Линейный аксиальный генератор возвратно-поступательного движения

Полезная модель линейного аксиального генератора относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, преобразующим механическую энергию возвратно-поступательного движения в электрическую энергию.
Из уровня техники известен линейный электрогенератор возвратно-поступательного типа (CN 110212732, опубл. 06.09.2019), в котором между статичными блоками катушек, закрепленных на статоре из углеродной стали располагается подвижный блок с закрепленными магнитами.
Недостатком данного технического решения является выполнение генератора с применением одного ряда обмоток в каждом блоке. Заявлена возможность комбинирования блоков генератора в группы до шести единиц для увеличения электродвижущей силы (ЭДС). Однако последующее увеличение количества блоков генераторов сопряжено со значительным увеличением габаритов конструкции, не позволяя при этом существенно увеличить получаемую ЭДС.
Наиболее близким техническим решением является электрический генератор (RU 140346, опубл. 10.05.2014), состоящий из внешнего статора и внутреннего индуктора, выполненных с возможностью их взаимного поступательного перемещения и с возможностью вхождения меньшего диаметром индуктора в больший диаметром статор. Внутри статора установлено девять кольцевых расположенных на расстоянии друг от друга обмоток. Обмотки соединены последовательно в единую электрическую цепь. Индуктор содержит одиннадцать магнитов, закрепленных на стержне на расстоянии друг от друга.
Недостатком данного изобретения является выполнение генератора цилиндрической формы с применением одного ряда обмоток внутри кольца магнитов. Такой принцип организации ограничивает возможность масштабирования в зависимости от необходимой мощности. Еще одним недостатком является то, что при работе каждая обмотка при движении индуктора находится одновременно только в одном магнитном поле одного магнита и тем самым ограничивает возможность увеличения получаемой ЭДС.
Задачей заявляемой полезной модели является разработка компактного линейного аксиального генератора с увеличенным ЭДС с возможностью масштабирования конструкции.
Данная задача решается тем, что генератор состоит из неподвижных прямоугольных параллелепипедных постоянных магнитов с аксиальной намагниченностью, собранных в четыре линейных блока с попеременными полюсами по длине блоков. Линейные блоки магнитов запрессованы в немагнитный материал. Между блоками магнитов располагаются три катушки индуктивности из немагнитного проводника (катушки). Катушки собраны в подвижные блоки, запрессованные в немагнитный материал, и установлены на направляющие из немагнитных металлов. Катушки имеют прямоугольную форму с прямоугольным отверстием, одновременно находятся в магнитном поле двух разнополюсных пар магнитов, при работе не выходят за пределы разнополюсных пар магнитов. Блоки катушек соединены с любым известным из уровня техники движителем. Габаритная ширина каждой катушки равна ширине одного магнита. Высота внутреннего отверстия катушки равна высоте магнита. Высота катушки равна высоте магнита, плюс удвоенная толщина намотки катушки. Ширина отверстия равна ширине магнита минус удвоенная толщина намотки катушки и равна расстоянию возвратно-поступательного движения. В предлагаемом тестируемом опытном генераторе количество магнитов в блоке магнитов равно шести, количество катушек в блоке катушек равно пяти. Каждая катушка одновременно находится в магнитном поле двух разнополюсных пар магнитов и не выходит за их пределы.
Прямоугольная форма катушек и магнитов способствует выработке максимальной ЭДС витка катушки, поскольку магнитное поле будет проходить максимально перпендикулярно витку катушки.
Соединение катушек в блоке организовано таким образом, что начало каждой катушки соединяется с началом следующей катушки, а ее конец соединяется с концом следующей за ней, при этом начало первой катушки соединено с концом последней катушки.
Техническим результатом полезной модели является повышение ЭДС при сохранении компактности и реализации возможности масштабирования конструкции.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фигуре 1 изображен генератор, где
1 - блок магнитов;
2 - блок катушек;
4 -направляющие;
5 - линейный подшипник.
На фигуре 2 изображен генератор, где
1 - блок магнитов;
2 - блок катушек;
3 - немагнитный материал;
4 -направляющие;
5 - линейный подшипник.
На фигуре 3 изображен генератор, где
6 - магнит;
7 - катушка;
8 - направление вырабатываемого тока;
9 - направление движения катушки.
На фигуре 4 изображена катушка с магнитами, где
10 - длина проводника катушек.
Между блоков магнитов 1, запрессованных в немагнитный материал 3, размещены блоки катушек 2, запрессованных в немагнитный материал 3, двигающихся по направляющим 4 с помощью подшипников 5.
Тестируемый опытный генератор содержит четыре блока магнитов 1, между которыми расположены три блока катушек 2. Три блока катушек 2 на выходе могут быть соединены либо «треугольником» для повышения их тока, либо «звездой» для повышения напряжения.
Устройство работает следующим образом.
Во время возвратно-поступательного движения и замыкания катушки в цепь (подключение нагрузки), образующееся в катушке 7 магнитное поле притягивается к полю пары магнитов 6, расположенных по направлению движения катушки 9. При обратном движении происходит переполюсовка магнитного поля в катушке, смена направления вырабатываемого тока 8 и притягивание к магнитному полю второй пары магнитов (фиг. 3).
Во всех генераторах, использующих постоянные магниты, при подключении нагрузки происходит торможение. Это происходит от того, что при включении катушек в цепь, в них образуется ток, и катушки превращаются в электромагниты. При сходе катушек с постоянных магнитов происходит разрыв магнитных полей, что приводит к большой разнице в приложении механической энергии при вращении генератора замкнутого в цепь и незамкнутого в цепь (не подключенного к нагрузке). Заявляемый линейный генератор отличается тем, что, катушка одновременно находится в магнитном поле двух разнополюсных пар магнитов и не выходит за их пределы.
За счет расположения катушки в двух, противоположно направленных магнитных полях данная конструкция позволяет использовать удвоенную длину проводника катушек 10 помещенных в магнитное поле (фиг. 4).
Получаемая таким образом электрическая энергия может быть использована для различных бытовых и хозяйственных нужд.
Заявляемый электрический генератор по сравнению с прототипом имеет более широкую область применения за счет генерации ЭДС большей величины.
Преимуществами полученного заявленного технического решения являются:
1. Компактность конструкции.
2. Возможность наращивать мощность генератора путем увеличения количества и размера катушек и магнитов.