ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР Г.Ф. АФАНАСЬЕВА

Полезная модель относится к преобразователям энергии на постоянных магнитах, предназначена для использования в энергетических установках, в радиотехнике, приборостроении и других отраслях техники.
Известно устройство, работающее на основе преобразования энергии магнитного поля движущегося возвратно-поступательного постоянного магнита внутри обмотки по ее оси, содержащее, как и предлагаемое устройство, корпус и смонтированную в нем электромагнитную систему с одной или несколькими, расположенными в ряд, кольцевыми индуктивными катушками с цилиндрическим магнитом, установленным с возможностью челночного перемещения внутри соосного катушке канала между ограничительными элементами на его концах. В известном устройстве использован только один подвижный цилиндрический магнит (см. патент RU 2304341 С1, опубл. 10.08.2007 Бюл. №22), прототип.
Недостатком прототипа является малый КПД его использования, обусловленный значительным рассеянием магнитных потоков постоянных магнитов, незначительная выходная мощность, увеличение которой ограничено энергией одного магнита, числом витков катушки индуктивности, скоростью перемещения постоянного магнита, отсутствуют элементы для механической связи генерирующего магнита с двигателями, такими как электродвигатели, кулачковые и кривошипно-шатунные устройства, отличие формы выходного напряжения или тока от синусоиды, что ограничивает сферу применения генератора.
Технический результат заключается в повышении выходной мощности генератора за счет увеличения числа постоянных магнитов и способа их расположения на оси, в уменьшении рассеяния магнитных потоков, что в свою очередь, позволит увеличить энергию магнитного поля, преобразуемую в электрическую мощность, в создании возможности осуществления механической связи генерирующих магнитов с механизмами. обеспечивающими их возвратно-поступательное движение, получении на выходе устройства напряжения или тока синусоидальной формы, что расширяет сферу применения генератора.
Технический результат достигается тем, что линейный электрический генератор Г.Ф.Афанасьева содержит корпус, как минимум, два с внешней экранировкой каркаса из немагнитного материала с расположенными на них в ряд квадратными индуктивными катушками, разделенными щечками, генерирующие магнитные сердечники с осями из немагнитного материала, установленные с возможностью челночного перемещения их внутри каркасов с квадратными индуктивными катушками между ограничительными элементами. Особенностью является то, что каждый генерирующий магнитный сердечник содержит, как минимум, два плоских постоянных магнита с квадратными полюсами и отверстиями по их центрам, зафиксированных на оси стягивающими гайками из немагнитного материала навстречу друг к другу одноименными полюсами с зазором, величина которого устанавливается немагнитными прокладками, а чисто квадратных индуктивных катушек на каждом каркасе на единицу меньше плоских постоянных магнитов каждого генерирующего магнитного сердечника. Каркасы с квадратными индуктивными катушками расположены вплотную и параллельно друг другу, а генерирующие магнитные сердечники с осями из немагнитного материала и установленными на них плоскими постоянными магнитами размещены таким образом, чтобы над зазорами между северными полюсами плоских постоянных магнитов одного генерирующего магнитного сердечника находились зазоры между южными полюсами плоских постоянных магнитов соседнего генерирующего сердечника. Длина каждой квадратной индуктивной катушки равна сумме длин плоского постоянного магнита и зазора, а перемещение каждого генерирующего магнитного сердечника не должно превышать длины плоского постоянного магнита и допускать выход границ каждого зазора между одноименными полюсами плоских постоянных магнитов за пределы длины квадратной индуктивной катушки. Высота щечек каркасов квадратных индуктивных катушек не должна превышать высоты их намотки. Генерирующие магнитные сердечники жестко связаны между собой флянцем с наконечником для связи с двигателем, обеспечивающим синхронное возвратно-поступательное перемещение генерирующих магнитных сердечников. Каркасы с квадратными индуктивными катушками по несоприкасающимся сторонам имеют экраны из магнитомягкого железа, обеспечивающие замыкание внешнего магнитного поля между соседними зазорами каждого в отдельности генерирующего магнитного сердечника. Относительные размеры упомянутых элементов находятся в следующих пределах: длина каждого плоского постоянного магнита составляет (0,2÷0,5) от длины стороны квадратного полюса плоского постоянного магнита; величина зазора между одноименными полюсами плоских постоянных магнитов составляет (0,3÷1) от длины плоского постоянного магнита; длина каждой квадратной индуктивной катушки равна суммарной величине зазора между одноименными полюсами плоских постоянных магнитов и длины плоского постоянного магнита; высота намотки каждой квадратной индуктивной катушки составляет (1÷1,5) от величины зазора между одноименными полюсами плоских постоянных магнитов.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг.1 - линейный электрический генератор Г.Ф.Афанасьева в одном из осевых сечений; на фиг.2 - изображено схематически распределение силовых линий магнитного поля плоских постоянных магнитов в поперечном сечении; на фиг.3 - изображено схематически распределение силовых линий магнитного поля в зазоре между одноименными полюсами плоских постоянных магнитов в одном из продольных сечений.
к
м
к
м
з
м
м
з
м
к
з
м
c
з
э
к
a
c
F
м
г
г
Линейный электрический генератор Г.Ф.Афанасьева (фиг.1) имеет один общий корпус 1, как минимум, два или более каркаса 2 из немагнитного материала с расположенными на них в ряд квадратными индуктивными катушками 3, разделенными щечками 4, генерирующие магнитные сердечники с осями 5 из немагнитного материала, установленные с возможностью челночного перемещения их внутри каркасов 2 с квадратными индуктивными катушками 3 между ограничительными элементами 6. Каждый генерирующий магнитный сердечник содержит, как минимум, два или более плоских постоянных магнита 7 с квадратными полюсами и отверстиями для осей 5 по их центрам. Плоские постоянные магниты 7 зафиксированы на оси 5 стягивающими гайками 8 из немагнитного материала. Плоские постоянные магниты 7 расположены навстречу друг к другу одноименными полюсами с зазором, величина которого устанавливается немагнитными прокладками 9. Число квадратных индуктивных катушек 3 на каждом каркасе 2 на единицу меньше числа плоских постоянных магнитов 7 каждого генерирующего магнитного сердечника. Каркасы 2 размещаются параллельно и вплотную друг к другу, а генерирующие магнитные сердечники с осями 5 в исходном состоянии устанавливаются таким образом, чтобы над зазорами между северными полюсами плоских постоянных магнитов 7 одного генерирующего магнитного сердечника находились зазоры между южными полюсами плоских постоянных магнитов 7 соседнего генерирующего магнитного сердечника. Длина L каждой квадратной индуктивной катушки 3 на любом из каркасов 2 равна сумме длин L плоского постоянного магнита 7 и зазора L=(L+L). Допустимое перемещение генерирующего магнитного сердечника не должно превышать длины L плоского постоянного магнита 7, которое ограничено установленными на стенках корпуса 1 ограничительными элементами 6, которые могут быть выполнены в виде немагнитных пружин, резиновых шайб, демпфирующих ударные столкновения корпуса 1 с генерирующими магнитными сердечниками при их возвратно-поступательном движении. Все генерирующие магнитные сердечники жестко связаны между собой общим флянцем 10 с наконечником 11 для связи генератора с двигателем, что обеспечивает синхронное возвратно-поступательное движение всех генерирующих магнитных сердечников. При передачи движения от вращающегося вала двигателя генерирующим магнитным сердечникам через кулачковые или кривошипно-шатунные механизмы скорость их возвратно-поступательного перемещения будет изменяться по синусоидальному закону, а форма генерируемого напряжения или тока будет иметь синусоидальную форму, что расширит сферу применения генератора. Каркасы 2 с квадратными индуктивными катушками 3 по несоприкасающимся сторонам имеют экраны 12 из магнитомягкого железа, которые обеспечивают замыкание силовых линий магнитных полей плоских постоянных магнитов 7 (см. фиг.2 и фиг.3) и уменьшают потоки рассеяния, повышая тем самым коэффициент использования энергии магнитного поля постоянных магнитов. Относительные размеры упомянутых элементов находятся в следующих пределах: длина L каждого плоского постоянного магнита 7 составляет (0,2÷0,5) от длины d стороны квадратного полюса плоского постоянного магнита 7; величина зазора L между одноименными полюсами плоских постоянных магнитов 7 составляет (0,3÷1) от длины L плоского постоянного магнита 7; длина L каждой квадратной индуктивной катушки 3 равна (L+L); высота L намотки каждой квадратной индуктивной катушки 3 составляет (1÷1,5) L; длина L каждого экрана 12 из магнитомягкого железа равна n L, где n-число квадратных индуктивных катушек 3 на каждом из каркасов 2; расстояние L между экранами 12 соседних каркасов 2 не должно быть менее 2 L; диаметр D отверстий в плоских постоянных магнитах 7 составляет (0,1÷0,15) d; расстояние L между крайней щечкой 4 квадратной индуктивной катушки 3 и ограничительным элементом 6 равна (L+L), где L - толщина стягивающих гаек 8. Все квадратные индуктивные катушки 3 для получения максимального напряжения на выходных клеммах соединяются последовательно и согласно по напряжению. Выходные клеммы и выводы квадратных индуктивных катушек 3 условно не показаны. Синусоидальная форма выходного напряжения обеспечивается при возвратно-поступательном движении генерирующего магнитного сердечника в пределах длины плоского постоянного магнита. Оптимальной формой компоновки преобразователя, при которой достигается максимальный КПД преобразования энергии магнитного поля в электрический сигнал является форма куба.