ГЕНЕРАТОР (ВАРИАНТЫ)
GENERATOR (VERSIONS)

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в автономных системах электроснабжения.
Известен линейный генератор [патент РФ №2020699, H02K 35/02, 1991 г.], 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.
Недостатками данного генератора являются ограниченные функциональные возможности и малая удельная мощность.
Известен магнитоэлектрический трехмерный генератор [патент №78991, Н02К 35/02, 2008 г.], содержащий корпус, индукционную систему из подвижной и неподвижной частей, причем в корпусе установлен вертикально перемещаемый на упругих подвесках каркас, в котором размещены две индукционные системы, воспринимающие внешние механические импульсы по осям X и Y соответственно, каждая система состоит из качающейся на параллелограммных подвесках платформы с постоянными магнитами и неподвижной катушки индуктивности, а третья индукционная система, воспринимающая внешние механические импульсы по вертикальной оси 2, состоит из постоянных магнитов, закрепленных на каркасе, и катушки, неподвижно установленной внизу корпуса.
Недостатками данного генератора являются ограниченные функциональные возможности и малая удельная мощность.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому приходится генератор [патент РФ 2402142 C1, Н02К 35/02, 20.10.2010], содержащий корпус, индукционную систему из подвижной и неподвижной частей. Подвижная часть выполнена в виде четырех двухполюсных постоянных магнитов, закрепленных на упругих элементах. Неподвижная часть состоит из четырех катушек, размещенных по периметру корпуса.
Недостатком такого генератора являются повышенные массогабаритные показатели и сложность конструкции, обусловленные количеством стержней и магнитных систем.
Задача изобретения - минимизация массогабаритных показателей и упрощение конструкции благодаря применению только одного стержня, одного двухполюсного постоянного магнита и одной катушки.
Техническим результатом является повышение коэффициента полезного действия и удельной массы (отношение массы к вырабатываемой мощности) генератора, обеспечивающего преобразования энергии возмущений внешней среды любого направления в электрическую энергию.
Поставленная задача решается и технический результат по первому варианту достигается тем, что в генераторе, содержащем корпус, индукционную систему, состоящую из подвижной и неподвижной частей, упругий элемент, согласно изобретению подвижная часть выполнена в виде одного двухполюсного постоянного магнита, имеющего форму выпуклого сектора сферы, закрепленного на упругом элементе, а неподвижная часть состоит из катушки, выполненной в виде вогнутого сектора сферы, при этом подвижная часть установлена с угловым смещением относительно неподвижной.
Поставленная задача решается и технический результат по второму варианту достигается тем, что в генераторе, содержащем корпус, индукционную систему, состоящую из подвижной и неподвижной частей, упругий элемент, согласно изобретению упругий элемент выполнен в виде стержня Г-образной формы, подвижная часть выполнена в виде одного двухполюсного постоянного магнита, имеющего форму выпуклого сектора сферы, закрепленного на упругом элементе, а неподвижная часть состоит из катушки, выполненной в виде вогнутого сектора сферы, при этом в корпусе и между подвижной и неподвижной частями установлены ограничители движения.
Поставленная задача решается и технический результат по третьему варианту достигается тем, что в генераторе, содержащем корпус, индукционную систему, состоящую из подвижной и неподвижной частей, упругие элементы, согласно изобретению упругий элемент выполнен в виде пружины, в корпусе введен первый ограничитель движения и платформа, а на пружине введен второй ограничитель движения, при этом подвижная часть выполнена в виде одного двухполюсного постоянного магнита, имеющего форму выпуклого сектора сферы, закрепленного на пружине, а неподвижная часть состоит из катушки, выполненной в виде вогнутого сектора сферы.
Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображен генератор по первому варианту, на фиг.2 изображен генератор по второму варианту, на фиг.3 изображен генератор по третьему варианту.
Предложенное устройство по первому варианту содержит (фиг.1): корпус 1, в котором установлена подвижная часть 2, состоящая из упругого элемента 3, на упругом элементе 3 жестко закреплен один двухполюсный постоянный магнит, имеющий форму выпуклого сектора сферы 4, неподвижную часть, состоящую из катушки, выполненной в виде вогнутого сектора сферы 5 с выводами 6, установленной с воздушном зазором относительно подвижной части 2.
Предложенное устройство по второму варианту содержит (фиг.2): корпус 1, в котором установлена подвижная часть 2, состоящая из упругого элемента Г-образной формы 3, на упругом элементе 3 жестко закреплен один двухполюсный постоянный магнит, имеющий форму выпуклого сектора сферы 4, неподвижную часть, состоящую из катушки, выполненной в виде вогнутого сектора сферы 5 с выводами 6, установленной с воздушном зазором относительно подвижной части 2, причем в воздушном зазоре установлен первый ограничитель движения 7 из упругого немагнитного материала, а на упругом стержне установлен второй ограничитель движения 8.
Предложенное устройство по третьему варианту содержит (фиг.3): корпус 1, подвижную часть 2, состоящую из упругого элемента, выполненного в виде пружины 3, на котором установлен один двухполюсный постоянный магнит имеющей форму выпуклого сектора сферы 4, неподвижную часть, состоящую из катушки, выполненной в виде вогнутого сектора сферы 5 с выводами 6, установленной с воздушным зазором относительно подвижной части 2, при этом в корпусе установлен первый ограничитель движения 7, а на упругом элементе второй ограничитель движения 8, причем пружина жестко связана с установленной платформой 9.
Генератор по первому варианту работает следующим образом. Постоянный магнит на упругом элементе представляет собой механическую колебательную систему с малым трением. При этом жесткость упругого элемента достаточна, чтобы не допустить «провисания» постоянного магнита относительно катушки. При возникновении внешних возмущений любого направления (например, удар, толчок, вибрации), благодаря тому, что подвижная часть 2 установлена с угловым смещением относительно неподвижной, происходит отклонение подвижной части 2 от точки равновесия, т.е. возникают свободные или вынужденные колебания двухполюсного постоянного магнита, имеющего форму выпуклого сектора сферы 4, причем направление и амплитуда колебаний зависит от внешнего возмущающего воздействия и углового смещения подвижной части 2 относительно неподвижной. По закону электромагнитной индукции в катушке, выполненной в виде вогнутого сектора сферы 4, наводится ЭДС, величина которой зависит от скорости движения подвижной части 2, характеристик упругого элемента 3, характеристик двухполюсного постоянного магнита, имеющей форму выпуклого сектора сферы 4.
Генератор по второму варианту работает следующим образом. Постоянный магнит на упругом стержне Г-образной формы представляет собой механическую колебательную систему с малым трением. При этом жесткость Г-образного стержня достаточна, чтобы не допустить «провисания» постоянного магнита относительно катушки. Внешние возмущения любого направления (например, удар, толчок, вибрации), воспринимаются Г-образным стержнем 3, при этом происходит отклонение подвижной части 2 от точки равновесия, т.е. возникают свободные или вынужденные колебания двухполюсного постоянного магнита, имеющего форму выпуклого сектора сферы 4, причем направление и амплитуда колебаний зависят от внешнего возмущающего воздействия. По закону электромагнитной индукции в катушке, выполненной в виде вогнутого сектора сферы 5, наводится ЭДС, величина которой зависит от скорости движения подвижной части 2, упругости стержня 3, характеристик двухполюсного постоянного магнита, имеющего форму выпуклого сектора сферы 4 (остаточной индукции и коэрцитивной силы), числа витков в катушке, выполненной в виде вогнутого сектора сферы 5. С выводов 6 катушки, выполненной в виде вогнутого сектора сферы 5, снимается электрическая энергия. Соударению подвижной части 2 с катушкой, выполненной в виде вогнутого сектора сферы 5, препятствуют первый и второй ограничители движения 7 и 8.
Генератор по третьему варианту работает следующим образом. Постоянный магнит на пружине представляет собой механическую колебательную систему с малым трением. При этом жесткость пружины достаточна, чтобы не допустить «провисания» постоянного магнита относительно катушки. Внешние возмущения любого направления (например, удар, толчок, вибрации воспринимаются платформой 9 и передаются на упругий стержень 3, при этом происходит отклонение подвижной части 2 от точки равновесия, т.е. возникают свободные или вынужденные колебания двухполюсного постоянного магнита, имеющего форму выпуклого сектора сферы 4, причем направление и амплитуда колебаний зависят от внешнего возмущающего воздействия. По закону электромагнитной индукции в катушке, выполненной в виде вогнутого сектора сферы 5, наводится ЭДС, величина которой зависит от скорости движения подвижной части 2, упругости стержня 3, характеристик двухполюсного постоянного магнита, имеющего форму выпуклого сектора сферы 4 (остаточной индукции и коэрцитивной силы), числа витков в катушке, выполненной в виде вогнутого сектора сферы 5. С выводов 6 катушки, выполненной в виде вогнутого сектора сферы 5, снимается электрическая энергия. Соударению подвижной части 2 с катушкой, выполненной в виде вогнутого сектора сферы 5, препятствуют первый ограничитель движения 7 и второй ограничитель движения 8.
Итак, заявляемое изобретение позволяет минимизировать массогабаритные показатели и упростить конструкцию благодаря применению только одного стержня, одного двухполюсного постоянного магнита и одной катушки.
В результате повышаются коэффициент полезного действия и удельная масса (отношение массы к вырабатываемой мощности) генератора, обеспечивающего преобразования энергии возмущений внешней среды любого направления в электрическую энергию.