenningskilder praktisk hoy-spenningstransformatorer som er forbundet med elektriske generatorer hvor denne kombinasjon har en meget hoy induktanse. Når en slik hoyspenningskilde f.eks. er forbundet med osongenera-torer, vedvarer gnistene i osongeneratoren lenge og begrenser derved ydelsen for osondannelsen.

For anvendelsen på nevnte og andre områder må der tas hensyn

til at det ved fluktasjonen av den elektriske strom oppstår vi-brasjoner i rotoren som vanskelig kan styres slik at det faktisk er meget vanskelig og krevende å garantere en konstant rotasjon av rotoren og derved en konstant frekvens av den dannede strom, som er onskelig for de nevnte områder og skal ligge f.eks. ved

_4

50 Hz med en noyaktighet i en størrelsesorden av + 10

Oppfinnelsen har altså som mål å frembringe en elektrisk generator, særlig for fremstilling av hoye spenninger.,, som tilfreds-stiller ovennevnte krav.

Ifolge oppfinnelsen blir denne oppgave lost ved hjelp av en generator av den nevnte art, slik at endeområdene av det bånd som omgir et delområde av induksjonsspolen, er anordnet overfor magnetens to poler, idet båndet er slik avmålt og anordnet at den maksimale virksomme båndlengde for den kontinuerlig på induksjonsspolen virkende magnetiske fluks målt i vinkelgrader, utgjor minst to ganger 360°.

Denne losning utgjor således et nytt mekanisk byggeprinsipp

for realiseringen av den tidsmessige forandring av den magnetiske fluks' innvirkning på induksjonsspolen i den elektriske generator, idet den tidsmessige forandring av den magnetiske fluks forårsakes av det ferromagnetiske bånd som dreies rundt sin akse, d.v.s. induksjonen av e.m.k. i spolen skjer ved forand-ringen av den virksomme båndlengde for den magnetiske fluks i det ferromagnetiske bånd.

Det skruelinjeformet forlopende bånd dreier seg mellom en elek-tromagnet og en del av induksjonsspolen, idet spolen går gjennom båndet og dessuten omkring båndet.

Magneten befinner seg utenfor båndet, og det magnetiske felt går fra en pol over en luftspalte i det ferromagnetiske bånd tilbake over en ytterligere luftspalte til den andre av magnetens poler. Når det ferromagnetiske bånd roterer rundt sin akse, går ved hver halv omdreining den magnetiske fluks gjennom båndet, nemlig en gang over 360° og en annen over 2 x 360°, eller et multiplum av dette eftersom hvor langt båndet er.

På denne måte oppstår en hoyspent strom, hvis frekvens står i direkte forhold til rotasjonen av det skruelinjeformede bånd.

Denne frekvens kan på grunn av den lave innflytelse av den Lenz'iske kraft holdes meget presis. For eksempel ved 50 Hz kan frekvensens noyaktighet holdes på + 10~<4> sek. hvilket er

en meget viktig parameter for flere anvendelser av denne generator i den såkalte plasmafysikk.

Denne generator som ikke trenger noen kommutator har en lav induktans og kan således med særlig fordel anvendes på folgende områder:

a) for fremstillingen av en såkalt hybridplasma ved lysbueutladning med meget korte gnister b) for fremstilling av oson ved lysbueutladning med meget hoy effektutbytte

c) for kjemiske synteser

d) for luftrensning i elektrostatiske filtre

e) for drift av såkalte plasmageneratorer i hvilke fremstilles metastabile ioner, idet i forbindelse med slike plasmageneratorer kan oppnås en cos jO som er praktisk talt lik en.

Generatoren ifolge oppfinnelsen forklares nærmere nedenfor ved hjelp av et utforelseseksempel i tegningen.

I denne fremstilling viser:

fig. 1 prinsippskjerna av generatoren og

fig. 2 skjematisk en utforelsesform av generatoren.

I figurene betegnes med 1 det ferromagnetiske bånd med en lengde på 2,666" x 360° med 2 elektro- resp. permanentmagneter med 3 induksjonsspoler, med 4 akser av det skruelinjef ormet forlopende bånd X med 5 åpninger mellom vindingene av båndet 1, med 6 båndets bredde, med 7 åpningen mellom den magnetiske pol S og N og med 8 luftspalten mellom den magnetiske pol (S, N) og båndet 1.

Ved rotasjon av det ferromagnetiske bånd 1 om aksen er den magnetiske fluks fra den magnetiske pol S til den magnetiske pol N konstant, d.v.s. den magnetiske fluks avbrytes aldri ved rotasjonen. Det som forandrer seg er den virksomme båndlengde for den magnetiske fluks. Ved hver omdreining er banen av den magnetiske fluks to ganger lengre eller to ganger kortere. Når* båndets 1 lengde måles med vinkelgradtallet så er banen av den ; magnetiske fluks i den forste halve periode en gang 360°, i den andre periode to ganger 360°. ;i Ved båndets 1 omdreining forandrer antallet av feårrclets 1 magne-. ;tiske områder seg som virker på induksjonsspolen 3. I den forste halve periode virker på induksjonsspolen 3 en vinding, ;og i den andre halve periode virker to vindinger av båndet 1 på induksjonsspolen 3. Spiralens lengde må være minst to ganger 360°. Teoretisk kan imidlertid båndets lengde være mangedobbelt. For et ideelt sinusforlop av den induserte strom er båndets 1 lengde 2,666<*> x 360°, eller 3,666" x 360° eller 4,666" x 360° osv.

Teoretisk ligger begrensingen for båndets lengde mellom 2 x 360° og ved oo x 360°, og magnetens poler befinner seg alltid ved begynnelsen og ved slutten av båndet 1.

Når magneten 2 danner den magnetiske fluks fi <, frembringes det en indusert elektromotorisk kraft i induksjonsspolen som folger

forste halve periode = 1 jZT

annen halve periode = 2 ( f

Det betyr at når båndet gjor en omdreining så induseres i induksjonsspolen 3 en periode av den elektriske spenningens sinus-kurve. Med andre ord, en sinusperiode av den elektriske spenning induseres i induksjonsspolen efter en omdreining (2n) og den halve periode av sinuskurven efter en halv omdreining ( ln). Induksjonsspolen 3 og elektromagneten 2 er stasjonære og bare det ferromagnetiske skruelinjeformede forlopende bånd 1 dreier seg. En kommutator er, som nevnt, ikke nodvendig.

Frekvensen av den induserte elektriske sinusformet lbpende spenning er avhengig av rotasjonen av det ferromagnetiske bånd, og den elektriske spenning ved induksjonsspolen er avhengig av dennes omdreiningstall samt av den magnetiske fluks og av båndets 1 omdreiningstall.

For fremstilling av hoyspenning er Induksjonsspolen 3 innelukket i et ror 11 (se fig. 2), som er fylt med transformatorolje eller : et annet isolasjonsmedium.

I fig. 2 vises skjematisk en praktisk utforelsesform. I fig. 2 er under bibeholdelse av henvisningstallene 1-8 ytterligere betegnet efterfoiende deler: med 9 et ikke ferromagnetisk bære-ror for det ferromagnetiske bånd, med 10 lagre for bæreroret, med 11 et innkapslingsror for induksjonsspolen 3, med 12 fotter for roret 11 som er fylt med transformatoroljen 13, med 14 gjennomforingsisolator for spoletilkoblinger 15, med 16 vik-lingen av elektromagneten 2 og med 18 et kort isolasjonsstykke når roret 11 består av metall.

Roret 11 er forsynt med lagre 10 som bærer bæreroret 9 for det ferromagnetiske bånd 1. Båndet 1 som er skruelinjeformet på-fort bæreroret 9 roterer med bæreroret 9 som dreies rundt den fiktive akse 4 av en ikke vist drivkraft. Mellom 9 og 11 er lagrene 10. Elektromagneten 2 står med fotter på en plattform, på hvilken også med fotter 12 er anordnet roret 11. Roret 11 består fortrinnsvis av et elektrisk isolerende materiale, men det kan også bestå av metall dog må da anordnes et isolasjonsstykke 18 for å forhindre at det induseres en strom i roret.

Elektromagnetens 2 magnetiske fluks hvis poler fortrinnsvis består av et mykt ferromagnetisk materiale lukkes over båndet 1. Når båndet 1 roterer induseres i induksjonsspolen 3 en elektromotorisk kraft. Maxwell-Faraday<1>s lov gjelder i dette tilfelle i den folgende form: forste halve omdreining av spiralen . = 1 tfi annen halve omdreining av spiralen = 2

hvorved_0"er den absolutte verdi av den magnetiske fluks som produseres av magneten 2.

Denne forandring av den magnetiske fluks representerer en sinu^-periode av den elektromotoriske kraft som induseres i induksjorfs-spolen 3. Når det er anordnet en elektrisk motstand i til-koblingene 15, så sirkulerer over motstanden og gjennom spolen j 3 en elektrisk strom.

i

En meget betydningsfull fordel ved denne generator består i induksjonsspolens 3 meget lave induktans.

Induktansen (L) er eksempelvis definert således:

idet som kjent u. er den relative permeabilitet av båndet 1 i foreliggende tilfelle, N er antallet av spolens 3 viklinger,

A er tverrsnittet av den magnetiske fluks og 1 lengden av induksjonsspolen 3.

Induksjonsspolens 3 induktanse er så lav fordi det ferromagnetiske bånd 1 alltid står under innflytelse av den magnetiske fluks. Intensiteten av det magnetiske felt i båndet 1 er alltid konstant, hvorfor båndets 1 relative permeabilitet alltid er konstant og lav. Båndets 1 absolutte permeabilitet |iQ må naturligvis være så hoyt som mulig.

Denne lave induktans er som nevnt en meget stor fordel og kan nyttiggjores ved fremstilling av oson samt ved spesielle anvendelser i plasmakjemien og i plasmafysikken. Den andre meget viktige fordel er den presise kontroll av den elektriske spenningens frekvens som produseres av denne generator og er mulig fordi den mekaniske omdreining av båndet 1 noyaktig kan reguleres, nemlig slik at båndets 1 omdreininger reguleres så noyaktig fordi den magnetiske fluks som omfatter induksjonsspolen

har ifolge Lenz's lov en meget fintfoiende tilbakevirkning på

rotasjonen av det ferromagnetiske bånd noe som betyr at rotoren under rotasjon holdes fri for mekaniske svinginger.

For den praktiske utforelse av en slik generator skal iakttas i folgende: I For generatorens prinsipielle funksjon må båndets lengde være

I minst to ganger 360°. For virkeliggjorelse av en ideell sinus-jjj Skurve av den elektriske spenning som produseres av denne gene-; rator kan eksempelvis anvendes folgende parametere:

i

Lengden av det ferromagnetiske bånd: 2,666" x 360°.

Bredden 6 av båndet burde være lik åpningens 5 bredde mellom båndets 1 vindinger. Åpningen 7 mellom den magnetiske pol S og N burde tilsvare bredden 6 multiplisert med 1,333", mens bredden av de magnetiske poler bor tilsvare bredden 6 multiplisert med 1,666".

Når eksempelvis båndets lengde er 3,666' x 360° må åpningen 7 være: (bredde 6 ganger 1,333") + to ganger båndets bredde 6.

Når båndets lengde er 4,666" x 360° så må åpningen 7 være: (båndets bredde 6 ganger 1,333") + fire ganger båndets bredde 6. Når båndets lengde er 5,666" x 360° må åpningen 7 være: (ribbenes bredde 6 ganger 1,333") + seks ganger båndets bredde o.s.v.

Det ferromagnetiske bånd 1 må bestå av et mykt magnetisk materiale, d.v.s. avmagnetiseringskraften må være minimal, hysteresekurven må være helt trang og permeabiliteten må være så stor som mulig. Videre må den elektriske motstand for det ferromagnetiske bånd være så stor som mulig. Et ideelt materiale for båndet ville være ferrit, men også stopestål, permalloy, supermalloy m.m.

kan anvendes.

Elektromagneten 2 kan utfores på kjent måte.

Bæreroret 9 kan bestå av et ikke-magnetisk såvel som et elektrisk ikke-ledende materiale. Dette ror må ikke bare ha en lukket vegg, men kan også oppvise gjennombrutte vegger.

Claims (3)

1. Elektrisk generator som består av en induksjonsspole, en loper som drives og er tilordnet spolen og på hvis overflate er anordnet et skruelinjeformet forlbpende bånd av ferromagnetisk materiale, og en magnet som produserer et magnetfelt, karakterisert ved at endeområdene av det bånd som

også omgir et delområde av induksjonsspolen (3) er anordnet overfor magnetens (2) to poler (S, N) idet båndet (1) er slik avmålt og anordnet at den maksimale virksomme båndlengde for den kontinuerlig på induksjonsspolen (3) virkende magnetiske fluks, målt i vinkelgrader, utgjor minst to ganger 360°.

2. Generator ifolge krav 1, karakterisert ved at polenes (S, N) bredde og åpning (7) mellom magnetens (2) poler er slik avmålt at den virksomme båndlengde for den magnetiske fluks forandrer seg minst 360° ved en halv omdreining av båndet (1).

3. Generator ifolge et av kravene 1 og 2, karakterisert ved at båndet (1) er anordnet på en dreibart lagret bærer (9) og induksjonsspolen (3) er omgitt av et innkapslings-rbr.