Линейный электрический генератор

Полезная модель относится к преобразователям энергии на постоянных магнитах, предназначена для использования в энергоустановках, в радиотехнике, приборостроении и других областях техники. Техническим результатом является повышение выходной мощности и расширении сферы применения. Линейный электрический генератор содержит корпус (1), каркас (2) с одной или несколькими кольцевыми индуктивными обмотками (3), генерирующий магнитный сердечник, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения его внутри каркаса (2) с кольцевыми катушками (3). Повышение мощности на выходе генератора достигается путем применения системы кольцевых постоянных магнитов (8, 9) с осевой и радиальной намагниченностью, повышающих интенсивность магнитного поля, пересекающего витки индуктивных катушек (3) и при возвратно-поступательном перемещении генерирующего магнитного сердечника возбуждающих высокую ЭДС.

Полезная модель относится к преобразователям энергии на постоянных магнитах, предназначена для использования в энергетических установках, в радиотехнике, приборостроении и других отраслях техники.

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 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 2304341 С1, опубликованный 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, скоростью перемещения постоянного магнита, отсутствуют элементы для механической связи генерирующего магнита с двигателями, 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, увеличении плотности магнитных потоков, пересекающих витки катушек индуктивности, что в свою очередь позволит увеличить электрическую мощность на выходе 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 генератора.

Технический результат достигается тем, что линейный электрический генератор содержит корпус, каркас из немагнитного материала с расположенными на нем в ряд кольцевыми индуктивными катушками, разделенные щечками, металлический цилиндрический экран, генерирующий магнитный сердечник с осью из немагнитного материала, установленный с возможностью челночного перемещения внутри каркаса с кольцевыми индуктивными катушками между ограничительными элементами. Особенностью является то, что металлический цилиндрический экран выполнен из магнитомягкого железа, а генерирующий магнитный сердечник содержит, как минимум, два кольцевых постоянных магнита с осевой намагниченностью, зафиксированными на оси из немагнитного материала с расположенными навстречу друг другу одноименными полосами с зазором, в котором размещен плоский кольцевой постоянный магнит с радиальной намагниченностью, на внешней образующей которого находится полюс, одноименный с полюсами кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью, между которыми с зазорами размещен плоский кольцевой магнит с радиальной намагниченностью, причем величина зазоров между кольцевыми постоянными магнитами с осевой намагниченностью и плоским кольцевым постоянным магнитом с радиальной намагниченностью устанавливается распорными втулками из немагнитного материала, а число кольцевых индуктивных катушек равно числу плоских кольцевых постоянных магнитов с радиальной намагниченностью. Относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: длина каждого кольцевого постоянного магнита с осевой намагниченностью составляет (0,2÷0,4) от его диаметра; длина каждого плоского кольцевого постоянного магнита с радиальной намагниченностью составляет (0,1÷0,2) от его диаметра; величина внутреннего и внешнего диаметров плоского кольцевого постоянного магнита с радиальной намагниченностью равна или незначительно меньше соответствующих диаметров кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью; величина зазоров между полосами кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью и плоским кольцевым постоянным магнитом с радиальной намагниченностью составляет (0,5÷1) от длины плоского кольцевого постоянного магнита с радиальной намагниченностью; длина каждой кольцевой индуктивной катушки равна суммарной величине длин двух кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью и одного плоского постоянного магнита с радиальной намагниченностью и суммарной величине двух зазоров между плоским кольцевым постоянным магнитом с радиальной намагниченностью и одноименными полосами двух кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью; высота намотки каждой кольцевой индуктивной катушки по радиусу составляет (1÷0,75) от длины кольцевого постоянного магнита с осевой намагниченностью, а металлический цилиндрический экран из магнитомягкого железа закрывает две кольцевые индуктивные катушки, размещенные на каркасе.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг.1 - линейный электрический генератор в разрезе; на фиг 2а и 2б - изображены схематически распределения магнитных потоков в поперечной и продольной плоскостях.

Линейный электрический генератор (фиг.1) содержит корпус 1, каркас 2 из немагнитного материала с расположенными на нем в ряд кольцевыми индуктивными катушками 3, разделенными щечками 4, металлический цилиндрический экран 5, генерирующий магнитный сердечник с осью 6 из немагнитного материала, установленный с возможностью челночного перемещения внутри каркаса 2 с кольцевыми индуктивными катушками 3 между ограничительными элементами 7. Металлический цилиндрический экран 5 выложен из магнитомягкого железа, а генерирующий магнитный сердечник содержит, как минимум, два кольцевых постоянных магнита 8 с осевой намагниченностью, зафиксированными на оси 6 из немагнитного материала с расположенными навстречу друг другу одноименными полюсами с зазором, в котором размещен плоский кольцевой постоянный магнит 9 с радиальной намагниченностью, на внешней образующей которого полюс, одноименный с полюсами кольцевых постоянных магнитов 8 с осевой намагниченностью, между которыми с зазорами L ₃ размещен плоский кольцевой постоянный магнит 9 с радиальной намагниченностью, причем величина зазоров L₃ между кольцевыми постоянными магнитами 8 с осевой намагниченностью и плоским кольцевым постоянным магнитом 9 с радиальной намагниченностью устанавливается распорными втулками 10 из немагнитного материала, а число кольцевых индуктивных катушек 3 равно числу плоских кольцевых постоянных магнитов 9 с радиальной намагниченностью.

Относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: длина L_М1 каждого кольцевого постоянного магнита 8 с осевой намагниченностью составляет (0,2÷0,4) от его диаметра D_М1; L_М1=(0,2÷0,4)D _М1; длина L_М2 каждого плоского кольцевого постоянного магнита 9 с радиальной намагниченностью составляет (0,1÷0,2) от его диаметра D_М2, L_М2=(0,1÷0,2)D _М2; величина внутреннего и вешнего диаметров d_М2 и D_М2 плоского кольцевого постоянного магнита 9 с радиальной намагниченностью равна или незначительно меньше соответствующих диаметров d_В и D_М1 кольцевых постоянных магнитов 8 с осевой намагниченностью (d_М2d_В,

D_М2D_М1); величина зазоров L₃ между полосами кольцевых постоянных магнитов 8 с осевой намагниченностью и плоским кольцевым постоянным магнитом 9 с радиальной намагниченностью составляет (0,5÷1) от длины плоского кольцевого постоянного магнита 9 с радиальной намагниченностью L₃=(0,5÷1)L _М2; длина L_k каждой кольцевой индуктивной катушки 3 равна суммарной величине длин L_М1 двух кольцевых постоянных магнитов 8 с осевой намагниченностью и L_М2 одного плоского кольцевого постоянного магнита 9 с радиальной намагниченностью и суммарной величине двух зазоров L₃ между плоским кольцевым постоянным магнитом 9 с радиальной намагниченностью и одноименными полюсами двух кольцевых постоянных магнитов 8 с осевой намагниченностью (L_k=2L_М1+L _М2+2L₃); высота L_c намотки каждой кольцевой индуктивной катушки 3 по радиусу составляет

(1÷1,5) от длины L_М1 кольцевого постоянного магнита 8 с осевой намагниченностью, а металлический цилиндрический экран 5 из магнитомягкого железа закрывает все кольцевые индуктивные катушки 3 (L_э>nL_k), размещенные на каркасе, где n - число кольцевых индуктивных катушек 3. Генерирующий магнитный сердечник зафиксирован на оси 6 с помощью гаек 11, а кольцевые постоянные магниты 8 посажены на ось 6 с помощью посадочных втулок 12 из немагнитного материала.

Для достижения максимального выходного напряжения на выходе генератора обмотки кольцевых индуктивных катушек 3 необходимо соединить последовательно и согласно по напряжению, а величина челночного перемещения оси 6 с генерирующим сердечником, содержащим постоянные магниты 8, 9 не должна превышать длины L_М1 кольцевого постоянного магнита 8.

Механическая связь генерирующего магнитного сердечника с внешним двигателем осуществляется с помощью осевого наконечника с размером L_Н. На фиг.2 (а) визуализированы схематически силовые магнитные линии 13 кольцевых постоянных магнитов 8 и силовые магнитные линии 14 плоских кольцевых постоянных магнитов 9 в поперечной плоскости сечения, а на фиг.2 (б) - визуализированы схематически силовые магнитные линии магнитного потока системы постоянных магнитов 8, 9 в продольной плоскости сечения. За счет применения приведенной системы постоянных магнитов 8, 9 достигается высокая напряженность результирующего магнитного потока, пересекающего витки индуктивных катушек 3 и тем самым повышается КПД использования энергии постоянных магнитов при практически незначительном увеличении габаритов и веса генератора.

1. Линейный электрический генератор, содержащий корпус, каркас из немагнитного материала с расположенными на нем в ряд кольцевыми индуктивными катушками, разделенными щечками, металлический цилиндрический экран, генерирующий магнитный сердечник с осью из немагнитного материала, установленный с возможностью челночного перемещения внутри каркаса с кольцевыми индуктивными катушками между ограничительными элементами, отличающийся тем, что металлический цилиндрический экран выполнен из магнитомягкого железа, а генерирующий магнитный сердечник содержит как минимум два кольцевых постоянных магнита с осевой намагниченностью, зафиксированных на оси из немагнитного материала с расположенными навстречу друг другу одноименными полюсами с зазором, в котором размещен плоский кольцевой постоянный магнит с радиальной намагниченностью, на внешней образующей которого полюс, одноименный с полюсами кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью, между которыми с зазорами размещен плоский кольцевой постоянный магнит с радиальной намагниченностью, причем величина зазоров между кольцевыми постоянными магнитами с осевой намагниченностью и плоским кольцевым постоянным магнитом с радиальной намагниченностью устанавливается распорными втулками из немагнитного материала, а число кольцевых индуктивных катушек равно числу плоских кольцевых постоянных магнитов с радиальной намагниченностью.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: длина каждого кольцевого постоянного магнита с осевой намагниченностью составляет (0,2÷0,4) от его диаметра; длина каждого плоского кольцевого постоянного магнита с радиальной намагниченностью составляет (0,1÷0,2) от его диаметра; величина внутреннего и внешнего диаметров плоского кольцевого постоянного магнита с радиальной намагниченностью равна или незначительно меньше соответствующих диаметров кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью; величина зазоров между полюсами кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью и плоским кольцевым постоянным магнитом с радиальной намагниченностью составляет (0,5÷1) от длины плоского кольцевого постоянного магнита с радиальной намагниченностью; длина каждой кольцевой индуктивной катушки равна суммарной величине длин двух кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью и одного плоского постоянного магнита с радиальной намагниченностью и суммарной величине двух зазоров между плоским кольцевым постоянным магнитом с радиальной намагниченностью и одноименными полосами двух кольцевых постоянных магнитов с осевой намагниченностью; высота намотки каждой кольцевой индуктивной катушки по радиусу составляет (1-0,75) от длины кольцевого постоянного магнита с осевой намагниченностью, а металлический цилиндрический экран из магнитомягкого железа закрывает две кольцевые индуктивные катушки, размещенные на каркасе.