ГЕНЕРАТОР ПРЯМОГО ВРАЩЕНИЯ
DIRECT ROTATION GENERATOR

Область техники
Настоящее изобретение относится к генерирующему устройству, в частности к генератору прямого вращения.
Уровень техники
Традиционный генератор имеет следующие недостатки: первое, когда ротор (полюса) и статор (обмотка) традиционного генератора находятся в относительном круговом движении, линии магнитных сил и обмотка находятся в относительном срезывающем движении, главный магнитный поток и вихревое магнитное поле, создаваемое индуцируемым током обмотки, создают тангенциальную силу в направлении, противоположном направлению вращения ротора, которая создает сопротивление ротору. Чтобы соответствовать эксплуатационным требованиям к генератору, входная мощность должна быть намного больше такого электромагнитного сопротивления. Чем выше электромагнитное сопротивление, тем больше расходуется энергии. Этот режим генерации может преобразовать только часть энергии, коэффициент преобразования низкий, и расход энергии высокий. Второе, в железный сердечник традиционного генератора могут происходить утечки магнетизма и гармонические волны, что отрицательно влияет на сеть. Кроме того, пространство между железным сердечником и полюсами обязательно нужно уменьшать, чтобы повысить КПД генератора, поскольку чем меньше это пространство, тем меньшее магнитное сопротивление в нем создает воздух, и тем выше КПД генератора. Оптимизированная схема заключается в том, что железный сердечник находится в прямом контакте с полюсами, чтобы обеспечивать прохождение большинства линий магнитных сил через железный сердечник. Однако, с одной стороны, к технологиям обработки предъявляются высокие требования, и стоимость производства генераторов значительно возрастает при уменьшении пространства между железным сердечником и полюсом; с другой стороны, поскольку используются сплошные железные сердечники и полюса, КПД генератора трудно оптимизировать, если сила трения в результате прямого контакта является чрезмерно большой.
Раскрытие изобретения
Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить генератор прямого вращения, который индуцирует электродвижущую силу в обмотке путем изменения магнитного потока в железном сердечнике генератора вместо того, чтобы срезать линии магнитных сил в обмотке. Линии магнитных сил вертикальный обмотке железного сердечника, а также направлению относительного вращения железного сердечника и магнита. Поэтому основной магнитный поток генератора прямого вращения и магнитный поток, создаваемый индуцированным током, проходят параллельно железному сердечнику в нем, что значительно снижает влияние сопротивления на относительное вращение железного сердечника и магнита, таким образом экономя энергию для генерации электроэнергии. Маловероятно, что утечки магнетизма и гармонические волны будут происходить в железном сердечнике, таким образом не нанося вреда сети и далее устраняя недостатки традиционного генератора. Кроме того, магнитное сопротивление между полюсом и железным сердечником можно устранить, этим значительно повысив КПД генератора.
Указанная цель изобретения реализуется в следующей технической схеме. Генератор включает держатель железных сердечников и вращающийся вал, установленный на держателе железных сердечников. Первый вращающийся диск и второй вращающийся диск расположены на концах вращающегося вала. Первый железный сердечник расположен на держателе железных сердечников, и первая обмотка расположена на периферии первого железного сердечника. Первая уплотнительная пластина расположена на первом вращающемся диске, первый магнит расположен на первом вращающемся диске или на первой уплотнительной пластине, и первый магнит и первая уплотнительная пластина разделяют одну поверхность. Четвертый магнит расположен на втором вращающемся диске, первый магнит и четвертый магнит соответствуют двум концам первого железного сердечника, и первый магнит и четвертый магнит обращены друг к другу противоположными полюсами. Резервуар для жидкости, который наполнен магнитным раствором, расположен на конце первого железного сердечника, и конец первого магнитного сердечника, наполненный магнитной жидкостью, контактирует с первой уплотнительной пластиной.
Для дальнейшей реализации цели изобретения также используется следующая техническая схема, второй железный сердечник и третий железный сердечник расположены на держателе железных сердечников. Первый железный сердечник, второй железный сердечник и третий железный сердечник равномерно расположены по периферии вращающегося вала. Первый железный сердечник, второй железный сердечник и третий железный сердечник имеют один центр круга. Вторая обмотка расположена на периферии второго железного сердечника, и третья обмотка расположена на периферии третьего железного сердечника. Второй магнит расположен на первом вращающемся диске и отстоит от первого магнита на такое же расстояние, что и вращающийся вал. Второй магнит и первый магнит расположены под углом 180 градусов друг к другу. Пятый магнит расположен на втором вращающемся диске и отстоит от четвертого магнита на такое же расстояние, что и вращающийся вал. Пятый магнит и четвертый магнит расположены под углом 180 градусов друг к другу. Пятый магнит и второй магнит обращены друг к другу противоположными полюсами. Поверхность пятого магнита и поверхность второй уплотнительной пластины разделяют одну поверхность, и поверхность второго магнита и первая уплотнительная пластина также разделяют одну поверхность. Формы и размеры торцевых поверхностей первого железного сердечника, второго железного сердечника, третьего железного сердечника, первого магнита, второго магнита, четвертого магнита и пятого магнита одинаковы. Направление полюсов первого магнита и второго магнита противоположно. Направление полюсов первого магнита и второго магнита одинаково. Некоторое количество наружных магнитных блоков расположено на первом вращающемся диске и равномерно распределено по периферии, если принять вращающийся вал как центр круга. Некоторое количество внутренних магнитных блоков расположено на держателе железных сердечников и равномерно распределено по периферии, если принять вращающийся вал как центр крута. Расстояние по вертикали между наружными магнитными блоками и вращающимся валом равно расстоянию между внутренними магнитными блоками и вращающимся валом. Внутренние магнитные блоки соответствуют наружным магнитным блокам, и полюса одинаковой полярности обращены друг к другу. Некоторое количество наружных магнитных блоков расположено на втором вращающемся диске и равномерно распределено по периферии, если принять вращающийся вал как центр круга. Некоторое количество внутренних магнитных блоков расположено на держателе железных сердечников и равномерно распределено по периферии, если принять вращающийся вал как центр круга. Расстояние по вертикали между наружными магнитными блоками и вращающимся валом равно расстоянию между внутренними магнитными блоками и вращающимся валом. Внутренние магнитные блоки соответствуют наружным магнитным блокам, и полюса одинаковой полярности обращены друг к другу. Первая уплотнительная пластина имеет кольцеобразную конструкцию. Резервуар для жидкости, наполненный магнитной жидкостью, расположен в обоих концах первого железного сердечника. Вторая уплотнительная пластина расположена на втором вращающемся диске. Четвертый магнит и вторая уплотнительная пластина разделяют одну поверхность. Два конца первого железного сердечника контактируют, соответственно, с первой уплотнительной пластиной и второй уплотнительной пластиной. Вторая уплотнительная пластина также имеет кольцеобразную конструкцию.
Положительный эффект изобретения состоит в том, что генератор прямого вращения создает электродвижущую силу в обмотке путем изменения магнитного потока в железном сердечнике генератора. Сила индуцированного тока соотнесена со скоростью изменения магнитного потока и электрического сопротивления проводной нагрузки. При работе генератора, т.е., во время относительного вращения железного сердечника и магнита, линии магнитных сил всегда вертикальны к торцевой поверхности железного сердечника, т.е., направление вращения, изменяющее магнитный поток в железном сердечнике, всегда находится под углом 90 градусов к направлению линий магнитных сил магнита. Эта конструкция может значительно уменьшать сопротивление вращению между статором и ротором генератора, повышать КПД генератора и обеспечивать сохранение большого количества энергии. Генераторное устройство не создает утечек магнетизма или гармонических волн, уменьшает сопротивление, экономит энергию и не наносит вреда сетям. Магнитные жидкости залиты в оба торца железного сердечника, что обеспечивает контакт большинства деталей между полюсами и сердечником твердым телом и жидкостью, этим устраняя магнитное сопротивление между железным сердечником и полюсом, повышая КПД генератора, уменьшая силу трения между железным сердечником и полюсами до минимума и снижая расход энергии при генерации электроэнергии. Держатель железных сердечников обеспечивает достаточную опору железному сердечнику, которая может эффективно препятствовать раскачиванию железного сердечника под действием внешних сил, созданию ненужной силы трения и способствуя продлению срока службы двигателя. Вращающийся диск с полюсами имеет преимущества небольшого размера, малой массы и легок в обработке и установке. Кроме того, генератор прямого вращения также имеет преимущества длительного срока службы, легкости в обработке, простой и компактной конструкции, небольших расходов на производство, а также безопасного и удобного использования.
Описание прилагаемых чертежей
На Фиг.1 показана схема изобретения, на Фиг.2 показан вид в разрезе по линии А-А схемы с Фиг.1, на Фиг.3 показан вид в разрезе по линии С-С схемы с Фиг.1, на Фиг.4 показан вид в разрезе по линии В-В схемы с Фиг.1, и на Фиг.5 показан расширенный вид в месте I схемы с Фиг.1.
Обозначения на чертежах: 1 - держатель железных сердечников; 2 - первый вращающийся диск; 3 - второй вращающийся диск; 4 - вращающийся вал; 5 - первый железный сердечник; 6 - второй железный сердечник; 7 - третий железный сердечник; 8 - первый магнит; 9 - второй магнит; 11 - четвертый магнит; 12 - пятый магнит; 14 - первая обмотка; 15 - третья обмотка; 16 - вторая обмотка; 17 - наружный магнитный блок; 18 - внутренний магнитный блок; 19 - резервуар для жидкости; 20 - магнитная жидкость; 21 - подшипник; 22 - первая уплотнительная пластина; 23 - вторая уплотнительная пластина.
Подробное описание вариантов осуществления
Генератор прямого вращения содержит держатель 1 железных сердечников и вращающийся вал 4, установленный на держателе железных сердечников 1. Первый вращающийся диск 2 и второй вращающийся диск 3 расположены на обоих концах вращающегося вала 4. Первый железный сердечник 5 расположен на держателе железных сердечников 1, первая обмотка 14 расположена на периферии первого железного сердечника 5. Первая уплотнительная пластина 22 расположена на первом вращающемся диске 2, первый магнит 8 расположен на первом вращающемся диске 2 или на первой уплотнительной пластине 22, и поверхность первого магнита 8 и первая уплотнительная пластина 22 разделяют одну поверхность. Вторая уплотнительная пластина 23 расположена на втором вращающемся диске 3, и второй вращающийся диск 3 или вторая уплотнительная пластина 23 имеет четвертый магнит 11, который разделяет одну поверхность с поверхностью второй уплотнительной пластины 23. Первый магнит 8 и четвертый магнит 11 соответствуют двум концам первого железного сердечника 5, и первый магнит 8 и четвертый магнит 11 обращены друг к другу противоположными полюсами, благодаря чему линии магнитных сил первого магнита 8, обращенного к четвертому магниту 11, могут проходить через первый железный сердечник 5 при вращении первого вращающегося диска 2 и второго вращающегося диска 3. Резервуар для жидкости 19, наполненный магнитной жидкостью 20, расположен на обоих концах первого железного сердечника 5, и оба конца первого железного сердечника 5 контактируют с первой уплотнительной пластиной 22 и второй уплотнительной пластиной 23, соответственно. Два торца с магнитной жидкостью 20 железного сердечника могут уменьшать контактную поверхность сплошных частей железного сердечника и магнита, так что большинство частей между железным сердечником и магнитом находятся в сплошном и жидкостном контакте и эффективно уменьшают силу трения между железным сердечником и магнитом. Магнитная жидкость 20 имеет относительно хорошую магнитную проводимость, и прямой контакт полюсов может устранять магнитное сопротивление между полюсами и железным сердечником до минимума и повышать КПД генератора. Поскольку магнитная жидкость 20 налита в оба конца железного сердечника, для предотвращения утечки магнитной жидкости 20 из резервуара 19 первая уплотнительная пластина 22 установлена на первом вращающемся диске 2, и вторая уплотнительная пластина 23 установлена на втором вращающемся диске 3, этим обеспечивая герметизацию резервуара 19 во время вращения. Для уменьшения расходов на производство резервуар для жидкости, наполненный магнитной жидкостью 20, также может быть расположен только на одном конце первого железного сердечника. Вторая уплотнительная пластина 23 необязательно должна быть установлена на втором вращающемся диске 3, и четвертый магнит 11 на втором вращающемся диске 3. Однако в таком случае эффект устранения магнитного сопротивления между железным сердечником и полюсами будет хуже.
Резервуар 19 для жидкости может быть установлен на обоих концах железных сердечников, таких как первый железный сердечник 5, и может быть выполнен путем соединения кольцеобразных деталей, изготовленных из таких материалов, как медь или алюминий, на обоих концах первого железного сердечника 5. Другими словами, канал 19 для жидкости окружен таким материалом, как медь или алюминий.
Первый вращающийся диск 2 и второй вращающийся диск 3 несут на себе первый магнит 8 и четвертый магнит 11, которые установлены как полюса. Первый вращающийся диск 2 и второй вращающийся диск 3 могут обеспечивать вращение магнита относительно железных сердечников, таких как первый железный сердечник 5. Держатель 1 железных сердечников является деталью для фиксации первого железного сердечника 5, чтобы максимально предотвращать раскачивание первого железного сердечника 5 из-за воздействия внешних сил при работе. Также возможны другие конструкции, реализующие функцию вращения полюса относительно железного сердечника. Например, в механизме с вращающимся цилиндром и фиксированным валом последний заменяет держатель 1 железных сердечников, на фиксированном вале расположен опорный стержень, и железные сердечники, такие как первый железный сердечник 5, фиксируются опорным стержнем. Вращающийся цилиндр расположен на периферии фиксированного вала и вращается относительно фиксированного вала, т.е., фиксированные полюса расположены на внутренних сторонах обоих торцов вращающегося цилиндра вместо первого вращающегося диска 2 и второго вращающегося диска 3, и магнитные полюса расположены внутри обоих торцов вращающегося цилиндра. Генератор с механизмом с вращающимся цилиндром и фиксированным валом может реализовывать относительное вращение полюсов, но имеет следующие недостатки: первое, при условии тех же материалов и массы для производства фиксированного вала с опорными стержнями и держателя 1 железных сердечников прочность фиксированного вала с опорными стержнями намного ниже таковой у держателя 1 железных сердечников. В производстве фиксированный вал с опорными стержнями абсолютно не способен обеспечить достаточную опору железным сердечникам, таким как первый железный сердечник 5; также при эксплуатации генератора внешняя сила, воздействующая на железные сердечники, такие как первый железный сердечник 5, может периодически изменяться и необходима большая прочность. Раскачивание железных сердечников, таких как первый железный сердечник 5, которому не обеспечена эффективная опора и фиксация, может прямо влиять на КПД генератора, приводя к ненужному трению, что значительно сокращает срок службы генератора. По сравнению с фиксированным валом с опорными стержнями, держатель 1 железных сердечников может обеспечивать достаточную опору первому железному сердечнику 5, этим эффективно препятствуя раскачиванию первого железного сердечника 5 под действием внешней силы, избегая трения и продлевая срок службы двигателя. Второе, объем вращающегося цилиндра намного больше суммарного объема первого вращающегося диска 2 и второго вращающегося диска 3, что увеличивает расход энергии на приведение полюсов во вращение. Кроме того, технология обработки вращающегося цилиндра гораздо труднее таковой для вращающегося диска, что увеличивает стоимость производства генератора. Также более трудно размещать полюса в вращающемся цилиндре, что увеличивает стоимость производства. По сравнению с вращающимся валом, первый вращающийся диск 2 и второй вращающийся диск 3 имеют преимущества небольшого объема, малой массы, меньшей трудности изготовления и размещения полюсов. Третье, в механизме с вращающимся цилиндром и фиксированным валом массу железных сердечников, полюсов и вращающегося цилиндра несет фиксированный вал, поэтому требование к прочности фиксированного вала повышается, и стоимость производства генератора возрастает. Однако срок службы генератора с механизмом с вращающимся цилиндром и фиксированным валом намного меньше, чем у генератора с держателем 1 железных сердечников, первым вращающимся диском 2 и вторым вращающимся диском 3. Поэтому изготовление генератора с механизмом с вращающимся цилиндром и фиксированным валом трудное, промышленных масштабов достигнуть вряд ли удастся, и производство генератора большой мощности для генерации электроэнергии невозможно. Генератор прямого вращения согласно изобретению может выполнять такую функцию и иметь большую мощность.
Работа генератора прямого вращения может быть представлена двумя схемами, а именно, с вращением магнита и с вращением железного сердечника.
Схема с вращением магнита
Первый вращающийся диск 2 и второй вращающийся диск 3 жестко соединены с вращающимся валом 4, который соединен с устройством выработки энергии, таким как генератор или гидромотор. На вращающемся вале 4 расположена лопасть, чтобы использовать силу ветра или воды для вращения вращающегося вала 4. При работе генератора держатель 1 железных сердечников зафиксирован, и вращающийся вал 4 вращает первый вращающийся диск 2 и второй вращающийся диск 3 относительно первого железного сердечника 5, этим обеспечивая одновременное вращение первого магнита 8 и четвертого магнита 11 относительно первого железного сердечника 5.
Во время вращения изменение магнитного потока на поверхности первого железного сердечника 5 происходит следующим образом: когда первый магнит 8 и четвертый магнит 11 поворачиваются в положение на одной линии с первым железным сердечником 5, магнитный поток первого железного сердечника 5 будет наибольшим. При дальнейшем повороте первого магнита 8 и четвертого магнита 11 магнитный поток первого железного сердечника 5 постепенно снижается до нуля. При повторном возвращении первого магнита 8 и четвертого магнита 11 к первому железному сердечнику 5 магнитный поток первого железного сердечника 5 снова возрастает от нуля до максимума. При неоднократных изменениях магнитного потока индуцированная электродвижущая сила создается в первой обмотке 14, расположенной на первом железном сердечнике 5.
Схема с вращением железного сердечника
Первый железный сердечник 5 жестко соединен с вращающимся валом 4 посредством держателя 1 железных сердечников. Держатель 1 железных сердечников и расположенный на нем железный сердечник могут вращаться от вращающегося вала 4 относительно первого вращающегося диска 2 и вращающегося диска 3. Изменение магнитного потока и принцип генерации такие же, как для схемы с вращением магнита. Как показано на Фиг.2 - Фиг.4, на держателе железных сердечников 1 могут быть дополнительно расположены второй железный сердечник 6 и третий железный сердечник 7. Первый железный сердечник 5, второй железный сердечник 6 и третий железный сердечник 7 равномерно распределены по периферии вращающегося вала 4 и имеют один центр. Вторая обмотка 16 расположена на периферии второго железного сердечника 6, третья обмотка 15 расположена на периферии третьего железного сердечника 7, второй магнит 9 расположен на первом вращающемся диске 2, причем второй магнит 9 и первый магнит 8 имеют одинаковое расстояние до вращающегося вала 4, второй магнит 9 и первый магнит 8 расположены под углом 180 градусов друг к другу, пятый магнит 12 расположен на втором вращающемся диске 3, причем пятый магнит 12 и четвертый магнит 11 имеют одинаковое расстояние до вращающегося вала 4, пятый магнит 12 и четвертый магнит 11 расположены под углом 180 градусов друг к другу, и пятый магнит 12 и второй магнит 9 обращены друг к другу противоположными полюсами. Во время вращения индуцируемая электродвижущая сила может создаваться в первой обмотке 14, второй обмотке 15 и третьей обмотке 16, генерируя трехфазную электроэнергию. Количество железных сердечников соответствует количеству фаз, то есть, один железный сердечник на держателе железных сердечников может генерировать однофазную электроэнергию; два железных сердечника дают двухфазную электроэнергию, четыре железных сердечника дают четырехфазную электроэнергию и т.д., таким образом могут быть изготовлены многофазные генераторы для удовлетворения потребностей пользователей.
Как показано на Фиг.2 - Фиг.4, для повышения генерации формы и размеры поверхностей, во-первых, первого железного сердечника 5, второго железного сердечника 6, третьего железного сердечника 7, и во-вторых, первого магнита 8, второго магнита 9, четвертого магнита 11 и пятого магнита 12 идентичны. Таким образом, изменение магнитного потока на поверхности первого железного сердечника 5 в единицу времени является наибольшим при условии идентичной частоты вращения. Противоположные полюса первого магнита 8 и четвертого магнита 11 генератора образуют пару, называемую однополюсной. Генератор может быть двухполюсным, трехполюсным или многополюсным. Генератор, показанный на Фиг.1, имеет два полюса, один из которых образован первым магнитом 8 и четвертым магнитом 11, а другой вторым магнитом 9 и пятым магнитом 12. Каждый полюс образован двумя самостоятельными магнитами, что, с одной стороны, снижает расходы на изготовление, а с другой стороны, препятствует взаимодействию при относительном вращении железного сердечника и магнита, этим позволяя выводить токонесущие провода на обоих концах железного сердечника без воздействия вращения железного сердечника или магнита.
У однополюсного генератора частота вращения вращающегося вала составляет 6000 об/мин и частота переменного тока 50 Гц; у двухполюсного генератора частота вращения вращающегося вала составляет 3000 об/мин и частота переменного тока 50 Гц; у четырехполюсного генератора частота вращения вращающегося вала составляет 1500 об/мин и частота переменного тока 50 Гц.
Для того чтобы генератор, показанный на Фиг.1 - Фиг.4, мог генерировать трехфазный синусоидальный переменный ток для подачи в сеть, направления полюсов первого магнита 8 и второго магнита 9 противоположные, т.е., направления линий магнитных сил двух полюсов противоположные. Если необходим двухполупериодный ток, направления полюсов первого магнита 8 и второго магнита 9 должны быть идентичными, т.е., направления линий магнитных сил двух полюсов должны быть идентичными.
Поскольку магнит всегда притягивается к железному сердечнику, некоторое количество наружных магнитных блоков 17 расположено на первом вращающемся диске 2, как показано на Фиг.1 и Фиг.3, чтобы не допустить деформации первого вращающегося диска 2 под действием внешних сил при длительном сроке службы генератора. Наружные магнитные блоки 17 равномерно распределены по кругу с вращающимся валом 4 в качестве центра. Некоторое количество внутренних магнитных блоков 18 расположено на держателе железных сердечников 1 и равномерно распределено по кругу с вращающимся валом 4 в качестве центра. Расстояние по вертикали между наружными магнитными блоками 17 и вращающимся валом 4 равно расстоянию между внутренними магнитными блоками 18 и вращающимся валом 4. Наружные магнитные блоки 17 и внутренние магнитные блоки 18, а также полюса соответствуют друг другу, причем одинаковые полюса обращены друг к другу.
Поскольку магнит всегда притягивается к железному сердечнику, некоторое количество наружных магнитных блоков 17 расположено на втором вращающемся диске 3, чтобы не допустить деформации первого вращающегося диска 2 под действием внешних сил при длительном сроке службы генератора. Наружные магнитные блоки 17 равномерно распределены по кругу с вращающимся валом 4 в качестве центра. Некоторое количество внутренних магнитных блоков 18 расположено на держателе железных сердечников 3 и равномерно распределено по кругу с вращающимся валом 4 в качестве центра. Расстояние по вертикали между наружными магнитными блоками 17 и вращающимся валом 4 равно расстоянию между внутренними магнитными блоками 18 и вращающимся валом 4. Наружные магнитные блоки 17 и внутренние магнитные блоки 18, а также полюса соответствуют друг другу, причем одинаковые полюса обращены друг к другу.
Сила отталкивания между наружными магнитными блоками 17 и внутренними магнитными блоками может уравновешивать притяжение полюса к железному сердечнику, а также уменьшать сопротивление вращению при работе генератора.
Для обеспечения уплотнительного действия на резервуар 19 для жидкости первой уплотнительной пластиной 22 и второй уплотнительной пластиной 23 и уменьшения сопротивления трения, как показано на Фиг.3 и Фиг.4, вторая уплотнительная пластина может иметь круговую конструкцию. Первая уплотнительная пластина также может иметь круговую конструкцию. Первая уплотнительная пластина 22 и вторая уплотнительная пластина 23 могут быть объединены соответственно с первым вращающимся диском 2 и вторым вращающимся диском 3.
Подшипник 21, которым может быть подшипником на магнитной подвеске, может быть расположен между вращающимся валом 4 и держателем 1 железных сердечников для уменьшения трения.
Все не упомянутое техническое содержание изобретения представляет собой широко известные технологии.