Тихоходный линейный магнитоэлектрический генератор с плоскими катушками (ТИЛИМЭГ ПК)
LOW-SPEED LINEAR MAGNETOELECTRIC GENERATOR WITH FLAT COILS (TILIMEG FC)

Изобретение относится к электротехнике, а именно к магнитоэлектрическим генераторам, служащие в качестве автономных источников питания с приводом от тихоходных систем, например микроГЭС, установленных на тихоходных реках со скоростью течения от 0,5 м/с до 3,0 м/с и ветроэнергетических установок, работающих в зонах, где среднегодовая скорость ветра от 1,5 м/с до 4,5 м/с. Конструкция ТИЛИМЭГ ПК предусмотрена также для использования на традиционных микроГЭС со скоростями течения воды более 3,0 м/с, и ветроустановках и средней скоростью ветра более 4,5 м/с. Известен магнитоэлектрический генератор, патент RU 2206170 от 10.06.2003, содержащий корпус, внутри которого установлены два краевых постоянных магнитных элемента, размещенные на противоположных его концах, и установленный внутри корпуса с возможностью перемещения между краевыми постоянными магнитными элементами, подвижный постоянный магнитный элемент, взаимодействующий с замкнутым на выпрямитель электропроводящим контуром. Такой магнитоэлектрический генератор преобразовывает энергию постоянных магнитных элементов в электрическую энергию, однако для ее выработки с помощью такого магнитоэлектрического генератора необходимо затрачивать электроэнергию от внешнего источника, необходимую для вращения краевых постоянных магнитных элементов, что является его недостатком. Известен RU 2234638 от 20.08.2004, включающий в себя корпус, немагнитный канал с катушками на его поверхности и магнитным шариком, помещенным в канал. При качании устройства в плоскости, проходящей вдоль оси канала, шарик перекатывается, и в катушках наводится ток, который накапливается электронной схемой, и может использоваться при необходимости. Недостатками данного изобретения являются двухполярность шарика, что вызывает, при перекатывании шарика вдоль канала, неопределенность магнитного потока по отношению к обмоткам катушек и, как следствие этого, снижение КПД выработки электроэнергии, кроме того, прямолинейный канал требует только горизонтального расположения, что ограничивает условия его эксплуатации. Прототипом заявленного изобретения принят патент инерционный магнитоэлектрический генератор, патент РФ №2020699 С1 от 30.09.1994, содержащий немагнитный цилиндрический корпус, на наружной поверхности которого расположена обмотка, и магнитную систему, выполненную в виде трех последовательно установленных вдоль оси генератора аксиально-намагниченных цилиндрических магнитов: двух неподвижных и одного подвижного, размещенного между неподвижными магнитами и так как при обращенного к ним одноименными полюсами. Недостаток известного генератора заключается в том, что его магнитная система вырабатывает слишком слабый сигнал при колебаниях подвижного магнита, так как его магнитное поле не полностью пересекает обмотку катушки. Кроме того, его магнитная система подвержена воздействию внешних магнитных полей. Технической задачей заявленного изобретения является создание энергоэффективного линейного тихоходного магнитоэлектрического генератора на постоянных магнитах марки N45-N52 (Nd, Fe, B) с малогабаритными плоскими квадратными катушками без наличия эффекта магнитного залипания. Технический результат заявленного изобретения достигается следующими основными отличиями от аналогов и прототипа. Разъемный корпус, состоящий из цилиндрического корпуса с фланцем для соединения с крышкой цилиндрического корпуса. Мини-линейные магнитоэлектрические генераторы, размещенные в квадратных ячейках, расположенных по периферии двух цилиндрических колец. Герметичные трубчатые квадратные корпусы микролинейных магнитоэлектрических генераторов, заполненные легким инертным газом гелием (Не). Подвижные прямоугольные параллепипедные постоянные магниты марки N45-N52 (Nd, Fe, B), с продольной намагниченностью и имеющие круглые центральные продольные отверстия. Подвижные прямоугольные параллепипедные постоянные магниты, расположенные с минимальным зазором внутри герметичных трубчатых квадратных корпусах микролинейных магнитоэлектрических генераторов. Продольные центральные отверстия подвижных прямоугольных параллепипедных постоянных магнитов служат для перетекания гелия из одной полости в другую при возвратно-поступательном перемещении этих магнитов. Ротор с плоскими круглыми постоянными магнитами марки N45-N52 (Nd, Fe, B), имеющие полукруглые торцы, причем диаметр плоского круглого магнита равен длине диагонали трубчатого квадратного корпуса. Четыре части кольцевого держателя плоских круглых постоянных магнитов установленных на торце по периметру ротора. Вал ротора, имеющего возможность соединения с валами тихоходных микроГЭС и ветродвигателей. Регулировочные гайки ротора для установки оптимально равноудаленных зазоров между герметичными трубчатыми квадратными корпусами и плоскими круглыми постоянными магнитами ротора. Подшипниковые узлы, установленные в цилиндрическом корпусе с фланцем и в крышке цилиндрического корпуса, вала ротора. Три плоские квадратные катушки, расположенные в средней части вокруг четырех сторон трубчатых квадратных корпусах микролинейных магнитоэлектрических генераторов. Кожухи плоских квадратных катушек, выполненные из пермаллоя в целях защиты от взаимного влияния внешних магнитных полей. Работа ТИЛИМЭГ по назначению не зависит от вертикального или горизонтального положения оси вала ротора, что является преимуществом по сравнению с прототипом. Указанные отличия позволяют использовать энергию слабых течений равнинных рек и скоростей ветра для надежной выработки электроэнергии в средней полосе России, где отсутствует широкая практика применения микроГЭС и тихоходных ветроэнергетических установок.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется на следующих рисунках. На Фиг. 1 показан поперечный разрез ТИЛИМЭГ. На Фиг. 2 представлен вид сбоку ротора в сборе с круглыми магнитами. На Фиг. 3 показан цилиндрическое кольцо с квадратными ячейками для установки корпусов минилинейных магнитоэлектрических генераторов. Общий вид микролинейного магнитоэлектрического генератора показан на Фиг. 4. Конструкция тихоходного линейного магнитоэлектрического генератора с плоскими катушками состоит из следующих составных частей. Разъемный корпус 1, состоящий из цилиндрического корпуса 2 с фланцем 3, имеющего отверстия 4 и крышки 5 с отверстиями 6 для болтового соединения с фланцем 3 (Фиг. 1). Тридцать шесть минилинейных магнитоэлектрических генератора 7 (Фиг. 1, Фиг. 4). Герметичный трубчатый квадратный немагнитный корпус 8, мини-линейного магнитоэлектрического генератора 7, заполненный легким инертным газом гелием (Не). Плоские квадратные катушки 9, причем плоские квадратные катушки по три, расположенные в средней части вокруг четырех сторон герметичных трубчатых квадратных корпусов 8 микролинейных магнитоэлектрических генераторов 7 (Фиг. 1, 4). Плоские квадратные катушки 9 выполнены из медных квадратных колец толщиной от 0,01 до 0,3 мм (Фиг. 4). Подвижные прямоугольные параллепипедные постоянные магниты 10 марки N42-N52 (Nd,Fe,B.), с продольной намагниченностью, имеющие центральные продольные отверстия 11, расположенные с минимальным зазором внутри герметичных трубчатых квадратных корпусах 8. Постоянные магниты 12 с осевой намагниченностью, создающие магнитную подушку с одной стороны для подвижных прямоугольных параллепипедных постоянных магнитов 10. Резиново-воздушный амортизатор 13 для подвижных прямоугольных параллепипедных постоянных магнитов 10 с другой стороны (Фиг. 1). Два цилиндрических немагнитных кольца 14, с квадратными ячейками 15, расположенными по их периферии, для установки мини-линейных магнитоэлектрических генераторов 7 (Фиг. 3). Ротор 16, выполненный из оргстекла с полукруглыми кольцевыми канавками 17 по торцу ротора 16 (Фиг. 1, 2). Плоские круглые постоянные магнитами 18 с осевой намагниченностью, имеющие полукруглые торцы 19, причем диаметр плоского круглого магнита равен длине диагонали герметичного трубчатого квадратного немагнитного корпуса 8. Плоские круглые постоянные магнитами 18 с осевой намагниченностью, имеющие полукруглые торцы 19 устанавливаются в полукруглые кольцевые канавки 17 по торцу ротора 16 (Фиг. 2). Шесть дугообразных частей кольцевого держателя 20 плоских круглых магнитов 18, установленных на торце ротора 16 по его периметру. Шпильки 21, выполненные из немагнитного материала, со стандартной резьбой. Плоские круглые постоянные магниты 18 установлены на роторе 16 с чередованием магнитных полюсов (Фиг. 2). Количество плоских круглых постоянных магнитов 18 должно быть равно количеству подвижных прямоугольных параллепипедных постоянных магнитов 10, расположенных внутри герметичных трубчатых квадратных немагнитных корпусах 8. Вал 22 с резьбой 23, ротора 16. При этом вал 22 соединен с ротором 16 с помощью шпоночного соединения 24. Регулировочные гайки 25 ротора 16. Закрытый подшипниковый узел 26 установленный в крышке 5. Открытый подшипниковый узел 27, установленный в цилиндрическом корпусе 2, с отверстием 28 для вала 22. Вал 22 располагается параллельно герметичным трубчатым квадратным корпусам 8, мини-линейных магнитоэлектрических генераторов 7 (Фиг. 1). Защитные кожухи 29, плоских квадратных катушек 9, выполненных из пермаллоя в целях исключения влияния внешних магнитных полей на плоские квадратные катушки 9. Крышка 5 соединяется с цилиндрическим корпусом 2 при помощи болтового соединения 30. Тихоходный линейный магнитоэлектрический генератор с плоскими катушками работает следующим образом. Вращательное движение с приводом от тихоходной микроГЭС, ветродвигателя или других тихоходных приводов (не показаны) передается на вал 22, который вращается в открытом и в закрытом подшипниковых узлах 27 и 26. Далее вращательное движение вала 22 передается через шпоночное соединение 24 ротору 16, на торце которого размещены плоские круглые постоянные магниты 18 с осевой намагниченностью. При вращении плоские круглые постоянные магниты 18 удерживаются четырьмя частями кольцевых держателей 20 плоских круглых магнитов 18, закрепленных на торце ротора 16, по его периметру, с помощью шпилек 21, выполненных из немагнитного материала. Плоские круглые постоянные магниты 18, с осевой намагниченностью, при вращательном движении своими магнитными полями воздействуют на подвижные прямоугольные параллепипедные постоянные магниты 10, которые, если их полюса совпадают, то подвижные прямоугольные параллепипедные постоянные магниты 10 движутся вдоль по герметичным трубчатым квадратным немагнитным корпусам 8 в направлении от плоских круглых постоянных магнитов 18. В том случае, если полюса плоских круглых постоянных магнитов 18 и подвижных прямоугольных параллепипедных постоянных магнитов 10 не совпадают, то круглые постоянные магниты 18 притягивают подвижные прямоугольные параллепипедные постоянные магниты 10, которые движутся вдоль по герметичным трубчатым квадратным немагнитным корпусам 8 в направлении к плоским круглым постоянным магнитам 18. Таким образом подвижные прямоугольные параллепипедные постоянные магниты 10, притягиваясь к плоским круглым постоянным магнитам 18 и отталкиваясь от них, совершают возвратно-поступательное движение. В процессе возвратно-поступательного движения подвижных прямоугольных параллепипедных постоянных магнитов 10 от вращающихся плоских круглых постоянных магнитов 18, постоянные магниты 12, с осевой намагниченностью, создают магнитную подушку для подвижных прямоугольных параллепипедных постоянных магнитов 10, поэтому их полюса должны всегда совпадать. Резиново-воздушные амортизаторы 13 обеспечивают амортизацию подвижных прямоугольных параллепипедных постоянных магнитов 10 при их движении в направлении к плоским круглым постоянным магнитам 18. Таким образом, происходит защита подвижных прямоугольных параллепипедных постоянных магнитов 10 от разрушения. Выработка электроэнергии происходит следующим образом. Вращающейся ротор 16 с плоскими круглыми постоянными магнитами 18, установленные с чередованием магнитных полюсов, обеспечивают взаимодействие с магнитными силовыми линиями подвижных прямоугольных параллепипедных постоянных магнитов 10, которые совершают возвратно-поступательные движения внутри герметичных трубчатых квадратных немагнитных корпусах 8. При этом магнитные силовые линии разных магнитных полюсов продольно намагниченных подвижных прямоугольных параллепипедных постоянных магнитов 10 пересекают три плоские квадратные катушки 9, где вырабатывается напряжение переменного тока. В целях исключения воздушного сопротивления при возвратно-поступательном движении подвижных прямоугольных параллепипедных постоянных магнитов 10 внутри герметичных трубчатых квадратных немагнитных корпусах 8, последние заполнены легким инертным газом гелием. При этом подвижные прямоугольные параллепипедные постоянные магниты 10 имеют центральные продольные отверстия 11, обеспечивающие свободное перемещение легкого инертного газа гелия во время возвратно-поступательного движения подвижных прямоугольных параллепипедных постоянных магнитов 10 в полостях герметичных трубчатых квадратных немагнитных корпусах 8. Выработанное напряжение переменного тока известным способом выпрямляется и запасается в аккумуляторных батареях в целях дальнейшего использования потребителями.