Электрический генератор

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, преобразующим энергию механического движения в электрическую.
Известно техническое решение, содержащие цилиндрический корпус, два магнитных сердечника цилиндрической формы с осевой намагниченностью, размещенных внутри цилиндрического корпуса и обращенных друг к другу одноименными полюсами, две цилиндрические катушки с осевыми обмотками, размещенные на цилиндрическом корпусе над соответствующими магнитными сердечниками [RU 83373, Н02К 35/02, 27.01.2011].
Недостатком устройства является недостаточная эффективность преобразования механической энергии в электрический ток.
Известен также электрический генератор [RU 101881, Н02К 35/02, 27.01.2011], содержащий цилиндрический корпус, два магнитных сердечника цилиндрической формы с осевой намагниченностью, размещенных внутри цилиндрического корпуса и обращенных друг к другу одноименными полюсами, две цилиндрические катушки с осевыми обмотками, размещенные на цилиндрическом корпусе над соответствующими магнитными сердечниками.
Недостатком этого технического решения также является недостаточная эффективность преобразования механической энергии в электрический ток.
Близким по технической сущности к предложенному является электрический генератор [RU 2654079, С2, Н02К 35/02, 16.05.2018],
содержащий цилиндрический корпус, два магнитных сердечника цилиндрической формы с осевой намагниченностью, размещенных внутри цилиндрического корпуса и обращенных друг к другу одноименными полюсами, две цилиндрические катушки с осевыми обмотками, размещенные на цилиндрическом корпусе над соответствующими магнитными сердечниками, и цилиндрическую катушку с радиальной обмоткой, расположенной на цилиндрическом корпусе между цилиндрическими катушками с осевыми обмотками.
Недостатком этого технического решения является относительно низкая эффективность преобразования механической энергии в электрический ток.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является магнитоэлектрический генератор переменного тока [RU 2130679, C1, Н02К 16/00, 20.05.1999], содержащий, ротор в виде одного или нескольких дисков с постоянными магнитами по окружности дисков и статор, состоящий из набора катушек на сердечниках-магнитопроводах, при этом, диски ротора выполнены из диэлектрического материала, сердечники-магнитопроводы статора выполнены в виде дуг, охватывающих магниты роторы от полюса к полюсу, и имеют переменное сечение, причем у полюсов магнитов их форма соответствует форме магнитов, а с удалением от полюсов сечение магнитопроводов увеличивается, при этом каждый магнитопровод статора выполнен сплошным для всех дисков ротора, выступы магнитопроводов входят в промежутки между дисками ротора, а катушки выполнены на свободных участках магнитопроводов.
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая частота перемагничивания магнитопровода (равна частоте источника механической энергии), что не позволяет повысить габаритную мощность генератора и эффективность преобразования механической энергии в электрическую.
Этот обусловлено тем, что, даже если объединения в один поток получаемых потоков от нескольких дисков ротора, то имеются существенные ограничения, связанные с тем, что даже сели все диски находятся на одной идеальной одинаковой по длине и диаметру оси, то добиться их синхронной работы во времени чрезвычайно трудно ввиду невозможности изготовления абсолютно идентичных дисков и возможных изменений их механических характеристик в процессе работы.
Решаемая задача заключается в создании генератора, обеспечивающего повышенную частоту преобразования механической энергии в электрическую.
Технический результат заключается в повышении частоты преобразования механической энергии в электрическую.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается в генераторе, содержащем О-образный магнитопровод со спрямленными вертикальными элементами, каждый из которых содержит верхнюю и нижнюю рабочие катушки, соединенные в единую электрическую цепь, выход которой является выходом генератора, а один из вертикальных элементов магнитопровода выполнен с зазором, обеспечивающим прохождение через него края плоского диска, который приводится во вращение источником механической энергии на котором последовательно закреплены пары постоянных магнитов с чередующимися направлениями полярности по окружности, которая проходит через зазор в упомянутом вертикальном элементе магнитопровода при вращении диска, согласно полезной модели, магнитопровод выполнен в виде группы составных магнитопроводов аналогичной конструкции, количество которых равно числу магнитов на плоском диске, а выходы рабочих катушек соединены параллельно-последовательно.
На чертеже представлен электрический генератор совместно с приводом источника механической энергии.
На чертеже обозначены:
1 - магнитопровод с зазором (в правом по чертежу вертикальном элементе);
2 - рабочие обмотки;
3 - плоский диск;
4 - пары постоянных магнитов;
5 - ось диска;
6 - скользящие опоры.
Электрический генератор состоит из вращающегося закрепленного на оси 5 диска 3. Ось 5 вращается в скользящих опорах 6. На плоском диске 3 по окружности радиусом R закреплено в частном случае четное число n постоянных магнитов 4 прямоугольной формы длиной L и шириной с. Окружность радиусом R проходит через середину магнитов, то есть через точки, находящиеся на пересечении их диагоналей. Постоянные магниты 4 расположены по окружности радиусом R равномерно, то есть на равные углы А=360°/n. Магниты 4 установлены таким образом, чтобы направления магнитных полей соседних по окружности магнитов (в парах) были противоположны.
Плоский диск 3 с магнитами 4 вращается в зазоре магнитопровода 1. На магнитопроводе 1 закреплены рабочие обмотки 2.
В частном случае сечение магнитопровода 1 имеет вид прямоугольника со сторонами величиной L и с.
Магнитопровод 1 может быть единственным или может быть выполнен виде группы составных магнитопроводов, количество которых либо равно числу магнитов n на плоском диске, либо кратно (в 2, 4 и т.д. раз меньше). То есть, угол между точками, расположенными на пересечении диагоналей в разрезах соседних составных магнитопроводов группы должен составлять либо величину А, когда количество магнитов 4 равно количеству составных
магнитопроводов группы, либо этому углу, умноженному на коэффициент кратности (2, 4 и т.д.).
Работает электрический генератор следующим образом.
При вращении плоского диска 3 положение магнитов 4 относительно магнитопровода 1 постоянно меняется. При совпадении в некоторый момент времени положения средних точек на магнитопроводе и любого из магнитов магнитный поток в магнитопроводе 1 максимален. При дальнейшем вращении плоского диска 3 происходит уменьшение магнитного потока в магнитопроводе 1 за счет магнитного поля соседнего магнита 4, направление которого противоположно. Таким образом, при вращении плоского диска 3 в магнитопроводе 1 возникает изменяющийся по направлению магнитный поток, который наводит в рабочих обмотках 2 э.д.с.
Если указанное выше соотношение магнитов 4 и составных магнитопроводов группы соблюдается, то фазы изменения э.д.с. в разных рабочих обмотках 2, либо совпадают, либо отличаются на 180°. Поэтому при соответствующем соединении выводов рабочих обмотках 2 возможно их параллельное, параллельно-последовательное или последовательное соединение для получения однофазового переменного напряжения.
При другом соотношении числа магнитов и магнитопроводов, а также их взаимном расположении возможно получение, например, трехфазного напряжения.
Таким образом, в предложении заявителя достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении частоты преобразования механической энергии в электрическую. Причем, частота, с которой происходит изменение направления магнитного потока, то есть частота перемагничивания, пропорциональна величине радиуса R и частоте вращения плоского диска 3 с магнитами и обратно пропорциональна длине магнитов L. Габаритная мощность предлагаемого генератора пропорциональна частоте перемагничивания. При этом, благодаря тому, что магнитопровод выполнен в виде группы составных магнитопроводов
аналогичной конструкции, количество которых равно числу магнитов на плоском диске, когда выходы рабочих катушек соединены параллельно-последовательно, обеспечивается возможность сбора в единый поток частных потоков с выходов рабочих потоков для получения максимальной частоты генератора.