RU200737U1 - Обратимый генератор - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, предназначенным для преобразования энергии механического движения в электрическую энергию и обратно. Требуемый технический результат, заключающийся в повышении эффективности преобразования энергии, достигается в устройстве, содержащем первый диск, закрепленный с возможностью вращения на валу и на котором по краю вдоль установочной окружности равномерно через одинаковые интервалы закреплено четное число основных постоянных магнитов с чередующейся намагниченностью, магнитопроводы с рабочими обмотками, размещенные возле первого диска с воздушным зазором, разделяющим основные постоянные магниты и магнитопроводы с рабочими обмотками, второй диск, аналогичный первому диску, который закреплен параллельно первому диску с возможностью вращения на том же валу синхронно с первым диском по другую строну магнитопроводов с рабочими обмотками с обеспечением воздушного зазора, разделяющего размещенные на нем основные постоянные магниты и магнитопроводы с рабочими обмотками, причем пространственно размещенные напротив друг друга основные постоянные магниты на первом и втором дисках имеют противоположную намагниченность, а на первом и втором дисках между основными постоянными магнитами с чередующейся намагниченностью закреплены дополнительные постоянные магниты с чередующейся намагниченностью, перпендикулярной намагниченности основных постоянных магнитов. 3 ил.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, предназначенным как для преобразования энергии механического движения в электрическую энергию, так и, наоборот, электрической энергии в механическую.

Известно техническое решение, содержащие цилиндрический корпус, два магнитных сердечника цилиндрической формы с осевой намагниченностью, размещенных внутри цилиндрического корпуса и обращенных друг к другу одноименными полюсами, две цилиндрические катушки с осевыми обмотками, размещенные на цилиндрическом корпусе над соответствующими магнитными сердечниками [RU 83373, Н02К 35/02, 27.01.2011].

Недостатком устройства является недостаточная эффективность преобразования механической энергии в электрический ток.

Известен также электрический генератор [RU 101881, Н02К 35/02, 27.01.2011], содержащий цилиндрический корпус, два магнитных сердечника цилиндрической формы с осевой намагниченностью, размещенных внутри цилиндрического корпуса и обращенных друг к другу одноименными полюсами, две цилиндрические катушки с осевыми обмотками, размещенные на цилиндрическом корпусе над соответствующими магнитными сердечниками.

Недостатком этого технического решения также является недостаточная эффективность преобразования механической энергии в электрический ток.

Близким по технической сущности к предложенному является электрический генератор [RU 2654079, С2, Н02К 35/02, 16.05.2018], содержащий цилиндрический корпус, два магнитных сердечника цилиндрической формы с осевой намагниченностью, размещенных внутри цилиндрического корпуса и обращенных друг к другу одноименными полюсами, две цилиндрические катушки с осевыми обмотками, размещенные на цилиндрическом корпусе над соответствующими магнитными сердечниками, и цилиндрическую катушку с радиальной обмоткой, расположенной на цилиндрическом корпусе между цилиндрическими катушками с осевыми обмотками.

Недостатком этого технического решения является относительно низкая эффективность преобразования механической энергии в электрический ток.

Кроме того, известен электрический генератор [RU 182991, U1, Н02К 35/02, 07.09.2018],содержащий два магнитопровода, обращенных друг к другу, первую пару рабочих катушек и первую пару постоянных магнитов, выполненную с возможностью горизонтального крепления на приводе линейного генератора, вторая пара постоянных магнитов, выполненная с возможностью горизонтального крепления на приводе генератора, и вторая пара рабочих катушек, причем, магнитопроводы выполнены П-образными в плане и обращены друг к другу вертикальными элементами, в зазоре между одноименными вертикальными элементами магнитопроводов размещены соответствующие пары постоянных магнитов на расстоянии между парами, соответствующему расстоянию между парами вертикальных элементов магнитопроводов, при этом, постоянные магниты в каждой паре выполнены с противоположной полярностью и установлены с регулируемым зазором, а рабочие катушки, выполненные в виде обмоток вертикальных элементов магнитопроводов, соединены в единую электрическую цепь, выход которой является выходом линейного генератора.

Помимо указанных выше, известно электромагнитное устройство, выполненное с возможностью обратимой работы в качестве генератора и в качестве электродвигателя [RU 2510559, С2, Н02К 1/18, Н02К 1/14, Н02К 7/18, Н02К 16/04, 27.03.2014], содержащее ротор, вращающийся вокруг оси и несущий множество магнитов, распределенных через одинаковые интервалы и с чередующимися ориентациями в, по существу, кольцеобразной структуре, статор, содержащий, по меньшей мере, одно магнитное ярмо, имеющее пару выступающих плеч, которые проходят к магнитам и несут соответствующую катушку для электрического соединения с использующимся устройством или силовым драйвером, причем, по меньшей мере, одно магнитное ярмо является частью одной и той же замкнутой магнитной цепи, совместно с парой магнитов, противолежащих плечам ярма в заданный момент времени, и воздушным зазором, отделяющим ярмо от магнитов, причем, по меньшей мере, одно магнитное ярмо установлено независимо на собственной опоре, снабженной регулирующими блоками, которые выполнены с возможностью регулирования положения ярма относительно противолежащих магнитов, и образует вместе с его катушками, его опорой и его регулирующими блоками элементарную ячейку статора, которая может быть многократно повторена для образования обратимого электромагнитного устройства, включающего в себя однофазные или многофазные модули.

Недостатком этого технического решения является относительно низкая габаритная мощность генератора и эффективность преобразования механической энергии в электрическую и обратное преобразование электрической энергии в механическую.

Кроме указанных выше, близким по технической сущности к предложенному является электромагнитное устройство, выполненное с возможностью обратимой работы в качестве генератора и в качестве электродвигателя [US 2016308411, Al, Н02К 1/18, Н02К 16/02, 20.10.2016], содержащее первый диск, закрепленный с возможностью вращения на валу и на котором по краю вдоль установочной окружности равномерно через одинаковые интервалы закреплено четное число магнитов с чередующейся намагниченностью, а также магнитопроводы с рабочими обмотками, размещенные возле первого диска с воздушным зазором, разделяющим магниты и магнитопроводы с рабочими обмотками, и второй диск, аналогичный первому диску, который закреплен параллельно первому диску с возможностью вращения на том же валу синхронно с первым диском по другую строну магнитопроводов с рабочими обмотками с обеспечением воздушного зазора, разделяющего размещенные на нем магниты и магнитопроводы с рабочими обмотками, причем, пространственно размещенные напротив друг друга постоянные магниты на первом и втором дисках имеют противоположную намагниченность.

Недостатком этого технического решения является относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в трехфазных электрических цепях. Это сужает арсенал технических средств, которые могут быть использованы в качестве обратимых электрических генераторов.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является обратимый генератор [RU 190521, U1, Н02К 16/02, 03.04.2019], содержащий первый диск, закрепленный с возможностью вращения на валу и на котором по краю вдоль установочной окружности равномерно через одинаковые интервалы закреплено четное число магнитов с чередующейся намагниченностью, и магнитопроводы с рабочими обмотками, размещенные возле первого диска с воздушным зазором, разделяющим магниты и магнитопроводы с рабочими обмотками, а также второй диск, аналогичный первому диску, который закреплен параллельно первому диску с возможностью вращения на том же валу синхронно с первым диском по другую строну магнитопроводов с рабочими обмотками с обеспечением воздушного зазора, разделяющего размещенные на нем магниты и магнитопроводы с рабочими обмотками, причем, пространственно размещенные один против другого постоянные магниты на первом и втором дисках имеют противоположную намагниченность, причем, магнитопроводы с рабочими обмотками разделены на три равные группы, первая из которых ориентирована относительно постоянных магнитов таким образом, что, когда площадь их взаимного пересечения составляет 1/3, то для второй группы площадь взаимного пересечения составляет 2/3, а для третьей группы площадь взаимного пересечения составляет 1.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая эффективность преобразования энергии.

Это обусловлено, в частности, тем, что, магнитное поле постоянных магнитов распределено равномерно по обе стороны диска с постоянными магнитами, а магнитопроводы с рабочими обмотками могут располагаться либо с одной, либо с другой стороны диска. Следовательно, для повышения эффективности преобразования энергии целесообразно создать условия для того, чтобы магнитное поле постоянных магнитов было сконцентрировано преимущественно со стороны магнитопровода с рабочими обмотками

Поставленная задача заключается в создании обратимого генератора, обеспечивающего более высокую эффективность преобразования механической энергии в электрическую и обратно.

Технический результат заключается в повышении эффективности преобразования энергии.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается в генераторе, содержащем первый диск, закрепленный с возможностью вращения на валу и на котором по краю вдоль установочной окружности равномерно через одинаковые интервалы закреплено четное число основных постоянных магнитов с чередующейся намагниченностью, магнитопроводы с рабочими обмотками, размещенные возле первого диска с воздушным зазором, разделяющим основные постоянные магниты и магнитопроводы с рабочими обмотками, второй диск, аналогичный первому диску, который закреплен параллельно первому диску с возможностью вращения на том же валу синхронно с первым диском по другую строну магнитопроводов с рабочими обмотками с обеспечением воздушного зазора, разделяющего размещенные на нем основные постоянные магниты и магнитопроводы с рабочими обмотками, причем, пространственно размещенные напротив друг друга основные постоянные магниты на первом и втором дисках имеют противоположную намагниченность, согласно полезной модели, на первом и втором дисках между основными постоянными магнитами с чередующейся намагниченностью закреплены дополнительные постоянные магниты с чередующейся намагниченностью, перпендикулярной намагниченности основных постоянных магнитов.

На чертеже представлен обратимый генератор:

на фиг. 1 - функциональная схема обратимого генератора;

на фиг. 2 - расположение основных и дополнительных постоянных магнитов на фронтальной части диска;

на фиг. 3 - пример трансформации магнитного поля при использовании устройства без дополнительных постоянных магнитов в магнитное поле с дополнительными постоянными магнитами.

Обратимый генератор (фиг. 1) содержит первый диск 1, закрепленный с возможностью вращения на валу 2 и на котором по краю вдоль установочной окружности равномерно через одинаковые интервалы закреплено четное число основных постоянных магнитов 3-1…3-2n с чередующейся намагниченностью, а также магнитопроводы 4 с рабочими обмотками 5, размещенные возле первого диска 1 с воздушным зазором, разделяющим основные постоянные магниты 3-1…3-2n и магнитопроводы 4 с рабочими обмотками 5.

Кроме того, обратимый генератор содержит второй диск 6, аналогичный первому диску 1, который закреплен параллельно первому диску 1 с возможностью вращения на том же валу 2 синхронно с первым диском 1 по другую строну магнитопроводов 4 с рабочими обмотками 5 с обеспечением воздушного зазора, разделяющего размещенные на нем основные постоянные магниты 7-1…7-2n и магнитопроводы 4 с рабочими обмотками 5.

Особенностью предложенного обратимого генератора является то, что, пространственно размещенные один против другого основные постоянные магниты 3-1…3-2n на первом диске 1 и основные постоянные магниты 7-1…7-2n на втором диске 6 имеют противоположную намагниченность.

Кроме того, на первом 1 и втором 6 дисках между основными постоянными магнитами с чередующейся намагниченностью 3-1…3-2n и 7-1…7-2n, соответственно, закреплены дополнительные постоянные магниты 8 и 9, соответственно, с чередующейся намагниченностью, перпендикулярной намагниченности основных постоянных магнитов 3-1…3-2n и 7-1…7-2n, соответственно.

Работает обратимый генератор следующим образом.

Обратимый генератор включает в себя два синхронно вращающиеся диска 1 и 6, жестко посаженных на вал 2. На дисках 1 и 6 закреплены основные постоянные магниты, соответственно, 3-1…3-2n и 7-1…7-2n. Основные постоянные магниты на первом 1 и втором 6 дисках 3-1…3-2n и 7-1…7-2n, соответственно, расположены равномерно, то есть угол между осями магнитов является величиной постоянной и равен А=360/2n, где 2n-четное число основных постоянных магнитов на каждом диске. Основные постоянные магниты на дисках 1 и 6 пространственно расположены один против другого, причем, намагниченность основных постоянных магнитов противоположна, как и соседних основных магнитов на дисках 1 и 6.

Между дисками закреплены магнитопроводы 4, на которых расположены рабочие обмотки 5. Между основными постоянными магнитами 3-1…3-2n и 7-1…7-2n и магнитопроводами 4 имеется зазор. Величина зазора должна быть минимально возможной, но исключающей трение постоянных магнитов о магнитопровод.

При вращении первого 1 и второго 6 дисков в магнитопроводах 4 возникает переменный магнитный поток, который наводит в обмотках 5 переменную эдс.

Магнитопроводы 4 с рабочими обмотками 5 целесообразно объединить, как минимум, в три группы. Каждая группа характеризуется начальным положением относительно постоянных магнитов на первого 1 и второго 6 дисков. Рабочие обмотки 5 каждой группы могут быть соединены параллельно, последовательно или параллельно - последовательно, так как фазы процессов в магнитопроводах 4 совпадают. Первая группа магнитопроводов расположена относительно основных постоянных магнитов таким образом, что площадь их взаимного их пересечения (постоянных магнитов и магнитопроводов), составляет около 33%. Для второй группы площадь взаимного пересечения составляет около 66%, для третьей - 100%. Такая компоновка позволяет использовать генератор в качестве генератора трехфазного напряжения, а при подаче трехфазного напряжения на рабочие обмотки 5 использовать генератор в качестве двигателя. Так может быть реализована обратимость генератора.

Кроме того, для повышения эффективности преобразования энергии на первом 1 и втором 6 дисках между основными постоянными магнитами с чередующейся намагниченностью 3-1…3-2n и 7-1…7-2n, соответственно, закреплены дополнительные постоянные магниты 8 и 9, соответственно, с чередующейся намагниченностью, перпендикулярной намагниченности основных постоянных магнитов 3-1…3-2n и 7-1…7-2n, соответственно. Как видно из фиг. 3, основное магнитное поле расположено на одной стороне диска (которая обращена к магнитопроводам), а на другой стороне диска напряженность магнитного поля практически равна нулю. Поэтому, если магнитопроводы обращены к стороне с основным магнитным полем, то при вращении диска в них возникает значительно большее изменение индукции, а, следовательно, э.д.с. и мощности, чем в известном устройстве.

Таким образом, благодаря предложенному усовершенствованию известного технического решения повышается эффективность преобразования энергии, поскольку используется коррекция магнитного поля, что обеспечивает значительно большее изменение индукции.

Claims (1)

1. Обратимый генератор, содержащий первый диск, закрепленный с возможностью вращения на валу и на котором по краю вдоль установочной окружности равномерно через одинаковые интервалы закреплено четное число основных постоянных магнитов с чередующейся намагниченностью, магнитопроводы с рабочими обмотками, размещенные возле первого диска с воздушным зазором, разделяющим основные постоянные магниты и магнитопроводы с рабочими обмотками, второй диск, аналогичный первому диску, который закреплен параллельно первому диску с возможностью вращения на том же валу синхронно с первым диском по другую строну магнитопроводов с рабочими обмотками с обеспечением воздушного зазора, разделяющего размещенные на нем основные постоянные магниты и магнитопроводы с рабочими обмотками, причем пространственно размещенные один напротив другого основные постоянные магниты на первом и втором дисках имеют противоположную намагниченность, а магнитопроводы с рабочими обмотками объединены в три группы, каждая из которых характеризуется начальным положением относительно постоянных магнитов первого и второго дисков, причем первая группа магнитопроводов расположена таким образом, что площадь их взаимного пересечения составляет 33%, для второй группы площадь взаимного пересечения составляет 66%, для третьей - 100%, отличающийся тем, что на первом и втором дисках между основными постоянными магнитами с чередующейся намагниченностью закреплены дополнительные постоянные магниты с чередующейся намагниченностью, перпендикулярной намагниченности основных постоянных магнитов.

Images