Линейный электрический генератор

Полезная модель относится к преобразователям энергии на постоянных магнитах, предназначена для использования в энергоустройствах нетрадиционной энергетике и электрорадиотехнике. Линейный электрический генератор содержит корпус (1), смонтированную в нем многосекционную электромагнитную систему из постоянных магнитов (7, 8, 9) с осевой и радиальной намагниченностью, размещенных на осях (5) из немагнитного материала, способных к синхронному челночному перемещению внутри каркасов (2) с кольцевыми индуктивными катушками (3). Внутри каждой индуктивной катушки (3) способны перемещаться три постоянных кольцевых магнита (7, 8, 9), два из которых имеют осевую намагниченность и расположены одноименными полюсами друг к другу, а между ними с зазорами размещен кольцевой постоянный магнит (8, 9) с радиальной намагниченностью. Каркасы (2) с кольцевыми индуктивными катушками (3) размещены вплотную и параллельно между собой и сопрягаются по зазорам с противоположными по направлению намагниченностями.

Полезная модель относится к преобразователям энергии на постоянных магнитах, предназначена для использования в области электрорадиотехники, в приводных устройствах и преобразователях нетрадиционной энергетики.

Известно устройство, работающее на основе преобразования энергии магнитного поля движущегося возвратно-поступательно постоянного магнита внутри обмотки по ее оси, содержащее, как и предполагаемое устройство, корпус, 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 2304341 C1, опубл. 10.08.2007, Бюл. 22), прототип.

Недостатком прототипа является недостаточный КПД его преобразования, обусловленный значительным рассеянием магнитных потоков постоянных магнитов, недостаточная выходная мощность, увеличение которой ограничено энергией одного магнита, числом витков катушки индуктивности, отсутствуют элементы механической связи генерирующего магнита с внешними двигателями, такими, как электродвигатели, кулачковые или кривошипно-шатунные устройства, отличие формы выходного напряжения или тока от синусоиды, что ограничивает сферу применения подобных генераторов.

Технический результат заключается в повышении выходной мощности генератора за счет увеличения числа постоянных магнитов, их разновидности и способа расположения на оси, компоновки многоосевой магнитно связанной конструкции с уменьшенным потоком рассеяния магнитного поля, что, в свою очередь, позволит увеличить энергию магнитного поля, пересекающего витки кольцевых индуктивных катушек и повысить мощность генератора, в создании возможности наращивания секций генератора и механической связи генерирующих магнитов с механизмами, обеспечивающими их возвратно-поступательные движения, получении на выходе устройства напряжения или тока синусоидальной формы, что позволит расширить 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 каркасов с кольцевыми индуктивными катушками между ограничительными элементами.

Особенностью является то, что каждый генерирующий магнитный сердечник содержит, как минимум, три кольцевых постоянных магнита, из которых два кольцевых постоянных магнита имеют осевую намагниченность и зафиксированы на осях из немагнитного материала с расположенными навстречу друг другу одноименными полюсами с зазором, а в зазоре между ними размещены по одному кольцевому постоянному магниту с радиальной намагниченностью, причем, между встречно расположенными северными полюсами кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью каждого генерирующего магнитного сердечника размещены кольцевые постоянные магниты с радиальной намагниченностью, на внешней образующей которых по кольцу находятся северные полюсы, а между встречно расположенными южными полюсами кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью каждого генерирующего магнитного сердечника размещены кольцевые постоянные магниты с радиальной намагниченностью, на внешней образующей которых по кольцу находятся южные полюсы, число кольцевых индуктивных катушек на каждом каркасе равно числу кольцевых постоянных магнитов с радиальной намагниченностью. Кольцевые постоянные магниты с радиальной намагниченностью размещены между одноименными полюсами кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью с зазорами. 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. Длина каждой кольцевой индуктивной катушки равна сумме длин кольцевого постоянного магнита с осевой намагниченностью и зазора между их одноименными полюсами, а перемещение генерирующих магнитных сердечников не должно превышать длины кольцевого постоянного магнита с осевой намагниченностью и допускать выход границ каждого зазора между одноименными полюсами кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью за пределы кольцевой индуктивной катушки. Высота щечки каркасов кольцевых индуктивных катушек не должны превышать высоты их намотки. Генерирующие магнитные сердечники жестко связаны между собой флянцем с наконечником для связи с двигателем, обеспечивающим одновременное возвратно-поступательное перемещение всех генерирующих магнитных сердечников, содержащихся в генераторе.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг.1 - линейный электрический генератор в продольном сечении; на фиг.2 - схематическое представление фрагментов генератора с визуализированными силовыми магнитными линиями кольцевых постоянных магнитов.

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, разделенными щечками 4, генерирующие магнитные сердечники с осями 5 из немагнитного материала, установленные с возможностью челночного перемещения их внутри каркасов 2 с кольцевыми индуктивными катушками 3 между ограничительными элементами 6. Каждый генерирующий магнитный сердечник содержит, как минимум, три кольцевых постоянных магнита 7, 8, 9, из которых два кольцевых постоянных магнита 7 имеют осевую намагниченность и зафиксированы на осях 5 из немагнитного материала с расположенными навстречу друг к другу одноименными полюсами с зазором L₃₁, а в зазоре L₃₁ между ними размещены по одному кольцевому постоянному магниту 8, 9 с радиальной намагниченностью. Между встречно расположенными северными полюсами N-N кольцевых постоянных магнитов 7 с осевой намагниченностью каждого генерирующего магнитного сердечника размещены кольцевые постоянные магниты 8 с радиальной намагниченностью, на внешней образующей которых по кольцу находятся северные полюсы N, а между встречно расположенными южными полюсами S-S кольцевых постоянных магнитов 7 с осевой намагниченностью каждого генерирующего магнитного сердечника размещены кольцевые постоянные магниты 9 с радиальной намагниченностью, на внешней образующей которых по кольцу находятся южные полюсы S, число кольцевых индуктивных катушек 3 на каждом каркасе 2 равно числу кольцевых постоянных магнитов 8, 9 с радиальной намагниченностью. Кольцевые постоянные магниты 8, 9 с радиальной намагниченностью размещены между одноименными полюсами N-N или S-S кольцевых постоянных магнитов 7 с осевой намагниченностью с зазорами L₃₂. Каркасы 2 с индуктивными катушками 3 расположены вплотную и параллельно друг к другу, а генерирующие магнитные сердечники с осями 5 из немагнитного материала и установленными на них кольцевыми постоянными магнитами 7, 8, 9 размещены таким образом, чтобы над зазорами L₃₁ между северными полюсами N-N кольцевых постоянных магнитов 7 одного генерирующего магнитного сердечника находились зазоры L₃₁ между южными полюсами S-S кольцевых постоянных магнитов 7 соседнего генерирующего магнитного сердечника. Длина L_k каждой кольцевой индуктивной катушки 3 равна сумме длин L_м1 кольцевого постоянного магнита 7 с осевой намагниченностью и зазора L₃₁ между их одноименными полюсами (L_k=L_м1+L₃₁). Перемещение L_F генерирующих магнитных сердечников не должно превышать длины L_м1 кольцевого постоянного магнита 7 с осевой намагниченностью и допускать выход границ каждого зазора L ₃₁ между одноименными полюсами кольцевых постоянных магнитов 7 с осевой намагниченностью за пределы кольцевой индуктивной катушки 3. Высота щечек 4 каркасов 2 кольцевых индуктивных катушек 3 не должны превышать высоты их намотки. Генерирующие магнитные сердечники жестко связаны между собой флянцем 10 с наконечником 11 для связи с двигателем, обеспечивающим одновременное возвратно-поступательное (челночное) перемещение всех генерирующих магнитных сердечников, содержащихся в генераторе. Кольцевые постоянные магниты 7, 8, 9 зафиксированы на осях 5 с помощью зажимных гаек 12, а зазоры между ними определяют распорные втулки 13 Внутренние диаметры D_k каркасов 2 выбираются меньше диаметра D_м кольцевых постоянных магнитов 7 на столько, чтобы при минимальном значении зазора (D_k-D_M)/2 было обеспечено свободное перемещение генерирующих сердечников внутри каркасов 2. На фиг.2 схематически представлены визуализированные силовые линии магнитных потоков в зазорах над кольцевыми постоянными магнитами 7, 8, 9, пересекающих витки кольцевых индуктивных катушек 3, в которых при возвратно-поступательном движении кольцевых постоянных магнитов 7, 8. 9 в составе генерирующих магнитных сердечников возбуждается ЭДС синусоидальной формы.

Представленная в полезной модели комбинация кольцевых постоянных магнитов 7, 8, 9 позволяет существенно увеличить энергию магнитных полей, пересекающих витки кольцевых индуктивных катушек 3 и повысить КПД преобразования энергии.

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, три кольцевых постоянных магнита, из которых два кольцевых постоянных магнита имеют осевую намагниченность и зафиксированы на осях из немагнитного материала с расположенными навстречу друг другу одноименными полюсами с зазором, а в зазоре между ними размещены по одному кольцевому постоянному магниту с радиальной намагниченностью, причем между встречно расположенными северными полюсами кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью каждого генерирующего магнитного сердечника размещены кольцевые постоянные магниты с радиальной намагниченностью, на внешней образующей которых по кольцу находятся северные полюсы, а между встречно расположенными южными полюсами кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью каждого генерирующего магнитного сердечника размещены кольцевые постоянные магниты с радиальной намагниченностью, на внешней образующей которых по кольцу находятся южные полюсы, число кольцевых индуктивных катушек на каждом каркасе равно числу кольцевых постоянных магнитов с радиальной намагниченностью.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что кольцевые постоянные магниты с радиальной намагниченностью размещены между одноименными полюсами кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью с зазорами.

3. 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.

4. Генератор по п.1, отличающийся тем, что длина каждой кольцевой индуктивной катушки равна сумме длин кольцевого постоянного магнита с осевой намагниченностью и зазора между их одноименными полюсами, а перемещение генерирующих магнитных сердечников не должно превышать длины кольцевого постоянного магнита с осевой намагниченностью и допускать выход границ каждого зазора между одноименными полюсами кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью за пределы кольцевой индуктивной катушки.

5. Генератор по п.1, отличающийся тем, что высота щечки каркасов кольцевых индуктивных катушек не должна превышать высоты их намотки.

6. Генератор по п.1, отличающийся тем, что генерирующие магнитные сердечники жестко связаны между собой фланцем с наконечником для связи с двигателем, обеспечивающим одновременное возвратно-поступательное перемещение всех генерирующих магнитных сердечников, содержащихся в генераторе.