RU196382U1

RU196382U1 - LINEAR SYNCHRONOUS GENERATOR

Info

Publication number: RU196382U1
Application number: RU2019134534U
Authority: RU
Inventors: Игорь Альбертович Кашманов; Анастасия Сергеевна Шишова; Дмитрий Сергеевич Корнилов; Андрей Ильич Тихонов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью научно-технический центр "АРГО" (ООО НТЦ "АРГО")
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2020-02-27

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к линейным генераторам электрической энергии, и предназначена для использования в качестве автономных источников энергии. Генератор имеет модульную конструкцию, каждый модуль состоит из П-образных шихтованных сердечников, охватывающих коаксиальную кольцевую катушку, и расположенных на стальном немагнитном валу кольцевых стальных массивных магнитных полюсов и высококоэрцитивных кольцевых постоянных магнитов с аксиальной намагниченностью, модули оснащены фигурными скобами и ориентируются друг относительно друга со смещением. Технический результат: повышение энергоэффективности, повышение удельной мощности линейного синхронного генератора. 3 ил.The utility model relates to the field of electrical engineering, namely to linear generators of electrical energy, and is intended for use as autonomous energy sources. The generator has a modular design, each module consists of U-shaped lined cores covering a coaxial ring coil, and located on a steel non-magnetic shaft of ring steel massive magnetic poles and highly coercive ring permanent magnets with axial magnetization, the modules are equipped with curly brackets and are oriented relative to each other with each other offset. Effect: increase energy efficiency, increase the specific power of a linear synchronous generator. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к линейным генераторам электрической энергии, и предназначена для использования в качестве автономных источников энергии.The utility model relates to the field of electrical engineering, namely to linear generators of electrical energy, and is intended for use as autonomous energy sources.

Известен линейный генератор постоянного тока с приводом от свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с размещенными в нем статорной обмоткой возбуждения и якорь с постоянными магнитами, например неодимовыми, которые по числу и размерам соответствуют катушкам или катушечным группам статорной обмотки, а также датчики контроля положения якоря и электронную систему управления, содержащую ряд функциональных блоков, обеспечивающих требуемый алгоритм его работы. - Свидетельство РФ на полезную модель № RU 143160 U1, 2013 г.Known linear direct current generator driven by a free piston internal combustion engine, comprising a housing with a stator field winding and an armature with permanent magnets, for example neodymium, which in number and size correspond to coils or coil groups of the stator winding, as well as sensors for monitoring the position of the armature and an electronic control system containing a number of functional blocks providing the required algorithm for its operation. - Certificate of the Russian Federation for utility model No. RU 143160 U1, 2013

Недостатком известного линейного генератора постоянного тока является ряд конструктивных просчетов, не позволяющих получить высокие удельные и мощностные характеристики. Магнитная цепь статора представляет собой массивные нешихтованные кольца и тонкостенный массивный корпус, что приводит к появлению значительных вихревых токов в сердечнике статора, снижению результирующего магнитного потока, электромагнитной силы и полезной мощности генератора. Кольцевые постоянные магниты с аксиальной намагниченностью расположены на стальном магнитном штоке, в результате значительная часть магнитного потока постоянных магнитов замыкается по штоку, являясь потоком рассеяния, что ухудшает степень использования постоянных магнитов и значительно снижает выходную мощность генератора. Расположение поршней СПД на одном штоке с постоянными магнитами генератора и непосредственный контакт цилиндров СПД с корпусом статора генератора затрудняют обеспечение необходимого теплового режима работы генератора, что выразится в малой удельной мощности генератора и малом сроке службы.A disadvantage of the known linear direct current generator is a number of design errors that do not allow to obtain high specific and power characteristics. The stator magnetic circuit is a massive unshipped ring and a thin-walled massive body, which leads to the appearance of significant eddy currents in the stator core, a decrease in the resulting magnetic flux, electromagnetic force and useful power of the generator. Axial magnetized ring permanent magnets are located on the steel magnetic rod, as a result, a significant part of the permanent magnet flux closes along the rod, being a scattering flux, which worsens the degree of use of permanent magnets and significantly reduces the generator output power. The location of the SPD pistons on the same rod with the permanent magnets of the generator and the direct contact of the SPD cylinders with the housing of the generator stator make it difficult to ensure the necessary thermal operation of the generator, which will result in a low specific power of the generator and a short service life.

Известен линейный электрический генератор, принятый за прототип, который содержит корпус, смонтированную в нем электромагнитную систему с несколькими расположенными на каркасе из немагнитного материала в ряд кольцевыми индуктивными катушками, генерирующий магнитный сердечник, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения его внутри каркаса с кольцевыми индуктивными катушками. Магнитный сердечник содержит, как минимум, два кольцевых постоянных магнита с осевой намагниченностью, зафиксированных на оси из немагнитного материала с расположением навстречу друг другу одноименными полюсами, а число кольцевых индуктивных катушек на единицу больше числа постоянных магнитов - свидетельство РФ на полезную модель № RU 83373 U1, 2008 г.Known linear electric generator, adopted for the prototype, which contains a housing mounted in it an electromagnetic system with several ring inductive coils arranged on a frame of non-magnetic material in a row, generating a magnetic core mounted with the possibility of reciprocating movement inside the frame with ring inductive coils . The magnetic core contains at least two annular permanent magnets with axial magnetization, fixed on an axis of non-magnetic material with the same poles facing each other, and the number of ring inductive coils is one more than the number of permanent magnets - RF certificate for utility model No. RU 83373 U1 , 2008

Недостатком известного линейного электрического генератора является неоптимальная конструкция магнитной системы. Отсутствие магнитных проставок между постоянными магнитами значительно уменьшает поток возбуждения. Кольцевые катушки расположены на каркасе из немагнитного материала, что уменьшает полезный магнитный поток, индуцируемую в катушках ЭДС и выходную мощность генератора.A disadvantage of the known linear electric generator is the non-optimal design of the magnetic system. The absence of magnetic spacers between the permanent magnets significantly reduces the excitation flux. Ring coils are located on a frame made of non-magnetic material, which reduces the useful magnetic flux induced in the EMF coils and the output power of the generator.

В представленном устройстве указанные недостатки прототипа устранены.In the presented device, these disadvantages of the prototype are eliminated.

Техническая задача заключается в следующем: повышение энергоэффективности, повышение удельной мощности линейного синхронного генератора.The technical problem is as follows: improving energy efficiency, increasing the specific power of a linear synchronous generator.

Поставленные задачи решены в линейном синхронном генераторе, отличающийся тем, что он содержит однотипные модули, собираемые в едином корпусе, каждый модуль содержит статор, состоящий из стандартных П-образных шихтованных сердечников, охватывающих коаксиальную кольцевую катушку, и транслятор, состоящий из расположенных на стальном немагнитном валу кольцевых стальных массивных магнитных полюсов и высококоэрцитивных кольцевых постоянных магнитов с аксиальной намагниченностью, а также фигурные скобы, расположенные в аксиальных вентиляционных каналах между П-образными сердечниками и предназначенные для турбулизации потоков охлаждающего газа и интенсификации отвода тепловой мощности с поверхностей катушек и П-образных сердечников, для чего модули в корпусе ориентируются друг относительно друга с небольшим постоянным смещением 10-15 градусов.The tasks are solved in a linear synchronous generator, characterized in that it contains the same type of modules assembled in a single housing, each module contains a stator, consisting of standard U-shaped charge cores covering a coaxial ring coil, and a translator, consisting of located on a non-magnetic steel shaft of annular steel massive magnetic poles and highly coercive annular permanent magnets with axial magnetization, as well as curly braces located in axial valves channels between U-shaped cores and intended for turbulization of cooling gas flows and intensification of heat removal from the surfaces of coils and U-shaped cores, for which the modules in the housing are oriented relative to each other with a small constant offset of 10-15 degrees.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На чертеже (фиг. 1) представлен линейный генератор, который содержит стальной немагнитный вал 1 транслятора, линейные подшипники 2 и 10, передний 3 и задний 12 фланцы, цилиндрический корпус 4, немагнитные непроводящие распорные втулки 5 и 11, стальные массивные магнитные полюса транслятора 6, П-образные шихтованные сердечники 7 статора, кольцевые катушки 8 статора, фигурные скобы 9.The invention is illustrated by drawings. The drawing (Fig. 1) shows a linear generator that contains a steel non-magnetic shaft 1 of the translator, linear bearings 2 and 10, front 3 and rear 12 flanges, a cylindrical housing 4, non-magnetic non-conductive spacers 5 and 11, massive steel magnetic poles of the translator 6 , U-shaped laden cores 7 of the stator, ring coils 8 of the stator, curly brackets 9.

На Фиг. 2 представлены вид спереди модуля синхронного линейного генератора с местным вырезом и продольное сечение модуля со следующими условными обозначениями:In FIG. 2 shows a front view of a module of a synchronous linear generator with a local cutout and a longitudinal section of the module with the following conventions:

1 - стальной немагнитный вал транслятора;1 - steel non-magnetic shaft of the translator;

4 - цилиндрический корпус;4 - cylindrical body;

6 - стальные массивные магнитные полюса транслятора;6 - steel massive magnetic poles of the translator;

7 - П-образные шихтованные сердечники статора;7 - U-shaped laden stator cores;

8 - кольцевая катушка статора;8 - ring coil of the stator;

9 - фигурные скобы;9 - curly braces;

13 - кольцевой постоянный магнит с осевой намагниченностью.13 - annular permanent magnet with axial magnetization.

Генератор работает следующим образом.The generator operates as follows.

Приводной механизм совершает колебательные движения вала 1 с расположенными на нем полюсами 6 и постоянными магнитами 13. При линейном перемещении полюсной системы транслятора относительно П-образных сердечников магнитопровода статора изменяются как значение, так и направление магнитного потока, проходящего через магнитопровод статора, изменяется потокосцепление этого магнитного потока с катушкой 8, в результате согласно закону электромагнитной индукции в катушке индуцируется переменная ЭДС. Применение стандартных П-образных сердечников из электротехнической трансформаторной стали позволяет снизить потери в стали, конструкция статора с катушкой, охватываемой П-образными сердечниками, минимизирует потоки рассеяния и повышает эффективность работы генератора. Рациональный выбор размеров стальных полюсов и постоянных магнитов транслятора позволяет получить форму ЭДС, близкую к синусоиде. Фигурные скобы, расположенные в аксиальных вентиляционных каналах между П-образными сердечниками, интенсифицируют отвод тепловой мощности с поверхностей катушек и П-образных сердечников. Модульность конструкции генератора позволяет легко масштабировать проект, упрощает сборочные работы, ремонт и обслуживание генератора.The drive mechanism vibrates the shaft 1 with the poles 6 and permanent magnets 13 located on it. When the translator's pole system is linearly moved relative to the U-shaped cores of the stator magnetic circuit, both the value and the direction of the magnetic flux passing through the stator magnetic circuit change, the flux linkage of this magnetic flow with coil 8, as a result, according to the law of electromagnetic induction, a variable EMF is induced in the coil. The use of standard U-shaped cores made of electrotechnical transformer steel allows to reduce losses in steel, the design of the stator with a coil covered by U-shaped cores minimizes scattering fluxes and increases the efficiency of the generator. The rational choice of the dimensions of the steel poles and the permanent magnets of the translator allows us to obtain an EMF shape close to a sinusoid. Curly braces located in the axial ventilation channels between the U-shaped cores intensify the removal of heat power from the surfaces of the coils and U-shaped cores. The modular design of the generator makes it easy to scale the project, simplifies assembly work, repair and maintenance of the generator.

Таким образом, в предлагаемом устройстве задачи энергоэффективности и повышения удельной мощности решены за счет рациональной конструкции магнитной системы, интенсификации охлаждения активных частей генератора. Все это говорит о решении поставленных задач.Thus, in the proposed device, the problems of energy efficiency and increasing specific power are solved due to the rational design of the magnetic system, the intensification of cooling of the active parts of the generator. All this speaks of solving the tasks.

Claims

Linear synchronous generator, which includes a steel non-magnetic shaft of the translator, linear bearings, front and rear flanges, a cylindrical housing, non-magnetic non-conductive spacers, steel massive magnetic poles of the translator, U-shaped laden stator cores, ring stator coils, shaped braces, characterized in that the generator is made of the same type of modules assembled in a single housing, and each module contains a stator consisting of standard U-shaped lined cores, covering coaxial ring coil, and a translator, consisting of ring steel massive magnetic poles located on a steel non-magnetic shaft and highly coercive ring permanent magnets with axial magnetization, as well as curly braces located in the axial ventilation channels between the U-shaped cores and designed for turbulence of cooling flows gas and intensification of removal of thermal power from the surfaces of coils and U-shaped cores, for which the modules in the housing are oriented to HS relative to each other with a small DC offset of 10-15 degrees.