PL225263B1 - Przetwornik energii mechanicznej ruchu obrotowego na energię elektryczną - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przetwornik energii mechanicznej ruchu obrotowego na energię elektryczną, stanowiący urządzenie elektryczne pracujące na zasadzie indukcji elektromagnetycznej, stosowany w celu zasilania odbiorników małej mocy.

Znane są przetworniki energii mechanicznej ruchu obrotowego na energię elektryczną małej mocy, wykorzystywane na przykład do zasilania oświetleniowych lamp roweru - wbudowane w piastę koła lub w urządzeniach mechanicznych - mocowane na przykład do koła pasowego. Przetworniki o takiej konstrukcji przedstawiono w opisach patentowych EP1251023 i EP0669699 oraz w opisie zgłoszeniowym wynalazku PL 395787.

W rozwiązaniach przedstawionych w opisach patentowych EP1251023 i EP0669699, w łożyskowanej na osi koła obrotowej piaście, osadzony jest tulejowy korpus z materiału niemagnetycznego, w który wbudowany jest zespół magnesów trwałych. Magnesy są osadzone wzdłużnie na wewnętrznej, cylindrycznej powierzchni, symetrycznie rozstawione przez oddzielające je nabiegunniki. Sztabkowe magnesy spolaryzowane są promieniowo. Na nieruchomej osi koła jest zamocowany stojan z cewkami indukcyjnymi, które są nawinięte na wzdłużnych zębach stanowiących rdzenie ukształtowane na obwodzie stojana. Cewki nawinięte na tych rdzeniach mają uzwojenia o osiach wzdłużnych równoległych do osi obrotu stojana, podobnie jak w żłobkach wirnika w silnikach elektrycznych.

W opisie zgłoszeniowym wynalazku PL 395787, przetwornik energii ruchu obrotowego na energię elektryczną, zawierający obrotowo łożyskowane względem siebie: tulejowy korpus z materiału niemagnetycznego z magnesami trwałymi osadzonymi wzdłużnie na wewnętrznej cylindrycznej powierzchni, w symetrycznie rozstawionych żłobkach oraz cewkę indukcyjną zamocowaną na wale współosiowym z korpusem, znamienny tym, że magnesy trwałe w liczbie parzystej, spolaryzowane poosiowo wzdłużnie, skierowane są na przemian w sąsiadujących ze sobą żłobkach na obwodzie korpusu biegunami przeciwnymi (N-S-N-S-..), natomiast cewka indukcyjna ma uzwojenie współosiowe z osią ferromagnetycznego wału, na którym osadzona jest w pierścieniowej wnęce ferromagnetycznej obudowy o kształcie litery „U” w półprzekroju wzdłużnym, przy czym w obu kołnierzach obudowy w ykonane są wycięcia wyznaczające bieguny w liczbie równej połowie magnesów trwałych. Przetwornik ten jest znamienny tym, że długość obudowy jest równa długości magnesów trwałych, szerokość biegunów obudowy jest równa szerokości magnesów trwałych, a uzwojenie cewki indukcyjnej wykonane jest z folii miedzianej lub aluminiowej, nawiniętej na karkasie.

Przetwornik energii według wynalazku, zawierający stojan, który stanowią korpus ferromagnetyczny w kształcie wydrążonego walca i układy magnesów trwałych o kształcie wycinków wydrążonego walca o orientacji namagnesowania promieniowej, rozmieszczonych naprzemiennie, na wewnętrznej obwodnicy korpusu ferromagnetycznego, współosiowym z korpusem ferromagnetycznym, cewkę indukcyjną zamocowaną na wale napędowym wirnika, charakteryzuje się tym, że do rdzenia cewki cylindrycznej o kształcie walca ferromagnetycznego, zamocowane są do każdej z dwu podstaw, dwa układy biegunów przesunięte względem siebie, tworzące dla wirnika skośny układ biegunów, gdzie ramiona układu biegunów przesunięte są o kąt - rad, a p to liczba par biegunów. Każdy układ bieguP nów zamocowany do podstawy rdzenia cewki cylindrycznej, składa się z ramienia przechwytującego pole magnetyczne z magnesów trwałych oraz płaskownika stanowiącego połączenie ramienia z rdzeniem cewki cylindrycznej.

Budowę przetwornika według wynalazku przedstawiono na rysunku w przekroju poprzecznym na Fig. 1 oraz w przekroju osiowym na Fig. 2. Diamagnetyczna obudowa 1 przetwornika obejmuje korpus ferromagnetyczny 2 w kształcie wydrążonego walca. Do wewnętrznej powierzchni korpusu ferromagnetycznego 2 zamocowany jest układ magnesów trwałych 3 w postaci wycinków wydrążonego walca o namagnesowaniu promieniowym. Magnesy trwałe 3, parami o podobnych i przeciwnych zwrotach namagnesowania, są rozmieszczone przemiennie na wewnętrznej obwodnicy korpusu ferromagnetycznego 2. Do jednej i drugiej podstawy rdzenia cewki 6, zamocowano dwie pary biegunów 5, ułożonych względem siebie skośnie. Kąt ułożenia skośnego zależy od liczby par biegunów p i wynosi ^- rad, a p to liczba par biegunów 4.

p

W przykładzie wykonania p=2 i kąt ten wynosi ^- rad. Parę biegunów 4 tworzą płaskownik 5 ułożony wzdłuż promienia oraz dwa ramiona 7 równoległe do tworzącej powierzchni pobocznicy wewnętrznej korpusu ferromagnetycznego 2 stojana. Powierzchnie ramion biegunów 4 są równoległe do powierzchni magnesów trwałych 3 i tworzą z magnesami trwałymi 3 szczelinę powietrzną 9. WydrążoPL 225 263 B1 ny rdzeń 6 z umieszczonym na nim uzwojeniem w kształcie cewki cylindrycznej 8 z karkasem 11, wraz z biegunami 4 tworzą obwód magnetyczny wirnika.

Obwód magnetyczny stojana składa się z układu magnesów trwałych 3 oraz korpusu ferrom agnetycznego 2. Obwód magnetyczny stojana i wirnika połączone są poprzez szczeliny powietrzne 9.

Liczba par biegunów 4 wirnika jest równa liczbie par magnesów trwałych 3 stojana. Wał napędowy 10 wirnika jest ułożyskowany względem obudowy stojana.

W położeniu wirnika względem stojana, pole magnetyczne dwu magnesów trwałych 3 poprzez szczeliny powietrzne 9, przenika do ramion układu biegunów 4 wirnika i następnie przez płaskowniki 5 biegunów 4 wnika do rdzenia 6 cewki cylindrycznej 8, wytwarzając osiowe pole magnetyczne. Pole to, przenika skośnym układem biegunów 4, poprzez szczeliny powietrzne 9 i parę magnesów trwałych 3 o odmiennej orientacji namagnesowania do korpusu ferromagnetycznego 2 stojana. Korpus ferromagnetyczny 2 stojana prowadzi pole magnetyczne do magnesów trwałych. Układ skośnych biegunów 4 wirnika powoduje dodawanie się pól magnetycznych wywołanych parami biegunów 4 o różnej orientacji. Dla kąta β=0 między osiami układów magnesów trwałych 3 i biegunów 4 wirnika, strumień magnetyczny Φ przenikający cewkę cylindryczną 6 jest największy 0>_max.

Podczas obrotu wirnika, od omawianego położenia, narastają długości szczelin powietrznych 9, maleją ich przekroje a reluktancje szczelin powietrznych 9 rosną. Pole magnetyczne w rdzeniu 6 cewki cylindrycznej 8 oraz strumień Φ maleją.

Przy zmianie położenia wirnika względem stojana o kąt β=π/4 rad strumień Φ przenikający cewkę cylindryczną 6 jest równy zeru. Gdy wirnik względem stojana przyjmie położenie wyznaczone kątem β=π/2 rad, ramiona układu biegunów 4 wirnika znajdą się w obszarze działania magnesów trwałych 3 o przeciwnej orientacji niż dla kąta β=0, zwrot strumienia w walcu wewnętrznym zmieni się na przeciwny, a z uwagi na symetrię konstrukcji przetwornika strumień będzie miał tę samą wartość jak dla kąta β=0 i wyniesie - Φ^.

Podczas ruchu względnego układu stojan - wirnik, w trakcie narastania kąta β, strumień magnetyczny przenikający cewkę cylindryczną 8 zmienia się od wartości Φ^ dla β=0, poprzez Φ=0 dla β=π/4 rad, - Φ^ dla β=π/2 rad, dalej Φ=0 rad dla β=3/4π, Φ^ dla β=π, co obrazuje wykres powyżej

Claims (2)

1. Przetwornik energii mechanicznej ruchu obrotowego na energię elektryczną, zawierający stojan, który stanowią korpus ferromagnetyczny w kształcie wydrążonego walca i układy magnesów trwałych o kształcie wycinków wydrążonego walca o orientacji namagnesowania promieniowej, rozmieszczonych naprzemiennie, na wewnętrznej obwodnicy korpusu ferromagnetycznego, cewkę indukcyjną zamocowaną na wale napędowym wirnika, współosiowym z korpusem ferromagnetycznym, znamienny tym, że do rdzenia (6) cewki cylindrycznej (8) o kształcie walca ferromagnetycznego, zamocowane są do każdej z dwu podstaw, dwa układy biegunów (4) przesunięte względem siebie, tworzące dla wirnika skośny układ biegunów, gdzie ramiona układu biegunów przesunięte są o kąt - rad, a p to p

liczba par biegunów (4).

2. Przetwornik według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy układ biegunów (4) zamocowany do podstawy rdzenia (6) cewki cylindrycznej (8), składa się z ramienia (7) przechwytującego pole magn etyczne z magnesów trwałych (3) oraz płaskownika (5) stanowiącego połąc zenie ramienia (7) z rdzeniem (6) cewki cylindrycznej (8).