ЛИНЕЙНЫЙ СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к линейным генераторам электрической энергии, и предназначена для использования в качестве автономных источников энергии.
Известен линейный генератор постоянного тока с приводом от свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с размещенными в нем статорной обмоткой возбуждения и якорь с постоянными магнитами, например неодимовыми, которые по числу и размерам соответствуют катушкам или катушечным группам статорной обмотки, а также датчики контроля положения якоря и электронную систему управления, содержащую ряд функциональных блоков, обеспечивающих требуемый алгоритм его работы. - Свидетельство РФ на полезную модель № RU 143160 U1, 2013 г.
Недостатком известного линейного генератора постоянного тока является ряд конструктивных просчетов, не позволяющих получить высокие удельные и мощностные характеристики. Магнитная цепь статора представляет собой массивные нешихтованные кольца и тонкостенный массивный корпус, что приводит к появлению значительных вихревых токов в сердечнике статора, снижению результирующего магнитного потока, электромагнитной силы и полезной мощности генератора. Кольцевые постоянные магниты с аксиальной намагниченностью расположены на стальном магнитном штоке, в результате значительная часть магнитного потока постоянных магнитов замыкается по штоку, являясь потоком рассеяния, что ухудшает степень использования постоянных магнитов и значительно снижает выходную мощность генератора. Расположение поршней СПД на одном штоке с постоянными магнитами генератора и непосредственный контакт цилиндров СПД с корпусом статора генератора затрудняют обеспечение необходимого теплового режима работы генератора, что выразится в малой удельной мощности генератора и малом сроке службы.
Известен линейный электрический генератор, принятый за прототип, который содержит корпус, смонтированную в нем электромагнитную систему с несколькими расположенными на каркасе из немагнитного материала в ряд кольцевыми индуктивными катушками, генерирующий магнитный сердечник, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения его внутри каркаса с кольцевыми индуктивными катушками. Магнитный сердечник содержит, как минимум, два кольцевых постоянных магнита с осевой намагниченностью, зафиксированных на оси из немагнитного материала с расположением навстречу друг другу одноименными полюсами, а число кольцевых индуктивных катушек на единицу больше числа постоянных магнитов - свидетельство РФ на полезную модель № RU 83373 U1, 2008 г.
Недостатком известного линейного электрического генератора является неоптимальная конструкция магнитной системы. Отсутствие магнитных проставок между постоянными магнитами значительно уменьшает поток возбуждения. Кольцевые катушки расположены на каркасе из немагнитного материала, что уменьшает полезный магнитный поток, индуцируемую в катушках ЭДС и выходную мощность генератора.
В представленном устройстве указанные недостатки прототипа устранены.
Техническая задача заключается в следующем: повышение энергоэффективности, повышение удельной мощности линейного синхронного генератора.
Поставленные задачи решены в линейном синхронном генераторе, отличающийся тем, что он содержит однотипные модули, собираемые в едином корпусе, каждый модуль содержит статор, состоящий из стандартных П-образных шихтованных сердечников, охватывающих коаксиальную кольцевую катушку, и транслятор, состоящий из расположенных на стальном немагнитном валу кольцевых стальных массивных магнитных полюсов и высококоэрцитивных кольцевых постоянных магнитов с аксиальной намагниченностью, а также фигурные скобы, расположенные в аксиальных вентиляционных каналах между П-образными сердечниками и предназначенные для турбулизации потоков охлаждающего газа и интенсификации отвода тепловой мощности с поверхностей катушек и П-образных сердечников, для чего модули в корпусе ориентируются друг относительно друга с небольшим постоянным смещением 10-15 градусов.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На чертеже (фиг. 1) представлен линейный генератор, который содержит стальной немагнитный вал 1 транслятора, линейные подшипники 2 и 10, передний 3 и задний 12 фланцы, цилиндрический корпус 4, немагнитные непроводящие распорные втулки 5 и 11, стальные массивные магнитные полюса транслятора 6, П-образные шихтованные сердечники 7 статора, кольцевые катушки 8 статора, фигурные скобы 9.
На Фиг. 2 представлены вид спереди модуля синхронного линейного генератора с местным вырезом и продольное сечение модуля со следующими условными обозначениями:
1 - стальной немагнитный вал транслятора;
4 - цилиндрический корпус;
6 - стальные массивные магнитные полюса транслятора;
7 - П-образные шихтованные сердечники статора;
8 - кольцевая катушка статора;
9 - фигурные скобы;
13 - кольцевой постоянный магнит с осевой намагниченностью.
Генератор работает следующим образом.
Приводной механизм совершает колебательные движения вала 1 с расположенными на нем полюсами 6 и постоянными магнитами 13. При линейном перемещении полюсной системы транслятора относительно П-образных сердечников магнитопровода статора изменяются как значение, так и направление магнитного потока, проходящего через магнитопровод статора, изменяется потокосцепление этого магнитного потока с катушкой 8, в результате согласно закону электромагнитной индукции в катушке индуцируется переменная ЭДС. Применение стандартных П-образных сердечников из электротехнической трансформаторной стали позволяет снизить потери в стали, конструкция статора с катушкой, охватываемой П-образными сердечниками, минимизирует потоки рассеяния и повышает эффективность работы генератора. Рациональный выбор размеров стальных полюсов и постоянных магнитов транслятора позволяет получить форму ЭДС, близкую к синусоиде. Фигурные скобы, расположенные в аксиальных вентиляционных каналах между П-образными сердечниками, интенсифицируют отвод тепловой мощности с поверхностей катушек и П-образных сердечников. Модульность конструкции генератора позволяет легко масштабировать проект, упрощает сборочные работы, ремонт и обслуживание генератора.
Таким образом, в предлагаемом устройстве задачи энергоэффективности и повышения удельной мощности решены за счет рациональной конструкции магнитной системы, интенсификации охлаждения активных частей генератора. Все это говорит о решении поставленных задач.