ДИСКОВЫЙ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР
DISK ELECTRICAL GENERATOR

Область техники
Данное изобретение относится к электрогенераторам, в частности к дисковым электрогенераторам.
Уровень техники
Обычный электрогенератор в основном содержит сердечник статора, с намотанной катушкой эмалированной проводки, и кольцевой ротор с магнитными полюсами, соосно расположенный вокруг сердечника статора и выполненный из магнитной стали. Для кольцевого ротора с магнитными полюсами используется большое количество магнитной стали и производственная себестоимость является высокой. Конструкция катушки на сердечнике статора очень ненадежна.
В связи с этим был разработан дисковый электрогенератор. В существующих дисковых электрогенераторах магнитная сталь наклеивается на верхнюю и нижнюю части корпуса, и якорь располагается во вращательном положении между верхней и нижней частями корпуса. Однако катушки не наклеиваются с использованием опорной плиты в якоре существующего дискового электрогенератора, а просто склеиваются друг с другом, что приводит к неравномерной толщине обмотки катушек, и далее приводит к нестабильному вращению якоря и необходимо большее пространство для вращения якоря.
Сущность изобретения
Целью данного изобретения является создание дискового электрогенератора ввиду высокой производственной себестоимости и ненадежной конструкции катушек существующих электрогенераторов.
В изобретении предлагается следующее для решения технических задач.
Изобретение представляет собой дисковый электрогенератор, включающий первый корпус и второй корпус. Первый корпус и второй корпус закрыты и соединены вместе так, чтобы содержать в себе вмещающее пространство. Средняя часть первого корпуса имеет отверстия для вала, расположенные соответственно в средней части первого корпуса и второго корпуса. Дисковый электрогенератор далее содержит первый комплект магнитов и второй комплект магнитов, неподвижно установленные во вмещающем пространстве. Первый комплект магнитов содержит многочисленные пластинчатые первые магниты, расположенные через равные интервалы по кругу на одной плоскости, и второй комплект магнитов содержит многочисленные пластинчатые вторые магниты, расположенные через равные интервалы по кругу на одной плоскости. Первый комплект магнитов размещен на плоскости, параллельной по отношению к плоскости, на которой расположен второй комплект магнитов, и два магнитных полюса любого из первых магнитов расположены в перпендикулярном направлении к плоскости, где расположен первый комплект магнитов, и два магнитных полюса любого из вторых магнитов расположены в перпендикулярном направлении к плоскости, где расположен второй комплект магнитов, и однонаправленное магнитное поле формируется между первым комплектом магнитов и вторым комплектом магнитов. Между первым комплектом магнитов и вторым комплектом магнитов находится дискообразный якорь, расположенный параллельно к плоскости, где расположен первый комплект магнитов. Якорь содержит дискообразную панель параллельно плоскости, где расположен первый комплект магнитов. В средней части панели расположен вращающийся вал, установленный неподвижно в осевом направлении. Оба конца вращающегося вала соответственно вращательно двигаются в отверстиях для вала. На панели расположены многочисленные катушки, неподвижно установленные в центре панели между первым комплектом магнитов и вторым комплектом магнитов, и расположены через равные интервалы по кругу на одной плоскости. Катушки имеют спиральную форму и находятся на одной плоскости параллельно панели. Многочисленные катушки электрически соединены друг с другом и посредством вращения якоря производят однонаправленный переменный ток.
В дисковом электрогенераторе данного изобретения на внутренней стенке первого корпуса и второго корпуса находится первая фиксирующая выемка, расположенная в соответствии с первым комплектом магнитов, и вторая фиксирующая выемка, расположенная в соответствии со вторым комплектом магнитов. Многочисленные первые магниты неподвижно вставлены в первую фиксирующую выемку так, чтобы образовать первый комплект магнитов. Многочисленные вторые магниты неподвижно вставлены во вторую фиксирующую выемку так, чтобы образовать второй комплект магнитов.
В дисковом электрогенераторе данного изобретения панель является дискообразной и параллельна плоскости, где расположен первый комплект магнитов, и имеет цилиндрический фиксирующий блок, соосно соединенный со средней частью панели. В средней части панели находится установленное в осевом направлении крепежное отверстие, проходящее через панель. Вращающийся вал содержит цилиндрическое гнездо вала и цилиндрическое тело вала. Один конец гнезда вала имеет в осевом направлении первый фиксирующий выступ, соответствующий крепежному отверстию, тогда как другой конец фиксированно соединен с первым подшипником, и вращательно двигается в отверстии для вала второго корпуса. Один конец тела вала имеет в осевом направлении третью фиксирующую выемку, тогда как другой конец вращательно двигается в отверстии для вала первого корпуса, и имеет в осевом направлении четвертую фиксирующую выемку для соединения тела вала с выходным валом двигателя. Первый фиксирующий выступ на гнезде вала фиксированно проходит в крепежном отверстии и проходит через панель. Первый фиксирующий выступ проходит через выступающую часть панели, фиксированно проходит через второй подшипник и фиксированно проходит в третью фиксирующую выемку тела вала.
В дисковом электрогенераторе данного изобретения боковая поверхность фиксирующего блока имеет многочисленные размещенные в осевом направлении волнообразные зубья, расположенные через равные интервалы по кругу на одной плоскости, с осью фиксирующего блока в качестве центра окружности. На боковой поверхности фиксирующего блока между каждыми соседними волнообразными зубьями находится удерживающая поверхность, образованная для удержания катушек. На панели за пределами фиксирующего блока находятся многочисленные фиксирующие выступы, расположенные на одной плоскости через равные интервалы по кругу, с центром панели в качестве центра окружности и в соответствии с волнообразными зубьями. Удерживающая поверхность между каждыми соседними волнообразными зубьями и фиксирующие выступы, соответствующие каждому соседнему волнообразному зубу, образуют фиксирующее углубление для крепления катушек, так что внешние края катушек соответственно удерживаются на удерживающей поверхности фиксирующего блока и боковых стенок соответствующих фиксирующих выступов.
В дисковом электрогенераторе данного изобретения панель оснащена комплектом контактных площадок, комплект контактных площадок включает три контактных площадки, используемые для вывода тока. Каждая из катушек имеет первый отвод, отходящий от центральной части катушки, и второй отвод, отходящий от боковой части катушки. Все катушки, закрепленные на панели, имеют одинаковое направление намотки, и разделяются на первый блок катушек, второй блок катушек и третий блок катушек. Первый блок катушек, второй блок катушек и третий блок катушек содержат равное количество катушек, и катушки в первом блоке катушек, катушки во втором блоке катушек и катушки в третьем блоке катушек поочередно расположены по кругу. Первый отвод первой катушки в первом блоке катушек, первый отвод первой катушки во втором блоке катушек и первый отвод первой катушки в третьем блоке катушек электрически соединены друг с другом. Второй отвод первой катушки в первом блоке катушек электрически соединен с первым отводом следующей катушки в первом блоке катушек, аналогично второй отвод каждой катушки в первом блоке катушек электрически соединен с первым отводом следующей катушки, и второй отвод последней катушки в первом блоке катушек электрически соединен с одной из контактных площадок в комплекте контактных площадок. Второй отвод первой катушки во втором блоке катушек электрически соединен с первым отводом следующей катушки во втором блоке катушек, аналогично второй отвод каждой катушки во втором блоке катушек электрически соединен с первым отводом следующей катушки, и второй отвод последней катушки во втором блоке катушек электрически соединен с другой контактной площадкой в комплекте контактных площадок. Второй отвод первой катушки в третьем блоке катушек электрически соединен с первым отводом следующей катушки в третьем блоке катушек, аналогично второй отвод каждой катушки в третьем блоке катушек электрически соединен с первым отводом следующей катушки, и второй отвод последней катушки в третьем блоке катушек электрически соединен с третьей контактной площадкой в комплекте контактных площадок.
В дисковом электрогенераторе данного изобретения число первых магнитов в первом комплекте магнитов является четным, и число катушек, прикрепленных на панели, является большим, чем число первых магнитов в первом комплекте магнитов.
В дисковом электрогенераторе данного изобретения соотношение числа катушек, прикрепленных на панели, к числу первых магнитов в первом комплекте магнитов составляет 3:2.
В дисковом электрогенераторе данного изобретения используется панель, и катушки равномерно распределяются на панели по кругу. При такой конструкции якорь может вращаться более стабильно, так чтобы минимизировать расстояние между первым комплектом магнитов и вторым комплектом магнитов, и снизить выработку тепла. При такой конструкции электрогенератор не будет производить фазосдвигающее электрическое напряжение и непосредственно выдает максимальное электрическое напряжение. Также в данном изобретении соотношение числа катушек, прикрепленных на панели, к числу первых магнитов в первом комплекте магнитов составляет 3:2. При такой конструкции якорь невосприимчив к магнитному сопротивлению и вращается более стабильно.
Краткое описание чертежей
Данное изобретение далее представлено на основании чертежей и вариантов осуществления, указанных ниже. На чертежах:
Фигура 1 - схематическое изображение сборки/разборки варианта осуществления дискового электрогенератора данного изобретения.
Фигура 2 - схематическое изображение первого магнита или второго магнита, как показано на Фигуре 1.
Фигура 3 - схематическое изображение первого магнита и второго магнита напротив первого магнита, как показано на Фигуре 1.
Фигура 4 - схематическое изображение дискового электрогенератора, как показано на Фигуре 1.
Фигура 5 - схематическое изображение якоря, как показано на Фигуре 1.
Фигура 6 - схематическое изображение однофазного напряжения, производимого дисковым электрогенератором, как показано на Фигуре 1.
Фигура 7 - схематическое изображение трехфазного напряжения переменного тока, производимого дисковым электрогенератором, как показано на Фигуре 1.
Фигура 8 - схематическое изображение стабилизированного напряжения, производимого дисковым электрогенератором, как показано на Фигуре 1.
Фигура 9 - схематическое изображение слияния стабилизированного напряжения, производимого дисковым электрогенератором, как показано на Фигуре 1.
Подробное описание изобретения
На Фигуре 1 показан предпочтительный вариант осуществления дискового электрогенератора в данном изобретении, который содержит первый корпус 110 и второй корпус 120. Первый корпус 110 и второй корпус 120 закрыты и соединены вместе так, чтобы содержать в себе вмещающее пространство. Средняя часть первого корпуса 110 и второго корпуса 120 имеет отверстия для вала 111 и 121, расположенные соответственно.
В соответствии с Фигурой 1 дисковый электрогенератор далее содержит первый комплект магнитов 130 и второй комплект магнитов 131, неподвижно установленные во вмещающем пространстве. Первый комплект магнитов 130 содержит многочисленные пластинчатые первые магниты 132а, расположенные через равные интервалы по кругу на одной плоскости, и второй комплект магнитов 131 содержит многочисленные пластинчатые вторые магниты 132b, расположенные через равные интервалы по кругу на одной плоскости. Первый комплект магнитов 130 размещен на плоскости, параллельной по отношению к плоскости, на которой расположен второй комплект магнитов 131. В соответствии с Фигурой 2 два магнитных полюса любого из первых магнитов 132а расположены в перпендикулярном направлении к плоскости, где расположен первый комплект магнитов 130, и два магнитных полюса любого из вторых магнитов 132b расположены в перпендикулярном направлении к плоскости, где расположен второй комплект магнитов 131. В соответствии с Фигурой 3 однонаправленное магнитное поле формируется между первым комплектом магнитов 130 и вторым комплектом магнитов 131.
В частности, в данном варианте осуществления изобретения на внутренней стенке первого корпуса 110 и второго корпуса 120 находится первая фиксирующая выемка 112, расположенная в соответствии с первым комплектом магнитов 130, и вторая фиксирующая выемка 122, расположенная в соответствии со вторым комплектом магнитов 131. Многочисленные первые магниты 132а неподвижно вставлены в первую фиксирующую выемку 112 так, чтобы образовать первый комплект магнитов 130. Многочисленные вторые магниты 132b неподвижно вставлены во вторую фиксирующую выемку 122 так, чтобы образовать второй комплект магнитов 131. Более того, первые магниты 132а и вторые магниты 132b изготовлены из магнитов неодимового ферробора. Первый комплект магнитов 130 состоит из 12 первых магнитов 132а, а второй комплект магнитов 131 состоит из 12 вторых магнитов 132b. Сила магнитного притяжения между первым комплектом магнитов 130 и вторым комплектом магнитов 131, находящихся во вмещающем пространстве, образованном посредством закрытия и соединения первого корпуса 110 и второго корпуса 120, составляет более 1000 фунтов. Следовательно, первый корпус 110 и второй корпус 120 изготовлены посредством штамповки металла с таким расчетом, чтобы выдерживать силу магнитного притяжения более 1000 фунтов при минимальном использовании материалов.
В соответствии с Фигурой 1 между первым комплектом магнитов 130 и вторым комплектом магнитов 131 находится дискообразный якорь 140, расположенный параллельно к плоскости, где расположен первый комплект магнитов 130. Якорь 140 содержит дискообразную панель 141 параллельно плоскости, где расположен первый комплект магнитов 130. В средней части панели 141 расположен вращающийся вал 150, установленный неподвижно в осевом направлении с помощью винта или болта. Оба конца вращающегося вала 150 соответственно вращательно двигаются в отверстиях для вала 111 и 121. В частности, в данном варианте осуществления изобретения панель 141 является дискообразной, изготовлена из исходного материала фенолоформальдегидной смолы (бакелит) и изготовлена посредством термопластического твердения с уротропином в качестве отвердителя, имеет отличную термостойкость, огнестойкость, водостойкость и удельное объемное электрическое сопротивление, хорошую кислотоустойчивость, но плохую щелочестойкость, а также хорошие механические характеристики и электрические характеристики, и может сохранять свои характеристики в сложных внешних погодных условиях (таких как палящий зной и кислотные дожди). Материал, используемый для изготовления панели 141, не ограничивается бакелитом, и панель 141 может быть изготовлена из всех материалов, имеющих термостойкость, огнестойкость и удельное объемное электрическое сопротивление, так чтобы панель 141 могла сохранять свои характеристики в сложных внешних погодных условиях (таких как палящий зной и кислотные дожди). Также следует подчеркнуть, что плоскостность панели 141 и ее способность сохранять свои характеристики значительно влияют на показатели выработки энергии дискового электрогенератора данного изобретения. На панель 141 нанесены контуры, изготовленные из медной фольги, панель 141 параллельна плоскости, где расположен первый комплект магнитов 130, и имеет цилиндрический фиксирующий блок 142, соосно соединенный со средней частью панели 141. В средней части панели 141 находится установленное в осевом направлении крепежное отверстие 143, проходящее через панель 141.
В соответствии с Фигурой 1 в данном варианте осуществления изобретения вращающийся вал 150 содержит цилиндрическое гнездо вала 151 и цилиндрическое тело вала 152. Один конец гнезда вала 151 имеет в осевом направлении первый фиксирующий выступ 153, соответствующий крепежному отверстию 143, тогда как другой конец фиксированно соединен с первым подшипником 154, и вращательно двигается в отверстии для вала 121 второго корпуса 120. Один конец тела вала 152 имеет в осевом направлении третью фиксирующую выемку 155, тогда как другой конец вращательно двигается в отверстии для вала 111 первого корпуса 110, и имеет в осевом направлении четвертую фиксирующую выемку 156 для фиксации тела вала 152 на выходном валу двигателя (не показано на Фигуре). В соответствии с Фигурой 4 вращающийся вал 150 входит в отверстия для вала 111 и 121, так что первый корпус 110 и второй корпус 120 закрываются и соединяются для образования вмещающего пространства, которое является замкнутым пространством с отличной водостойкостью, предохраняет части во вмещающем пространстве от коррозии, вызванной окислением, и увеличивает срок службы дискового электрогенератора.
Первый фиксирующий выступ 153 на гнезде вала 151 фиксированно проходит в крепежном отверстии 143 и проходит через панель 141. Первый фиксирующий выступ 153 проходит через выступающую часть панели 141, фиксированно проходит через второй подшипник 157 и фиксированно проходит в третью фиксирующую выемку 155 тела вала 152, так чтобы неподвижно установить вращающийся вал 150 на панели 141, так что якорь 140 может вращаться через вращающийся вал 150 по отношению к первому комплекту магнитов 130 и второму комплекту магнитов 131.
В соответствии с Фигурой 1 на панели 141 расположены многочисленные катушки 160, неподвижно установленные в центре панели между первым комплектом магнитов 130 и вторым комплектом магнитов 131, каждая катушка 160 имеет плоскую спиральную форму, и все катушки 160 расположены через равные интервалы по кругу на одной плоскости параллельно панели 141.
Предпочтительно в данном варианте осуществления изобретения боковая поверхность фиксирующего блока 142 имеет многочисленные размещенные в осевом направлении волнообразные зубья 144, расположенные через равные интервалы по кругу на одной плоскости, с осью фиксирующего блока 142 в качестве центра окружности. На боковой поверхности фиксирующего блока 142 между каждыми соседними волнообразными зубьями находится удерживающая поверхность 145, образованная для удержания катушек 160. На панели 141 за пределами фиксирующего блока 142 находятся многочисленные вторые фиксирующие выступы 146, расположенные на одной плоскости через равные интервалы по кругу, с центром панели 141 в качестве центра окружности и в соответствии с волнообразными зубьями 144. Удерживающая поверхность 145 между каждыми соседними волнообразными зубьями 144 и фиксирующие выступы 146, соответствующие каждым соседним волнообразным зубьям 144, образуют фиксирующее углубление 147 для крепления катушек 160, так что внешние края катушек 160 соответственно удерживаются на удерживающей поверхности 145 фиксирующего блока 142 и боковых стенок соответствующих фиксирующих выступов 146. Также в фиксирующем углублении 147 расположен установочный выступ 148 в виде прямого бруска, используемый для размещения катушки 160, и средняя часть катушки 160 плотно приклеивается к установочному выступу 148 посредством клея. 18 катушек 160 прикрепляются на панель 141. Соотношение числа катушек 160 к числу первых магнитов 132а в первом комплекте магнитов 130 составляет 3:2.
В соответствии с Фигурой 5 многочисленные катушки 160 электрически соединены друг с другом посредством контура на панели 141, и посредством вращения якоря 140 производят однонаправленный переменный ток. Панель 141 может не иметь контуров, но должна иметь многочисленные крепежные отверстия или выемки, расположенные на панели 141 для соответствующей фиксации многочисленных катушек 160, и многочисленные катушки 160, электрически соединенные друг с другом посредством проводки.
Предпочтительно в данном варианте осуществления изобретения панель 141 оснащена комплектом контактных площадок 200, комплект контактных площадок 200 включает три контактных площадки 210, используемые для вывода тока. Каждая из катушек 160 имеет первый отвод, отходящий от центральной части катушки 160 (то есть положения, ближайшего к плоскому спиральному центру катушки), и второй отвод, отходящий от боковой части катушки 160.
Все катушки 160, закрепленные на панели 141, имеют одинаковое направление намотки, и разделяются на первый блок катушек, второй блок катушек и третий блок катушек. Первый блок катушек, второй блок катушек и третий блок катушек содержат равное количество катушек 160, и катушки 160 в первом блоке катушек, катушки 160 во втором блоке катушек и катушки 160 в третьем блоке катушек поочередно расположены по кругу. Первый отвод первой катушки 160 в первом блоке катушек, первый отвод первой катушки 160 во втором блоке катушек и первый отвод первой катушки 160 в третьем блоке катушек электрически соединены друг с другом. Второй отвод первой катушки 160 в первом блоке катушек электрически соединен с первым отводом следующей катушки 160 в первом блоке катушек, аналогично второй отвод каждой катушки 160 в первом блоке катушек электрически соединен с первым отводом следующей катушки 160, и второй отвод последней катушки 160 в первом блоке катушек электрически соединен с одной из контактных площадок 210 в комплекте контактных площадок 200. Второй отвод первой катушки 160 во втором блоке катушек электрически соединен с первым отводом следующей катушки 160 во втором блоке катушек, аналогично второй отвод каждой катушки 160 во втором блоке катушек электрически соединен с первым отводом следующей катушки 160, и второй отвод последней катушки 160 во втором блоке катушек электрически соединен с другой контактной площадкой 210 в комплекте контактных площадок 200. Второй отвод первой катушки 160 в третьем блоке катушек электрически соединен с первым отводом следующей катушки 160 в третьем блоке катушек, аналогично второй отвод каждой катушки 160 в третьем блоке катушек электрически соединен с первым отводом следующей катушки 160, и второй отвод последней катушки 160 в третьем блоке катушек электрически соединен с третьей контактной площадкой 210 в комплекте контактных площадок 200.
Для более согласованного контурного соединения между катушками 160 печатные контуры на панели 141 включают множество спиральных контурных сегментов 149, расположенных по кругу, и соответственно оба конца каждого спирального контурного сегмента 149 соответствуют двум поочередным катушкам 160.
В данном варианте осуществления изобретения, когда якорь 140 вращается, среди всех катушек 160 на панели 141, если считать от любой из контактных площадок 210 в комплекте контактных площадок 200, непосредственно соединенной с катушкой 160, третья катушка 160 после каждых двух катушек 160 производит индуктивное напряжение V0 той же фазы, что и первая по счету катушка 160, такое индуктивное напряжение V0 может быть непосредственно сложено вместе для того, чтобы стать однофазным напряжением V1 дискового электрогенератора, как показано на Фигуре 6. Эта разница фаз напряжения, производимого любыми двумя соседними катушками 160, составляет . Таким образом, дисковый электрогенератор данного изобретения выводит трехфазовые напряжения переменного тока V1, V2 и V3 посредством комплекта контактных площадок 200, как показано на Фигуре 7, которые затем стабилизируются для получения нaпpяжeний V1', V2' и V3', как показано на Фигуре 8, и в конце концов напряжения V1', V2' и V3' сливаются для образования вывода напряжения дискового электрогенератора, как показано на Фигуре 9. Как видно на Фигуре 9, вывод напряжения дискового электрогенератора очень стабилен.
В дисковом электрогенераторе данного изобретения используются многочисленные пластинчатые магниты 132а и 132b меньшего размера для замены кольцевидных роторов магнитных полюсов большего размера, применяемых в существующем уровне техники для производства магнитного поля, так чтобы уменьшить общее использование магнитных материалов и снизить производственные затраты. Более того, многочисленные спиральные катушки 160, распределенные на одной плоскости, используются для замены трехмерных цилиндрических катушек большего размера, применяемых в существующем уровне техники, что позволяет уменьшить общий размер, и более удобно для сборки.
В дисковом электрогенераторе данного изобретения используется панель 141, и катушки 160 равномерно распределяются на панели 141 по кругу. При такой конструкции якорь 140 может вращаться более стабильно, так чтобы минимизировать расстояние между первым комплектом магнитов 130 и вторым комплектом магнитов 131, и также снизить выработку тепла. При такой конструкции электрогенератор не будет производить фазосдвигающее электрическое напряжение и непосредственно производит максимальное электрическое напряжение. Также в данном изобретении число первых магнитов 132а в первом комплекте магнитов 130 является четным, и число катушек 160, прикрепленных на панели 141, является большим, чем число первых магнитов 132а в первом комплекте магнитов 130. Предпочтительно в данном варианте осуществления изобретения соотношение числа катушек 160, прикрепленных на панели 141, к числу первых магнитов 132а в первом комплекте магнитов 130 составляет 3:2. При такой конструкции якорь 140 невосприимчив к магнитному сопротивлению и вращается более стабильно. Соотношение числа катушек 160, прикрепленных на панели 141, к числу первых магнитов 132а в первом комплекте магнитов 130 может быть также больше чем 3:2. В этом случае производительность дискового электрогенератора снизится, но напряжение на выходе будет более стабильным.
Специалисты в данной области могут вносить изменения и усовершенствования в вышеуказанное описание, однако все эти изменения и усовершенствования будут входить в объем правовой охраны прилагаемой формулы данного изобретения.