Линейный электрический генератор
Полезная модель относится к преобразователям энергии на постоянных магнитах, предназначена для использования в области электрорадиотехники. Линейный электрический генератор содержит корпус (1), смонтированную в нем электромагнитную систему из, как минимум, двух каркасов (2) с кольцевыми индуктивными катушками (3), генерирующие магнитные сердечники с кольцевыми постоянными магнитами (7) установленные с возможностью возвратно-поступательного синхронного движения внутри каркасов (2) с кольцевыми индуктивными катушкамит (3). Генерирующие магнитные сердечники содержат, как минимум, по два кольцевых постоянных магнита (7) с осевой намагниченностью, зафиксированных на оси (5) из немагнитного материала встречно с зазором между одноименными полюсами. Кольцевые индуктивные катушки (3) расположены над зазорами между кольцевыми постоянными магнитами. Величина возвратно-поступательного перемещения генерирующих магнитных сердечников находятся в пределах длины кольцевых индуктивных катушек (3). Каркасы (2) с кольцевыми индуктивными катушками (3) размещены в корпусе (1) вплотную и параллельно между собой. Оси (5) генерирующих магнитных сердечников жестко связаны между собой с помощью флянца и перемещаются синхронно.
Полезная модель относится к преобразователям энергии на постоянных магнитах, предназначена для использования в области электрорадиотехнике и энергетике.
Известно устройство, работающее на основе преобразования энергии магнитного поля движущегося возвратно-поступательно постоянного магнита внутри обмотки по ее оси, содержащее, как и предлагаемое устройство, корпус и смонтированную в нем электромагнитную систему с одной или несколькими, расположенными в ряд, кольцевыми индуктивными катушками с цилиндрическим магнитом, установленным с возможностью челночного перемещения внутри соосного катушке канала между ограничительными элементами на его концах. В известном устройстве использован только один подвижный цилиндрический магнит (см. патент RU 2 304 341 C1, опубл. 10.08.2007 Бюл. 
22), прототип.
Недостатком прототипа является малый КПД его использования, обусловленный значительным рассеянием магнитных потоков постоянных магнитов, незначительная выходная мощность, увеличение которой ограничено энергией одного магнита, числом витков катушки индуктивности, скоростью перемещения постоянного магнита, отсутствуют элементы для механической связи генерирующего магнита с двигателями, такими как электродвигатели, кулачковые и кривошипно-шатунные устройства, отличие формы выходного напряжения или тока от синусоиды, что ограничивает сферу применения генератора.
Технический результат заключается в повышении выходной мощности генератора за счет увеличения числа постоянных магнитов и способа их расположения на оси, компановки многоосевой конструкции с уменьшенным потоком рассеяния магнитного поля кольцевых постоянных магнитов, что в
свою очередь, позволит увеличить энергию магнитного поля, пересекающего витки кольцевых индуктивных катушек и повысить мощность генератора, в создании возможности осуществления механической связи генерирующих магнитов с механизмами, обеспечивающими их возвратно-поступательное движение, получении на выходе устройства напряжения или тока синусоидальной формы, что расширит сферу применения этого генератора.
Технический результат достигается тем, что линейный электрический генератор, включающий корпус, как минимум, два каркаса из немагнитного материала, с расположенными на них в ряд кольцевыми индуктивными катушками, разделенными щечками, генерирующие магнитные сердечники с осями из немагнитного материала, установленные с возможностью челночного перемещения их внутри каркаса с кольцевыми индуктивными катушками между ограничительными элементами. Особенностью является то, что каждый генерирующий магнитный сердечник содержит, как минимум, два кольцевых постоянных магнита с осевой намагниченностью, зафиксированные на осях из немагнитного материала с расположенными навстречу друг другу одноименными полюсами с зазором, величина которого устанавливается распорными втулками из немагнитного материала, а число кольцевых индуктивных катушек на каждом каркасе на единицу меньше числа кольцевых постоянных магнитов. Каркасы с индуктивными катушками расположены вплотную и параллельными друг к другу, а генерирующие магнитные сердечники с осями из немагнитного материала и установленными на них кольцевыми постоянными магнитами размещены таким образом, чтобы над зазором между северными полюсами кольцевых постоянных магнитов одного генерирующего магнитного сердечника находились зазоры между южными полюсами кольцевых постоянных магнитов соседнего генерирующего магнитного сердечника. Длина каждой кольцевой индуктивной катушки равна сумме длин кольцевого постоянного магнита и зазора, а перемещение каждого генерирующего магнитного сердечника не должно превышать длины кольцевого постоянного магнита и
допускать выход границ каждого зазора между одноименными полюсами кольцевых постоянных магнитов за пределы длины кольцевых индуктивных катушек, а высота щечек каркасов кольцевых индуктивных катушек не должна превышать высоты их намотки. Генерирующие магнитные сердечники жестко связаны между собой флянцем с наконечником для связи с двигателем, обеспечивающим возвратно-поступательное перемещение генерирующих магнитных сердечников.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг.1 - линейный электрический генератор в продольном сечении; на фиг.2 - линейный электрический генератор в поперечном сечении.
Линейный электрический генератор (фиг.1) имеет корпус 1, как минимум, два каркаса 2 из немагнитного материала с расположенными на них в ряд кольцевыми индуктивными катушками 3, разделенные щечками 4, генерерирующие магнитные сердечники с осями 5 из немагнитного материала, ограничительные элементы 6, огрничивающие перемещение генерирующих магнитных сердечников, каждый из которых содержит, как миниум, два кольцевых постоянных магнита 7 с осевой намагченностью. Кольцевые постоянные магниты 7, зафиксированные на осях 5 с помощью гаек 8 из немагнитного материала, расположены на каждой оси 5 друг к другу одноименными полюсами с зазором, величина которого устанавливается распорными втулками 9 из немагнитного материала, размещенными на осях 5 между кольцевыми постоянными магнитами 7. Каркасы 2 с кольцевыми индуктивными катушками 3 расположены вплотную и параллельно друг к другу. Генерирующие магнитные сердечники с осями 5 и кольцевыми постоянными магнитами 7 расмещены в корпусе 2 таким образом, чтобы над зазорами между северными полюсами кольцевых постоянных магнитов 7 одного генерирующего магнитного сердечника находились зазоры между южными полюсами кольцевых постоянных магнитов 7 соседнего генерирующего магнитного сердечника. Такое
размещение приведет к замыканию силовых линий магнитного поля между разноименными полюсами кольцевых постоянных магнитов 7, расположенных на соседних осях 5, увеличению концентрации магнитных потоков, пересекающих витки кольцевых индуктивных катушек 3 и повышению наводимой в них ЭДС. Синхронность возвратно-поступательного движения генерирующих магнитных сердечников обеспечивается связующим флянцем 10, скрепляющим все оси 5 генератора. Наконечник 11 служит для механической связи генерирующих магнитных сердечников с двигателем или другим механизмом, обеспечивающим их возвратно-поступательное движение. Относительные размеры выше упомянутых составных элементов выбраны исходя из необходимости создания максимально возможной напряженности магнитного поля в пространстве, занимаемом обмотками кольцевых индуктивных катушек 3, находятся в пределах: длина Lм каждого кольцевого постоянного магнита 7 составляет (0,2-0,4) от диаметра Дм кольцевого постоянного магнита 7, величина зазора Lз между одноименными полюсами кольцевых постоянных магнитов 7 составляет (0,3-1) от длины L м кольцевого постоянного магнита 7, длина Lк каждой кольцевой индуктивной катушки 3 равна суммарной величине Lз зазора между полюсами и длины Lм кольцевого постоянного магнита 7, высота Lc намотки каждой кольцевой индуктивной катушки 3 по радиусу составляет (1-1,5) от длины зазора Lз между кольцевыми постоянными магнитами 7, число кольцевых индуктивных катушек 3 на каждом каркасе 2 на единицу меньше числа кольцевых постоянных магнитов 7 каждого генерирующего сердечника. Внутренний диаметр dк каркасов 2 (см. фиг..2) больше диаметра Dм кольцевых постоянных магнитов 7 на ту минимальную величину, которая обеспечит свободное перемещение генерирующих магнитных сердечников внутри каркасов 2, расстояние Lf между ограничительным элементом 6 и ближайшей к нему кольцевой индуктивной катушкой 3 равно (L м+Lг), где: Lм - длина кольцевого постоянного магнита, Lг - толщина фиксирующей гайки 8. Встречное
расположение кольцевых постоянных магнитов 7 с уменьшением величины зазора Lз между ними позволяет в пределе получить над зазором близкое к удвоенному значению магнитной индукции отдельного кольцевого постолянного магнита, благодаря чему достигается повышение генерируемой мощности, снимаемой с обмоток кольцевых индуктивных катушек 3. Увеличение числа кольцевых постоянных магнитов 7 и числа кольцевых индуктивных катушек 3 при их последовательном и согласном по напряжению соединений позволяет получить на выходе генератора высокое напряжение и большую мощность. Перемещение локализованных над зазорами магнитных потоков вдоль кольцевых индуктивных катушек 3 в пределах L к при возвратно-поступательном движении генерирующих магнитных сердечников создает на выводах каждой кольцевой индуктивной катушки 3 ЭДС синусоидальной формы. С целью повышения КПД использование энергии магнитного поля каждого кольцевого постоянного магнита 7 при увеличении их числа может быть достигнуто за счет уменьшения поля рассеяния, откуда следует о предпочтении многоосевой компановки генератора.
1. Линейный электрический генератор, включающий корпус, как минимум, два каркаса из немагнитного материала с расположенными на них в ряд кольцевыми индуктивными катушками, разделенными щечками, генерирующие магнитные сердечники с осями из немагнитного материала, установленные с возможностью челночного перемещения их внутри каркасов с кольцевыми индуктивными катушками между ограничительными элементами, отличающийся тем, что каждый генерирующий магнитный сердечник содержит как минимум два кольцевых постоянных магнита с осевой намагниченностью, зафиксированных на осях из немагнитного материала с расположенными навстречу друг к другу одноименными полюсами с зазором, величина которого устанавливается распорными втулками из немагнитного материала, а число кольцевых индуктивных катушек на каждом каркасе на единицу меньше числа кольцевых постоянных магнитов каждого генерирующего магнитного сердечника.
2. Линейный электрический генератор по п.1, отличающийся тем, что каркасы с индуктивными катушками расположены вплотную и параллельно друг к другу, а генерирующие магнитные сердечники с осями из немагнитного материала и установленными на них кольцевыми постоянными магнитами размещены таким образом, чтобы над зазорами между северными полюсами кольцевых постоянных магнитов одного генерирующего магнитного сердечника находились зазоры между южными полюсами кольцевых постоянных магнитов соседнего генерирующего магнитного сердечника.
3. Линейный электрический генератор по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что длина каждой кольцевой индуктивной катушки равна сумме длин кольцевого постоянного магнита и зазора, а перемещение каждого генерирующего магнитного сердечника не должно превышать длины кольцевого постоянного магнита и допускать выход границ каждого зазора между одноименными полюсами кольцевых постоянных магнитов за пределы длины кольцевой индуктивной катушки.
4. Линейный электрический генератор по п.1, отличающийся тем, что высота щечек каркасов кольцевых индуктивных катушек не должна превышать высоты их намотки.
5. Линейный электрический генератор по каждому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что генерирующие магнитные сердечники жестко связаны между собой флянцем с наконечником для связи с двигателем, обеспечивающим возвратно-поступательное перемещение генерирующих магнитных сердечников.
