Линейный электрический генератор

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для преобразования энергии магнитного поля постоянных магнитов в электрическую энергию.

Линейный электрический генератор содержит корпус, размещенный внутри первый каркас с кольцевыми индуктивными катушками, генерирующий магнитный сердечник с осью из диамагнетика в виде тонкостенной трубы, на которой размещены, как минимум, два кольцевых постоянных магнита с радиальной намагниченностью и зазором между ними, которые чередуются по направлению намагниченности. Внутри оси генерирующего магнитного сердечника, на ярме из магнитомягкого железа размещен второй каркас с внутренними кольцевыми индуктивными катушками. Генерирующий магнитный сердечник имеет возможность свободного возвратно-поступательного перемещения вдоль его оси. Благодаря внешним и внутренним кольцевым индуктивным катушкам в генераторе осуществляется преобразование энергии полного магнитного потока без потерь.

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для преобразования энергии магнитного поля постоянных магнитов в электрическую энергию.

Известно устройство, работающее на основе преобразования энергии магнитного поля кольцевых постоянных магнитов содержащее, как и предлагаемое устройство, корпус и смонтированную в нем электромагнитную систему с одним или несколькими кольцевыми постоянными магнитами, каркас с одной или несколькими кольцевыми индуктивными катушками (см. Патент РФ на полезную модель 83373, опубликованный 27.05.2003, Бюл. 15) прототип.

Недостатком прототипа является то, что часть магнитного потока кольцевых постоянных магнитов, которая замыкается через их отверстия, не участвует в преобразовании энергии, что не позволяет получить потенциально возможный КПД.

Технический результат заключается в устранении указанного недостатка и повышения КПД за счет использования в преобразователе энергии той части магнитного потока, который замыкается через отверстия в кольцевых постоянных магнитах.

Технический результат достигается тем, что линейный электрический генератор содержит корпус из магнитомягкого железа, первый каркас из немагнитного материала с расположенными на нем в ряд внешними кольцевыми индуктивными катушками, разделенными щечками, генерирующий магнитный сердечник с осью из диамагнетика и размещенными на ней, как минимум, двумя кольцевыми постоянными магнитами с зазором между ними. Кольцевые постоянные магниты имеют радиальную намагниченность и чередуются по направлению намагниченности, а ось генерирующего магнитного сердечника выполнена в виде тонкостенной трубы, внутри которой помещен второй каркас из немагнитного материала с расположенными на нем внутренними кольцевыми индуктивными катушками, разделенными щечками, который закреплен на ярме из магнитомягкого железа, торцы которого с помощью поперечных крепежных планок, проходящих через продольные пазы в стенках оси генерирующего магнитного сердечника, крепятся на торцевых крышках с обеих сторон корпуса. Число внешних кольцевых индуктивных катушек, установленных на первом каркасе, равно числу внутренних кольцевых индуктивных катушек, установленных на втором каркасе, причем, внешние и внутренние кольцевые индуктивные катушки попарно расположены вдоль оси одна над другой, а число пар с внешними и внутренними кольцевыми индуктивными катушками равно числу кольцевых постоянных магнитов. Относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: высота каждого кольцевого постоянного магнита составляет (0,2÷0,4) от его диаметра; величина зазора между кольцевыми постоянными магнитами, устанавливаемая упорными втулками из немагнитного материала, составляет (0,5÷1) от высоты кольцевого постоянного магнита; длина каждой из кольцевых индуктивных катушек равна сумме величины зазора между кольцевыми постоянными магнитами и их высоты; величина зазоров между внутренней поверхностью первого каркаса и внешней образующей кольцевых постоянных магнитов и между внутренней поверхностью оси генерирующего магнитного сердечника и внешней поверхностью второго каркаса должна быть минимальной и позволяющей свободное возвратно-поступательное перемещение генерирующего магнитного сердечника; внутренний диаметр корпуса должен быть больше внешнего диаметра кольцевых постоянных магнитов не более, чем на половину от зазора между кольцевыми и постоянными магнитами, а диаметр ярма должен быть меньше диаметра отверстия кольцевых постоянных магнитах не более, чем на половину величины зазора между кольцевыми магнитами.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг.1 - конструкция линейного электрического генератора; на фиг.2 - вид конструкции линейного электрического генератора с торца и в сечении А-А; на фиг.3 - вариант электрического соединения внешних и внутренних кольцевых индуктивных катушек; на фиг.4 - схематически показано визуализированные силовые магнитные линии замыкающихся магнитных потоков кольцевых постоянных магнитов с радиальной намагниченностью.

Линейный электрический генератор (фиг.1) содержит корпус 1 из магнитомягкого железа, первый каркас 2 из немагнитного материала с расположенными на нем в ряд внешними кольцевыми индуктивными катушками 3, разделенными щечками 4, генерирующий магнитный сердечник с осью 5 из диамагнетика и размещенными на ней, как минимум, двумя кольцевыми постоянными магнитами 6 с зазором между ними. Кольцевые постоянные магниты 6 имеют радиальную намагниченность и чередуются по направлению намагниченности, а ось 5 генерирующего магнитного сердечника выполнена в виде тонкостенной трубы, внутри которой помещен второй каркас 7 из немагнитного материала с расположенными на нем внутренними кольцевыми индуктивными катушками 8, разделенными щечками 4, который закреплен на ярме 9 из магнитомягкого железа, торцы которого с помощью поперечных крепежных планок 10, проходящих через продольные пазы в стенках оси 5 генерирующего магнитного сердечника, крепятся на торцевых крышках 11 с обеих сторон корпуса 4. Число внешних кольцевых индуктивных катушек 3, установленных на первом каркасе 2, равно числу внутренних кольцевых индуктивных катушек 8, установленных на втором каркасе 7, причем, внешние и внутренние кольцевые индуктивные катушки 3, 8 попарно расположены вдоль оси 5 одна над другой, а число пар с внешними и внутренними кольцевыми индуктивными катушками 3, 8 равно числу кольцевых постоянных магнитов 6. Относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: высота h каждого кольцевого постоянного магнита 6 составляет (0,2÷0,4) от его диаметра Д_М h=(0,2÷04)Д _М; величина зазора между кольцевыми постоянными магнитами 6, устанавливаемая упорными втулками 12 из немагнитного материала, составляет (0,5÷1) от высоты h кольцевого постоянного магнита 6 =(0,5÷1)h; длина l_k каждой из кольцевых индуктивных катушек равна сумме величины зазора между кольцевыми постоянными магнитами 6 и их высоты h l_k=+h; величина зазоров между внутренней поверхностью первого каркаса 2 и внешней образующей кольцевых постоянных магнитов и между внутренней поверхностью оси 5 генерирующего магнитного сердечника и внешней поверхностью второго каркаса 7 должна быть минимальной и позволяющей свободное возвратно-поступательное перемещение генерирующего магнитного сердечника; внутренний диаметр Д_К корпуса 1 должен быть больше внешнего диаметра Д_м (фиг.2) кольцевых постоянных магнитов 6 не более, чем на половину от зазора между кольцевыми и постоянными магнитами (Д_к -Д_м)<0,5, а диаметр d₀ ярма должен быть меньше диаметра d_M отверстия кольцевых постоянных магнитах 6 не более, чем на половину величины зазора между кольцевыми постоянными магнитами 6, (d_M -d₀)<0.5.

На фиг.3 представлен один из вариантов электрического соединения внешних в внутренних кольцевых индуктивных катушек 3, 8. Кольцевые постоянные магниты 6 зафиксированы на оси 5 генерирующего магнитного сердечника с помощью гаек 13, соприкасающихся в крайних положениях генерирующего магнитного сердечника с демпферами 14, размещенных на внутренних поверхностях торцевых крышек 11. Ось 5 имеет хвостовик 15 для связи с источником возвратно-поступательного перемещения (на фиг. не показан).

Длина l_п продольных пазов в стенках оси 5 выбирается равной или больше длины хода l_х генерирующего магнитного сердечника, а ширина b_п продольного паза должна обеспечить свободное перемещение в нем поперечных крепежных планок 10 с их шириной a_п.

В предложенной полезной модели линейного электрического генератора благодаря наличию внутренних кольцевых индуктивных катушек 8 осуществляется преобразование энергии всего магнитного потока полностью (фиг.4), чем достигается повышение КПД преобразования.

1. Линейный электрический генератор, содержащий корпус из магнитомягкого железа, первый каркас из немагнитного материала с расположенными на нем в ряд внешними кольцевыми индуктивными катушками, разделенными щечками, генерирующий магнитный сердечник с осью из диамагнетика и размещенными на ней как минимум двумя кольцевыми постоянными магнитами с зазором между ними, отличающийся тем, что кольцевые постоянные магниты имеют радиальную намагниченность и чередуются по направлению намагниченности, а ось генерирующего магнитного сердечника выполнена в виде тонкостенной трубы, внутри которой помещен второй каркас из немагнитного материала с расположенными на нем внутренними кольцевыми индуктивными катушками, разделенными щечками, который закреплен на ярме из магнитомягкого железа, торцы которого с помощью поперечных крепежных планок, проходящих через продольные пазы в стенках оси генерирующего магнитного сердечника, крепятся на торцевых крышках с обеих сторон корпуса.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что число внешних кольцевых индуктивных катушек, установленных на первом каркасе, равно числу внутренних кольцевых индуктивных катушек, установленных на втором каркасе, причем внешние и внутренние кольцевые индуктивные катушки попарно расположены вдоль оси одна над другой, а число пар с внешними и внутренними кольцевыми индуктивными катушками равно числу кольцевых постоянных магнитов.

3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: высота каждого кольцевого постоянного магнита составляет (0,2÷0,4) от его диаметра; величина зазора между кольцевыми постоянными магнитами, устанавливаемая упорными втулками из немагнитного материала, составляет (0,5÷1) от высоты кольцевого постоянного магнита; длина каждой из кольцевых индуктивных катушек равна сумме величины зазора между кольцевыми постоянными магнитами и их высоты; величина зазоров между внутренней поверхностью первого каркаса и внешней образующей кольцевых постоянных магнитов и между внутренней поверхностью оси генерирующего магнитного сердечника и внешней поверхностью второго каркаса должна быть минимальной и позволяющей свободное возвратно-поступательное перемещение генерирующего магнитного сердечника; внутренний диаметр корпуса должен быть больше внешнего диаметра кольцевых постоянных магнитов не более чем на половину от зазора между кольцевыми и постоянными магнитами, а диаметр ярма должен быть меньше диаметра отверстия кольцевых постоянных магнитах не более чем на половину величины зазора между кольцевыми магнитами.