КОМБИНИРОВАННЫЙ ГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к преобразователям энергии, работающим на основе электромеханических и пьезоэлектрических элементов, и может быть использована в качестве преобразователя энергии ветра, воды, пара, мускульной силы и др. в электрическое напряжение для различных потребителей.
Известно устройство, работающее на основе применения пьезокерамических материалов (патент РФ №2113757 класса 6 H02N 21/18, опубликованного 20.06.1998 г., бюллетень №6), прототип, содержащий, как и предлагаемое устройство, статор с закрепленными на нем пьезоэлементами и ротор, позволяющий деформировать эти пьезоэлементы, которые могут быть соединены, как последовательно, так и параллельно.
Недостатками прототипа является низкая надежность устройства, которая обусловлена тем, что пьезоэлементы, будучи хрупкими по физическим свойствам, подвержены переменным деформациям на изгиб, что приводит к усталости материала пьезоэлемента и его разрушению.
Увеличение мощности или напряжения на выходе такого преобразователя при ограниченных габаритах пьезодисков может быть получено только путем увеличения числа дисков, что в свою очередь приводит к необходимости увеличения усилия изгиба, а следовательно увеличения мощности механизма вращения ротора и снижению коэффициента преобразования по мощности.
Сущность полезной модели заключается в повышении надежности работы устройства за счет того, что для получения электрического напряжения на обкладках пьезоэлементов используется деформация сжатия, которые, в отличии от изгибных, не приводят к быстрой усталости и разрушению материала пьезоэлементов. Повышении коэффициента преобразования по мощности достигается за счет того, что по окружности диска ротора размещено
четное число дисковых постоянных магнитов с поочередной сменой ориентации полюсов, а все дисковые постоянные магниты, размещенные на свободных концах рычагов, число которых соответствует числу дисковых постоянных магнитов на диске ротора, ориентированы полюсами в одну сторону. В результате взаимодействия между дисковыми постоянными магнитами, размещенными на свободных концах рычагов и роторе, в одной секции магниты притягиваются, в другой отталкиваются, что приводит к компенсации противоположно направленных тангенциальных составляющих сил, действующих на ротор, к уменьшению сил сопротивления вращению ротора - повышению коэффициента преобразования по мощности. Повышение мощности преобразователя достигается за счет увеличения числа рычагов с пьезоэлементами, размещенными по обеим сторонам системы статор - ротор, и за счет того, что преобразователь имеет дополнительные зигзагообразные обмотки, расположенные с небольшим зазором по обеим сторонам диска ротора, с дисковыми постоянными магнитами по его окружности, магнитное поле которых при вращение ротора пересекает провода зигзагообразных обмоток, благодаря чему на участках зигзагообразных обмоток, расположенных под роторными дисковыми постоянными магнитами, наводится переменная ЭДС, которая суммируется по всем участкам и составляет дополнительную часть энергии, получаемой от преобразователя. В конечном итоге комбинированный генератор представляет собой два источника: один - источник напряжения с высоким внутренним сопротивлением; второй - источник тока с малым внутренним сопротивлением полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено:
на фиг.1 изображен схематически комбинированный генератор переменного напряжения.
Генератор (фиг.1) имеет ротор 1 в виде диска из диамагнетика и закрепленных по окружности дисковых постоянных магнитов 2 с осевой намагниченностью, ориентированных полюсами в разные стороны друг относительно
друга, статор 3 с закрепленными на нем пьезоэлементами 4, соосно с которыми с другой стороны рычагов 5 размещены пьезоэлементы 6. Рычаги 5, один конец которых закреплен осях 7 с опорными стойками 8, зажаты посредством опорных элементов 9 и установочных винтов 10 (с опорными кронштейнами 11) между двумя пьезоэлементами с выводами для снятия напряжения, генерируемого вследствие прямого пьезоэффекта. Рычаги 5 размещены на каждой стороне статора 3 по окружности относительно ротора 1. На свободных концах рычагов 5 размещены дисковые постоянные магниты 12 с осевой намагниченностью, ориентированные полюсами в одну сторону. На верхней и нижней стороне статора 3 размещены зигзагообразные обмотки 13 и 14, огибающие дисковые постоянные магниты 12 и закрепленные на статоре 3 с помощью прижимов 15. Обмотки 13 и 14 соединены между собой последовательно и согласно.
Генератор работает следующим образом.
При вращении ротора 1, один из дисковых постоянных магнитов 2 ротора 1, в соответствии с ориентацией, будет втягиваться в пространство между дисковыми постоянными магнитами 12, другой (соседний) - выталкиваться. При этом одна пара рычагов будет расталкиваться, подвергая сжатию пьезоэлементы 6, другая - стягиваться, подвергая сжатию пьезоэлементы 4, затем все поочередно меняется. Таким образом все пьезоэлементы 4 и 6 будут подвергаться циклическому сжатию, что приведет к появлению на их торцах разности потенциалов U. Соединив выводы пьезоэлементов последовательно или параллельно, получим на выходе высокое напряжение, величина которого определяется числом пьезоэлементов 4 и 6, характеристиками дисковых постоянных магнитов 2 и 12, длиной плеч рычагов 5. Выбранная ориентация полюсов дисковых постоянных магнитов 2 и 12, при их четном числе по окружности ротора 1 и статора 3 позволяет получить компенсацию тангенциальных сил притяжения и выталкивания, что приводит к уменьшению мощности, затрачиваемой на вращение ротора 1, т.е. к повышению коэффициента преобразования по мощности. Симметричная конструкция позволяет снизить
колебания сил, действующих на диск ротора в осевом направлении, что снижает вибрацию ротора и тем самым повышает надежность генератора. Повышение мощности достигается за счет дополнения пьезоэлектрического преобразователя электромагнитным, который образован дисковыми постоянными магнитами 2, размещенными на роторе 1, и зигзагообразных обмоток 13 и 14, огибающих дисковые постоянные магниты 12 и закрепленных на статоре 3 с помощью прижимов 15. При вращении ротора 1 магнитное поле магнитов 2 пересекает участки зигзагообразных обмоток 13 и 14, расположенных перпендикулярно тангенциальной составляющей вектора скорости вращения, и наводит ЭДС на этих участках, в результате чего получаем дополнительную мощность генератора.