RU168348U1 - Линейный генератор электрической энергии на постоянных магнитах - Google Patents

Abstract

Область техники: полезная модель относится к области электрических машин, преобразующих механические возвратно-поступательные движения постоянных магнитов относительно обмоток статора в переменный электрический ток, и может быть использована в энергетике или в качестве автономного источника электрического энергии, в части интенсификации ее выработки, за счет использования нетрадиционных источников энергии. Суть полезной модели: линейный генератор электрической энергии на постоянных магнитах состоит из основания, к которому крепятся направляющие, по которым скользят муфты, соединенные с кассетой, в которой уложены магниты. Шток соединен с кассетой и приводным устройством, передающим возвратно-поступательные движения на кассету, которая совершает возвратно-поступательные движения между катушками статора, закрепленными на раме, опирающейся на основание. Технический результат: использование линейного генератора электрической энергии на постоянных магнитах позволяет повысить интенсификацию процесса производства электрической энергии за счет применения постоянных магнитов, ориентированных таким образом, что вектор их намагниченности перпендикулярен осям катушек статора, установленным на O-образных разрезных сердечниках из ленточной трансформаторной стали, выполняющих роль полюсных наконечников. Это минимизирует рассеивание магнитного поля постоянных магнитов, уменьшает потери в сердечнике, повышает КПД генератора, делает изготовление магнитопровода более технологичным.

Description

Изобретение относится к области электрических машин, преобразующих механические возвратно-поступательные движения постоянных магнитов относительно обмоток статора в переменный электрический ток, и может быть использовано в энергетике или в качестве автономного источника электрического энергии, в части интенсификации ее выработки, за счет использования нетрадиционных источников энергии (энергии ветра).

Технический результат заключается в расширении области использования, совершенствовании технологии производства, а также для получения сравнительно дешевой электроэнергии, в том числе за счет возобновляемой энергии.

Известен электрический генератор (1), представляющий собой цилиндрический корпус, в котором установлены обмотки статора, торцевые стенки и якорь, выполненный в виде кольцевого магнита, полюсные наконечники которого имеют заостренные участки для концентрации магнитных силовых линий на них. Якорь закреплен на оси с возможностью возвратно-поступательных движений внутри статорных обмоток; корпус и стенки выполнены из немагнитного материала; пространство между заостренными участками и обмотками статора заполнено магнитной жидкостью или подобным ей веществом. Якорь может быть выполнен в виде постоянного магнита или электромагнита. При движении якоря в катушках статора наводится электродвижущая сила индукции, а генератор является источником электрической энергии.

Недостатком данного устройства является ограниченный размерами катушек ход якоря, при движении которого магнитный поток пронизывает только часть витков обмотки катушек, и наличие значительного рассеивания магнитного поля. Недостатком также является сложность конструкции, требующая полюсных наконечников сложной формы.

Известна также конструкция обратимой электрической машины возвратно-поступательного движения (2), которая содержит статор с катушками и якорь, у которых попарно выступы полюсов магнитопроводов статора и якоря в исходном состоянии располагаются напротив друг друга. В каждой из упомянутых пар один из полюсов разделен на две части посредством постоянного магнита, частично формирующего выступ полюса, вектор намагниченности которого совпадает по направлению с движением якоря. В режиме генератора, за счет возвратно-поступательного перемещения якоря внешней силой, постоянные магниты с разнонаправленными векторами намагниченности попеременно попадают в зазор между полюсными выступами. В результате чего в магнитопроводах статора и якоря наводится переменное магнитное поле, вызванное магнитным полем постоянных магнитов. При этом в катушке статора наводится электродвижущая сила индукции, а генератор является источником электрической энергии.

Недостатком данного устройства является еще более ограниченный ход якоря, кроме того, поскольку магниты расположены ребром к полюсным наконечникам, для достижения заявленной в зазоре магнитной индукции между полюсными выступами, необходимы магниты с большими массогабаритными характеристиками, что увеличивает массу, размеры и стоимость генератора и снижает его КПД. Недостатком так же является сложность конструкции, требующая применения магнитопроводов сложной формы.

Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в повышении интенсификации процесса производства электрической энергии за счет применения постоянных магнитов, ориентированных таким образом, что вектор их намагниченности перпендикулярен осям катушек статора, установленным на O-образных разрезных сердечниках из ленточной трансформаторной стали, выполняющих роль сердечников катушек и их полюсных наконечников. Это минимизирует рассеивание магнитного поля постоянных магнитов, уменьшает потери в сердечнике, повышает КПД генератора, упрощает изготовление магнитопровода, делая его более технологичным. Конструкция генератора позволяет использовать его в качестве источника электрической энергии при совместном применении с автоколебательным ветродвигателем (3), повышая, тем самым, его экологичность за счет использования энергии ветра.

Поставленная техническая задача решается посредством увеличения рабочего хода якоря, оптимизацией магнитной системы, за счет применения в качестве источника магнитного поля кассеты, с уложенными в ряд магнитами, с чередующейся разнонаправленной намагниченностью, применения в качестве материала сердечников катушек и их полюсных наконечников, разрезных O-образных сердечников определенного размера, изготовленных из ленточной трансформаторной стали, использовании в качестве привода генератора автоколебательного ветродвигателя.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства генератора электрической энергии на постоянных магнитах. Генератор состоит из основания 1, к которому крепятся направляющие 2, по которым скользят муфты 6, соединенные с кассетой 4, в которой уложены магниты. В верхней части направляющие крепятся к планке 3, которая соединена с рамой (на рисунке не показана), опирающейся на основание 1. Через отверстие в планке 3 проходит шток 5, соединенный с кассетой 4. Шток кинематически соединяется с приводным устройством (например, автоколебательным ветродвигателем), передовая возвратно-поступательные движения на кассету с магнитами. Статор 7, в виде катушек с разрезными O-образными сердечниками закреплен на немагнитной панели (на рисунке не показана), которая крепится к раме генератора.

Магнитная система генератора в сечении А-А представлена на фиг. 2.

Отличительной особенностью конструкции магнитной системы является то, что кассета с магнитами 4 движется между катушками 9 с установленными в них сердечниками статора 8, которые образуют двойную симметричную систему, относительно полюсов магнитов. Это позволяет минимизировать рассеивание магнитных полей магнитов и более полно использовать рабочий объем магнитной системы.

Магниты имеют форму параллелепипедов и расположены в кассете таким образом, что их полюса последовательно чередуются. Ширина магнита «а» равна ширине сердечника статора. Если расстояние «b» между внутренними частями сердечников будет равно b=2an, где n=1, 2, 3, то направление магнитных полей в различных частях магнитопровода и катушках будет согласовано при любом положении магнитов относительно катушек статора. Катушки генератора можно соединять последовательно, параллельно, смешано - в зависимости от требуемого напряжения и тока нагрузки. При подключении к генератору диодного моста с конденсатором соответствующей емкости, он будет источником постоянного электрического тока.

Генератор работает следующим образом: при соединении штока генератора 5 с приводным устройством, кассета 4 начинает совершать возвратно-поступательные движения. Чем больше магнитов уложено в ряд и чем больше их размер «а», тем на большую амплитуду колебаний может быть рассчитан генератор. При движении магнитов относительно катушек 9, магнитный поток, пронизывающий их витки, изменяется по величине и направлению. В соответствии с законом электромагнитной индукции на концах катушек возникает электродвижущая сила индукции, пропорциональная скорости изменения магнитного потока и количеству витков в катушках. При подключении к катушкам генератора нагрузки - в цепи возникает индукционный ток. Наличие магнитопровода 8 способствует уменьшению рассеивания магнитного поля и концентрирует его внутри катушек. Для уменьшения потерь в сердечниках, магнитопровод изготовлен путем навивания и склейки трансформаторной ленты на формирующем каркасе соответствующей формы, с последующим его распиливанием и шлифованием торцов.

Использование данного генератора представляется целесообразным при проектировании и строительстве электростанций малой мощности, для систем локального энергоснабжения, в том числе, с использованием возобновляемых источников энергии, особенно в местах удаленных от систем централизованного энергоснабжения.

Источники информации:

1. Патент РФ на полезную модель №2173499 - Приоритет от 10 сентября 2001 г.

2. Патент РФ на полезную модель №2494521 - Приоритет от 27 сентября 2013 г.

3. Патент РФ на полезную модель №143620 - Приоритет от 19 марта 2014 г.

Claims (1)

1. Линейный генератор электрической энергии на постоянных магнитах, содержащий статор, отличающийся тем, что представляет собой катушки с разрезными О-образными сердечниками, закрепленные на немагнитной панели, крепящейся к раме генератора, установленной на основании, с закрепленными направляющими, по которым скользят муфты, соединенные с кассетой, в которой уложены магниты, движущиеся между катушками статора.

Images