ПОРТАТИВНЫЙ ГЕНЕРАТОР-КОМПРЕССОР "РЕКУНОВА"

Полезная модель относится к электротехнике, к производству электрической энергии, и может быть использована в качестве малогабаритного автономного источника электроэнергии и сжатого воздуха в быту и в условиях удаленных от источника электропитания.
Известен линейный генератор-компрессор для транспортных средств, содержащий магнитопровод, статор с двумя катушками, установленными в ферромагнитные цилиндры. По торцам катушек имеются полюса, упирающиеся с одной стороны в постоянные магниты, а с другой - в немагнитную направляющую. Ферромагнитные цилиндры разделены между собой немагнитной втулкой с радиальным отверстием, а постоянные магниты граничат с фланцем, в котором имеется выпускной клапан. Якорь линейного генератора-компрессора установлен северным полюсом вверх и соединен со штоком, прикрепленным к оси колеса, а с верхней стороны устройство крепится к основанию транспортного средства (RU 2079956 МПК Н02К 35/02, В60К 25/10 опубл. 20.05.1997).
Недостатками известного устройства является нестабильная выработка электроэнергии, зависящая от скорости транспортного средства и дорожного покрытия. Механизм, приводящий ротор в движение, в процессе эксплуатации будет загрязняться под воздействием внешней среды, что будет приводить к его заклиниванию.
Известен портативный автономный генератор с ручным приводом, содержащий ротор и соединенный с корпусом генератора статор; в торцевой части генератора на конце вала его ротора практически симметрично относительно его оси закреплены два конца гибкого шнура или двух связанных через рукоятку шнуров. Генерация электроэнергии производится вытягиванием шнуров в направлении оси ротора и их завиванием с последующим натяжением, сопровождающимся раскручиванием ротора, происходящим с проскоком нейтрального положения и завиванием концов шнура или шнуров в обратном направлении, далее процесс повторяется (RU 2376700, МПК H02N 11/00, F21L 13/00 опубл. 20.12.2009).
Недостатками известного генератора являются малая мощность, узкий спектр применения, что ограничивает подключение дополнительных устройств.
Наиболее близким техническим решением является магнитный генератор, содержащий немагнитный корпус, в котором неподвижно установлены и равномерно распределены по окружности сердечники рабочих обмоток статора и ротор из немагнитного материала. Сердечники рабочей обмотки статора состоят из Н-образного магнитопровода и установленных на его торцах двух неподвижных электромагнитов постоянного тока, а подвижные электромагниты постоянного тока закреплены на роторе (RU 2507667 МПК Н02К 21/12, H02N 11/00, опубл. 20.02.2104).
Недостатками известного генератора являются малая мощность, сложность в производстве.
Техническая проблема, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в создании портативного малогабаритного генератора, совмещенного с компрессором, имеющего незначительный вес, удобного для ношения при себе, и используемого в условиях, удаленных от источника электропитания.
Существующая техническая проблема решается тем, что портативный генератор-компрессор, содержащий немагнитный цилиндрический корпус, в котором установлены равномерно распределенные по окружности катушки рабочих обмоток статора и установленный на вал ротор из немагнитного материала, согласно полезной модели, корпус имеет нижнюю крышку с торообразным углублением и установочным отверстием для подшипника вала, ротор выполнен в виде обечайки, внутри которой расположена турбина, с равномерно распределенными по винтовой линии четырьмя лопастями, при этом на обечайке равномерно по окружности расположены продольные пазы для магнитов, на корпус установлена воронка, а внутри нее расположен диффузор с направляющими для забора воздуха и прорезями для его выхода, на который установлены крыльчатка, закрепленная на валу гайкой, и верхняя крышка, при этом катушки рабочих обмоток статора выполнены съемными, а ротор, статор, катушки рабочих обмоток статора, воронка, диффузор, крыльчатка, нижняя и верхняя крышки выполнены из тугоплавких полимеров, например, усиленного карбоном нейлона.
В генераторе-компрессоре, согласно полезной модели, по внутренней поверхности цилиндрического корпуса выполнены равномерно расположенные продольные пазы для установки катушек рабочей обмотки статора.
В генераторе-компрессоре, согласно полезной модели, катушка рабочей обмотки статора выполнена в виде двух параллельных продольных пластин, в поперечном сечении изогнутых в соответствии с радиусом цилиндрического корпуса, и соединенных между собой продольной перемычкой.
В генераторе-компрессоре, согласно полезной модели, воронка выполнена в виде цилиндра с днищем, которое имеет центральное воронкообразное отверстие, а на ее боковой поверхности выполнены выходные отверстия для вывода контактов рабочих обмоток катушек и воздуха.
В генераторе-компрессоре, согласно полезной модели, диффузор выполнен в виде диска с центральным отверстием и расположенными равномерно по окружности прорезями для выхода воздуха, установленными с одной стороны диска по окружности частично перекрывающими друг друга дугообразными направляющими элементами, с образованием щелей для выхода воздуха, а с другой стороны диска в центре образован прилив для установочного отверстия под подшипник, и в противоположном направлении дугообразным направляющим элементам равномерно расположены радиально изогнутые направляющие.
В генераторе-компрессоре, согласно полезной модели, крыльчатка выполнена в виде двух дисковых пластин, между которыми равномерно расположены радиально изогнутые направляющие воздух пластины, а в ее центре имеется отверстие для забора воздуха.
В генераторе-компрессоре, согласно полезной модели, нижняя крышка, корпус, воронка, диффузор и верхняя крышка имеют крепежные отверстия для стягивания шпильками и гайками.
Получаемый технический результат заключается в создании малогабаритного, совмещенного с компрессором генератора переменного тока, удобного для ношения при себе и имеющего незначительный вес (не более 2 кг), благодаря использованию для основных деталей тугоплавкого полимера - усиленного карбоном нейлона.
Выполнение ротора в виде обечайки, внутри которой расположена турбина, с равномерно распределенными по винтовой линии четырьмя лопастями, позволяет турбиной осуществлять нагнетание воздуха, который охлаждает катушки рабочих обмоток статора и под давлением выходит через боковое отверстие в воронке. Расположенные равномерно по окружности на обечайке ротора постоянные магниты при вращении ротора создают вращающееся магнитное поле, в рабочей обмотке катушек статора за счет явления электромагнитной индукции образуется переменный ток, который через контакты, выведенные в выходное отверстие воронки, передается потребителю.
Выполнение катушек рабочей обмотки статора съемными, позволяет при необходимости быстро осуществлять их замену, для чего в цилиндрическом корпусе предусмотрены равномерно расположенные по окружности пазы, из которых легко извлекается катушка.
Выполнение воронки с центральным воронкообразным отверстием, направляющим концентрированный поток воздуха на лопасти ротора, приводит в движение турбину ротора.
Выполнение нижней крышки с торообразным углублением позволяет проходящему через ротор воздуху плавно возвращаться к воронке, попутно охлаждая рабочие обмотки катушек статора, и выходить под давлением через выходное отверстие, расположенное на боковой поверхности воронки.
Выполнение диффузора в виде диска с центральным отверстием и расположенными равномерно по окружности прорезями для выхода воздуха, и установленными с одной стороны диска по окружности частично перекрывающими друг друга дугообразными направляющими элементами, с образованием щелей для выхода воздуха, а с другой стороны диска в противоположном направлении дугообразным направляющим элементам, равномерно расположенными радиально изогнутыми направляющими, и установленного этой стороной в воронку, позволяет концентрировать и закручивать направляемый в воронку воздух и усиливать его поток.
Выполнение крыльчатки в виде двух дисковых пластин, между которыми равномерно расположены радиально изогнутые направляющие воздух пластины, позволяет осуществлять забор воздуха и далее направлять его в диффузор и воронку.
Выполнение ротора, статора, катушек рабочих обмоток статора, воронки, диффузора, крыльчатки, нижней и верхней крышек из усиленного карбоном нейлона, позволяет значительно снизить вес генератора-компрессора, а также позволяет уменьшить вихревые токи до минимума и использовать для запуска генератора-компрессора двигатель внутреннего сгорания с меньшим крутящим моментом.
Предлагаемая полезная модель проиллюстрирована чертежами, где на фиг. 1 изображен продольный разрез генератора-компрессора; на фиг. 2 - вид по стрелке А; на фиг 3 - вид сверху цилиндрического корпуса с установленными катушками рабочих обмоток; на фиг. 4 - вид сверху ротора; на фиг. 5 - вид сверху диффузора; на фиг. 6 - вид снизу диффузора.
Генератор-компрессор содержит статор, который представляет собой цилиндрический корпус 1 из немагнитного материала с установленными равномерно по окружности съемными катушками 2 рабочих обмоток. Катушка 2 выполнена в виде двух параллельных продольных пластин, в поперечном сечении изогнутых в соответствии с радиусом корпуса 1, пластины соединены продольной перемычкой, на которую наматывают медную проволоку, создавая рабочую обмотку. В корпус 1 установлено восемь катушек 2, рабочие обмотки которых последовательно соединены между собой и выведены в виде двух контактов. Катушки 2 выполнены съемными, они просто выдвигаются из пазов цилиндрического корпуса 1.
В нижнюю крышку 3 с помощью подшипника подвижно установлен вал 4, на котором размещен ротор 5 из немагнитного материала, выполненный в виде обечайки 6, внутри которой расположена турбина 7 с равномерно распределенными по винтовой линии четырьмя лопастями 8. На обечайке 6 равномерно по окружности расположены продольные пазы 9 для магнитов 10. Турбина 7 выполнена за одно целое с обечайкой 6. На корпус 1 установлена воронка 11, имеющая в центре днища воронкообразное отверстие 12 для направления концентрированного потока воздуха на лопасти 8 ротора 5. На боковой поверхности воронки 11 выполнены выходные отверстия 13, 14 для вывода контактов с рабочих обмоток катушек 2 и выхода воздуха под давлением. Внутри воронки 11 расположен диффузор 15, установленный с помощью подшипника на валу 4. Диффузор 15 выполнен в виде диска с центральным отверстием и равномерно расположенными по окружности прорезями 16 для выхода воздуха и установленными с одной стороны диска по окружности частично перекрывающими друг друга дугообразными направляющими элементами 17, с образованием щелей для выхода воздуха, а с другой стороны диска в противоположном направлении равномерно расположены радиально изогнутые направляющие 18. На диффузор 15 через шайбу 19 установлена крыльчатка 20 для забора воздуха извне. Крыльчатка 20 выполнена в виде двух дисковых пластин, между которыми равномерно расположены радиально изогнутые направляющие воздух пластины 21, а в ее центре имеется отверстие 22 для забора воздуха. Крыльчатка 20 через шайбу 23 закреплена на валу 4 гайкой 24. Это дает возможность ей вращаться вместе с валом и осуществлять забор воздуха извне. Сверху крыльчатка 20 закрыта крышкой 25 с отверстием в центре, соответствующим отверстию 22 для забора воздуха. Нижняя крышка 3, корпус 1, воронка 11, диффузор 15 и верхняя крышка 25 имеют крепежные отверстия 26 для стягивания шпильками и гайками. Ротор, статор, катушки рабочих обмоток статора, воронка, диффузор, крыльчатка, нижняя и верхняя крышки выполнены из усиленного карбоном нейлона на 3D принтере.
Сборку генератора-компрессора начинают со сборки статора. Для этого катушки 2 обматывают медной проволокой, а затем их вставляют в пазы цилиндрического корпуса 1, после чего последовательно соединяют катушки 2 друг с другом, оставляя контакты для вывода. Такая конструкция позволяет осуществлять быструю замену перегоревших катушек в случае короткого замыкания. Катушки 2 зажимаются внутри статора при помощи нижней крышки 3 и воронки 11. Затем в ротор 5 вставляют металлический вал 4 и постоянные магниты 10 поочередно разными полюсами. В нижнюю крышку 3 в установочное отверстие устанавливают подшипник, а в него вал 4 с ротором 5, затем сверху надевают собранный статор. После этого устанавливают воронку 11, а в установочное отверстие диффузора 15 устанавливают второй подшипник, и диффузор 15 с подшипником надевают на вал 4. Затем через шайбу 19 устанавливают на вал 4 крыльчатку 20, потом через шайбу 23 закрепляют гайкой 24 и устанавливают верхнюю крышку 25. Собранную конструкцию с помощью отверстий 26 стягивают шпильками и гайками.
Генератор-компрессор работает следующим образом.
Для работы портативного генератора-компрессора необходимо привести во вращение вал 4, что может быть осуществлено с помощью двигателя внутреннего сгорания. При вращении вала 4 крыльчатка 20 вращаясь вместе с ним, с помощью равномерно расположенных радиально изогнутых направляющих воздух пластин 21 забирает воздух извне и выталкивает его на диффузор 15. Воздух, захватывается расположенными по окружности дугообразными направляющими элементами 17, и проходя через щели между ними, еще больше усиливается и закручивается, и выходит через прорези 16 в нижнюю часть диффузора 15, еще больше закручиваясь и концентрируясь с помощью изогнутых направляющих 18, направляется в воронкообразное отверстие 12 воронки 11. Концентрированный поток воздуха попадает на турбину 7 ротора 5 и турбина 7 направляет его на нижнюю крышку 3, отталкиваясь от которой благодаря торообразному дну, плавно выходит в выходное отверстие 14, попутно охлаждая катушки 2 рабочих обмоток. Воздух, выходящий под давлением, может быть использован для работы пневмоинструмента, либо для накачивания каких-либо предметов.
Вращение ротора 5 с расположенными в его обечайке 6 постоянными магнитами 9 создает вращающееся магнитное поле и в рабочих обмотках катушек 2 статора за счет явления электромагнитной индукции образуется переменный электрический ток, который через контакты, выведенные в выходное отверстие 13, передается потребителю.
Предлагаемый портативный генератор-компрессор «Рекунова» прост в изготовлении, имеет вес не более 2 кг, имеет мощность 5000 Вт, напряжение 220 В, частоту 50-60 Гц, компрессор обеспечивает давление до 4 бар, легко собирается, а также легко ремонтируется, если катушка вышла из строя, ее можно просто заменить, может быть использован в быту и походных условиях.