RU2183377C2

RU2183377C2 - Multipurpose magnetofluid electric current generator

Info

Publication number: RU2183377C2
Application number: RU2001104913/09A
Authority: RU
Inventors: В.В. Мурашевский
Original assignee: Мурашевский Валерий Викторович
Priority date: 2001-02-22
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2002-06-10

Abstract

FIELD: electrical engineering, electric machines transforming mechanical rotational motion to electric current. SUBSTANCE: invention can find use in power engineering, on transport or as independent source of electric current. Generator includes frame comprising hollow cylinder of magnetoconductive material housing windings of stator of generator and two face walls produced from non- magnetoconductive material. Mobile shaft carrying rotor made fast to it and pole pieces is installed in face wall holes. Windings of stator are made up of insulated conductors and have shape of hollow cylinders. Ends of insulated conductors are shorted out by current-conducting rings put on faces of windings of stator. Lines of force of magnetic field of rotor cross insulated conductors of windings of stator of generator which results in emergence of induction emf on their ends. Space between rotor and windings of stator is filled with medium demonstrating magnetization and fluidity. EFFECT: raised efficiency of electric machine. 4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, преобразующим механические вращательные движения в электрический ток, и может быть использовано в энергетике, в машиностроении или в качестве автономного источника электрического тока. The invention relates to electrical engineering, namely to electrical machines that convert mechanical rotational motion into electric current, and can be used in energy, in mechanical engineering or as an autonomous source of electric current.

Аналогами предлагаемого устройства являются генераторы электрического тока, в которых с целью уменьшения магнитного сопротивления пространства между ротором и статором применяется магнитная жидкость. Analogues of the proposed device are electric current generators, in which magnetic fluid is used to reduce the magnetic resistance of the space between the rotor and stator.

В качестве прототипа выбрана конструкция генератора переменного тока (заявка о выдаче патента Российской Федерации на изобретение 99127589, входящий 028759 от 23.12.1999 г.). The design of an alternating current generator was selected as a prototype (application for the grant of a patent of the Russian Federation for invention 99127589, incoming 028759 dated 12/23/1999).

Недостатком данного устройства является то, что указанный генератор преобразовывает в электрический ток только возвратно-поступательные механические движения. В случае, если его якорь будет совершать вращательные механические движения, электрический ток вырабатываться не будет. The disadvantage of this device is that the specified generator converts into electric current only reciprocating mechanical motion. If its anchor makes rotational mechanical movements, no electric current will be generated.

Целью предлагаемого изобретения является возможность применения специальной среды, обладающей текучестью, намагниченностью и магнитопроводностью, в генераторах, преобразовывающих вращательные механические движения в электрический ток, с целью уменьшения магнитного сопротивления электрической машины и, таким образом, увеличения ее КПД в целом. Как частный случай, в качестве такой среды может быть применена магнитная жидкость. Конструкции таких генераторов могут быть самыми различными. The aim of the invention is the possibility of using a special medium with fluidity, magnetization and magnetic conductivity in generators that convert rotational mechanical movements into electric current, in order to reduce the magnetic resistance of an electric machine and, thus, increase its efficiency as a whole. As a special case, magnetic fluid can be used as such a medium. The designs of such generators can be very different.

На фиг.1 схематически в разрезе представлен общий вид заявляемого устройства. Несущий корпус генератора состоит из полого цилиндра 1, изготовленного из магнитопроводящего материала и двух торцевых стенок 2, изготовленных из немагнитопроводящего материала. Внутри корпуса закреплены катушки обмоток 3 статора генератора в количестве двух штук, каждая из которых с торцевых сторон ограничивается электропроводящими кольцами 4. Электропроводящие кольца 4 не имеют электрического контакта с корпусом генератора. Ротор генератора состоит из постоянного магнита 5 и присоединенных к нему двух полюсных наконечников 6, жестко закрепленных на подвижной оси 7. В торцевых стенках 2 имеются отверстия, в которых и располагается подвижная ось 7 ротора генератора. С целью увеличения магнитного потока, протекающего через обмотки 3 статора генератора, и, таким образом, увеличения ЭДС индукции генератора расстояние между полюсными наконечниками 6 ротора и катушками обмоток 3 статора генератора заполняется магнитной жидкостью 8. Под магнитной жидкостью понимается искусственно созданная жидкая среда, обладающая одновременно намагниченностью и текучестью. При этом обмотки 3 статора могут быть залиты веществом (на основе связующего), обладающим высокой магнитной проводимостью. Figure 1 schematically in section shows a General view of the inventive device. The bearing housing of the generator consists of a hollow cylinder 1 made of magnetically conductive material and two end walls 2 made of non-magnetically conductive material. Two coils of the stator windings of the generator stator are fixed inside the housing in the amount of two pieces, each of which from the end sides is limited by electrically conductive rings 4. Electrically conductive rings 4 do not have electrical contact with the generator body. The rotor of the generator consists of a permanent magnet 5 and two pole pieces 6 attached to it, rigidly fixed to the movable axis 7. There are holes in the end walls 2 in which the movable axis 7 of the generator rotor is located. In order to increase the magnetic flux flowing through the windings 3 of the generator stator, and thus increase the EMF of the induction of the generator, the distance between the pole pieces 6 of the rotor and the coils of the windings 3 of the stator of the generator is filled with a magnetic fluid 8. By a magnetic fluid is meant an artificially created liquid medium that has both magnetization and fluidity. In this case, the stator windings 3 can be filled with a substance (based on a binder) having high magnetic conductivity.

Поперечный разрез генератора в общем виде представлен на фиг.2. Внутри магнитопроводящего полого цилиндра 1 корпуса генератора закреплена катушка обмотки 3 статора, внутри которой вращается полюсной наконечник 6 ротора генератора. Полюсной наконечник 6 жестко закреплен на подвижной оси 7 ротора и имеет некоторое количество полюсных окончаний 9. Полюсные окончания 9 полюсного наконечника 6 расходятся в виде выступов по направлению от оси 7 ротора по радиусу в сторону обмотки 3 статора. Полюсных окончаний 9 полюсного наконечника 6 в генераторах, работающих по заявляемому принципу, может быть столько, сколько их необходимо по конструкционным соображениям. В данном генераторе их шесть. Внешняя сторона полюсного окончания 9 полюсного наконечника 6 имеет заострение. Оно необходимо для того, чтобы на полюсных окончаниях 9 полюсного наконечника 6 концентрировались магнитные силовые линии 10, создаваемые ротором генератора. Расстояние между полюсными окончаниями 9 полюсного наконечника 6 ротора и катушкой обмотки 3 статора заполнено магнитной жидкостью 8. Для увеличения окружной скорости движения полюсных наконечников 6 ротора его можно закрепить на подвижной оси 7 не непосредственно, а, например, с помощью маховика. The cross section of the generator in General view is presented in figure 2. Inside the magnetically conducting hollow cylinder 1 of the generator housing, a stator winding coil 3 is fixed, inside which the pole end 6 of the generator rotor rotates. The pole piece 6 is rigidly fixed to the movable axis 7 of the rotor and has a number of pole ends 9. The pole ends 9 of the pole piece 6 diverge in the form of protrusions in the direction from the axis 7 of the rotor along the radius towards the stator winding 3. The pole endings of the 9 pole tip 6 in generators operating according to the claimed principle can be as many as they are necessary for structural reasons. There are six of them in this generator. The outer side of the pole end 9 of the pole piece 6 is pointed. It is necessary so that the magnetic lines of force 10 created by the rotor of the generator are concentrated at the pole ends 9 of the pole piece 6. The distance between the pole ends 9 of the pole end 6 of the rotor and the coil of the stator winding 3 is filled with magnetic fluid 8. To increase the peripheral speed of the pole tips 6 of the rotor, it can be mounted on the movable axis 7 not directly, but, for example, using the flywheel.

Обмотка 3 статора схематически в общем виде показана на фиг.3. Отдельные электрически изолированные проводники 11 замкнуты на концах электропроводящими кольцами 4. Таким образом, обмотка имеет внешний вид "беличьего колеса" или полого цилиндра, внутри которого вращается полюсной наконечник ротора генератора. Электропроводящие кольца 4 имеют электрические выводы 12. The stator winding 3 is schematically shown in general form in FIG. Separate electrically insulated conductors 11 are closed at the ends by electrically conductive rings 4. Thus, the winding has the appearance of a "squirrel wheel" or a hollow cylinder, inside which the pole end of the generator rotor rotates. The electrically conductive rings 4 have electrical leads 12.

Универсальный магнитожидкостной генератор электрического тока работает следующим образом. Universal magneto-liquid electric current generator operates as follows.

При совершении осью 7 (см. фиг.1) ротора генератора и жестко закрепленных на ней постоянным магнитом 5 с полюсными наконечниками 6 вращательных движений относительно и внутри обмоток 3 статора генератора силовые линии 10 магнитного поля якоря (линии магнитной индукции) пересекают отдельные изолированные проводники 11 обмоток 3 статора, в результате чего на их концах возникает ЭДС индукции. Поскольку отдельные проводники 11 обмоток 3 статора генератора электрически замкнуты с обоих концов на электропроводящие кольца 4, на этих кольцах будет осуществляться суммирование ЭДС индукции, наводящейся в каждом отдельном изолированном проводнике 11 обмоток 3 статора генератора. When the axis 7 (see Fig. 1) of the rotor of the generator and the rotary rigidly fixed with a permanent magnet 5 with pole tips 6 rotational motions relative to and inside the windings 3 of the generator stator, the power lines 10 of the armature magnetic field (magnetic induction lines) cross separate insulated conductors 11 windings 3 of the stator, resulting in induction emf at their ends. Since the individual conductors 11 of the stator windings 3 of the generator are electrically closed at both ends to the electrically conductive rings 4, the sums of the induction emf induced in each individual insulated conductor 11 of the stator windings 3 of the generator will be summed on these rings.

В случае организации внешней электрической цепи, в которую входят эти проводники, по ней будет протекать электрический ток. Таким образом, заявляемое устройство работает как генератор электрического тока. In the case of the organization of an external electric circuit, which includes these conductors, an electric current will flow through it. Thus, the inventive device operates as an electric current generator.

Универсальность заявляемого генератора заключается в следующем. Если изолированные проводники обмоток статора генератора все соединены между собой параллельно так, как это показано на фиг.3, то на электрических выводах 12 мы будем иметь постоянное напряжение. Для получения суммарной величины ЭДС индукции обмотки статорных катушек должны быть включены последовательно. Однако проводники обмоток статорных катушек можно соединять между собой различными способами. Например, если электропроводность колец не сплошная, а ограничена отдельными изолированными секторами, то в пределах этих изолированных секторов электрические проводники обмоток статора соединятся между собой в отдельные группы. На фиг.4 схематически в общем виде показано, что проводники 11 обмотки статора генератора разбиты на три группы. Каждая группа условно обозначена А, В и С. Между собой эти группы смещены на 1/3 окружности. Электропроводность колец 4 ограничена в пределах секторов а1, b1, с1, и а2, b2, с2, к которым подсоединены соответствующие электрические выводы. При вращении ротора генератора мы получим в каждой из групп проводников переменные по величине, но постоянные по направлению ЭДС, между которыми будет разность фаз 120^o и 240^o. Так как в данном генераторе две обмотки статора, то в каждой из них будут наводиться переменные ЭДС со сдвигом фаз на 120^o и 240^o. Если замкнуть на нагрузочные сопротивления электрические выводы групп проводников обмоток статора, то каждая из них будет способна вырабатывать пульсирующий ток с тем же сдвигом фаз. Однако направление токов в каждой из обмоток статора будет различным, поскольку полюсные наконечники ротора генератора, вращающиеся внутри обмоток статора имеют различную полярность. На фиг. 5 показано, как будут изменяться во времени ЭДС в трех обмотках 3 статора генератора (условно обозначенных I, II, III), закрепленных внутри полого цилиндра 1 корпуса генератора. Полюсной наконечник 6 для простоты восприятия имеет только два полюсных окончания 9. На графике а) показано изменения ЭДС, предположим, в левой обмотке статора генератора; на графике b) соответственно в правой обмотке. При согласованном соединении групп проводников обмоток генератора мы получим три согласованных переменных тока, т. е. заявляемый генератор будет вырабатывать переменный трехфазный ток. Меняя количество, расположение и схему соединения групп проводников обмоток 3 статора, а также количество и конфигурацию полюсных окончаний 9 полюсных наконечников 6 ротора, мы сможем в широком диапазоне менять характеристики самого генератора.The versatility of the inventive generator is as follows. If the insulated conductors of the stator windings of the generator are all interconnected in parallel as shown in Fig. 3, then we will have a constant voltage on the electrical terminals 12. To obtain the total EMF value of induction, the stator coil windings must be connected in series. However, the stator coil winding conductors can be interconnected in various ways. For example, if the electrical conductivity of the rings is not continuous, but limited to separate isolated sectors, then within these isolated sectors the electrical conductors of the stator windings will be interconnected into separate groups. Figure 4 schematically in General form shows that the conductors 11 of the stator winding of the generator are divided into three groups. Each group is conventionally designated A, B and C. Between themselves, these groups are shifted by 1/3 of the circle. The electrical conductivity of the rings 4 is limited within the sectors a1, b1, c1, and a2, b2, c2, to which the corresponding electrical terminals are connected. When the generator rotor rotates, we get in each of the groups of conductors variables in magnitude, but constant in the direction of the EMF, between which there will be a phase difference of 120 ^o and 240 ^o . Since this generator has two stator windings, in each of them will be induced EMF variables with a phase shift of 120 ^o and 240 ^o . If we close the electrical terminals of the groups of conductors of the stator windings to the load resistances, then each of them will be able to generate a pulsating current with the same phase shift. However, the direction of the currents in each of the stator windings will be different, since the pole tips of the generator rotor rotating inside the stator windings have different polarity. In FIG. 5 shows how the EMF will change in time in the three windings 3 of the generator stator (conventionally designated I, II, III), mounted inside the hollow cylinder 1 of the generator housing. Pole tip 6, for ease of perception, has only two pole ends 9. The graph a) shows the changes in the EMF, for example, in the left winding of the generator stator; on graph b), respectively, in the right winding. With a coordinated connection of groups of conductors of the windings of the generator, we get three agreed alternating currents, i.e., the inventive generator will generate an alternating three-phase current. By changing the number, location and connection scheme of groups of conductors of the stator windings 3, as well as the number and configuration of the pole ends of the 9 pole tips of the rotor 6, we can change the characteristics of the generator itself over a wide range.

При необходимости постоянный магнит 5 ротора может быть заменен на электромагнит (см. фиг.6). Обмотка 13 электромагнита ротора генератора укладывается в этом случае на электрически изолированный от нее магнитопровод ротора, состоящий из сердечника магнитопровода 14 и двух полюсных наконечников 6. If necessary, the permanent magnet 5 of the rotor can be replaced by an electromagnet (see Fig.6). The winding 13 of the electromagnet of the rotor of the generator is laid in this case on the rotor magnetic circuit electrically isolated from it, consisting of the core of the magnetic circuit 14 and two pole pieces 6.

Для питания обмотки электромагнита электротоком можно воспользоваться вспомогательным источником (генератор с внешним возбуждением) или можно использовать напряжение, вырабатываемое самим генератором (генератор с самовозбуждением). В последнем случае свойства генератора в значительной мере будут зависеть от способа соединения (параллельно, последовательно или смешанно) обмотки возбуждения ротора с обмотками статора генератора. To power the winding of an electromagnet with electric current, you can use an auxiliary source (generator with external excitation) or you can use the voltage generated by the generator itself (generator with self-excitation). In the latter case, the properties of the generator will largely depend on the method of connecting (parallel, sequentially or mixed) the excitation windings of the rotor with the stator windings of the generator.

Claims

1. An electric current generator comprising a housing including a hollow cylinder made of a magnetically conductive material, inside of which are installed stator windings and two end walls with holes made of non-magnetic conductive material, a movable axis with a rotor rigidly fixed to it is installed in the holes to create magnetic power lines, which is made with pole pieces, and mounted for rotation relative to the stator windings, characterized in that the space between the rotor and the winding The stator is filled with a medium with magnetization and fluidity, two pole tips of the rotor are fixed on the movable axis and have pole ends, while the stator windings consist of insulated conductors, the ends of which are closed by electrically conductive rings located at the ends of the stator windings.

2. The generator according to claim 1, characterized in that the conductors of the stator windings are connected in separate groups within separate isolated sectors of the electrically conductive rings.

3. The generator according to claim 1 or 2, characterized in that the edges of the pole ends of the pole tips of the rotor are pointed.

4. The generator according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that for the creation of magnetic lines of force, the rotor contains a permanent ring magnet.

5. The generator according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that to create a magnetic field lines, the rotor contains an electromagnet.