Линейный генератор возвратно-поступательного движения

Изобретение относится к электротехнике, к электромагнитным генераторам, служащим автономными источниками питания, и может быть использовано совместно с двигателями внутреннего сгорания без кривошипно-шатунного механизма, в устройствах, преобразующих вибрацию в напряжение (например, в подвеске экипажей), а также в автономных устройствах с ручным приводом. Технический результат состоит в упрощении конструкции и уменьшении пульсаций выпрямленного напряжения. Линейный генератор содержит неподвижные и подвижный магнитопроводы. Подвижный магнитопровод выполнен из углеродистой стали, сохраняющей остаточную индукцию и имеет n явно выраженных полюсов по продольной и поперечной оси, расположенных в осевом направлении на расстоянии друг от друга, в 3 раза превышающем ширину полюса. Неподвижные магнитопроводы расположены попарно по продольной и поперечной оси и имеют по две обмотки - обмотку возбуждения и генераторную обмотку, которая создает ЭДС, пропорциональную скорости изменения потокосцепления с частотой в n-1 раз больше частоты возвратно поступательных движений. Генераторные обмотки подключены через диодный мост и термосопротивление к конденсатору, заряжая его. Обмотки возбуждения подключены тоже к конденсатору через диод, позволяющий проходить ток в одном направлении для создания постоянного магнитного поля. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромагнитным генераторам, которые служат автономными источниками питания. Предлагаемый генератор может быть использован совместно с двигателями внутреннего сгорания без кривошипно-шатунного механизма, в устройствах, преобразующих вибрацию в напряжение (например, в подвеске экипажей), а также в автономных устройствах с ручным приводом.

Известны электрические генераторы возвратно-поступательного движения, содержащие магнитопроводы с обмоткой, закрепленные неподвижно, и постоянные магниты, приведенные в возвратно-поступательное движение посторонним источником энергии (Хитерер М.Я., Овчинников И.Е. Синхронные электрические машины возвратно-поступательного движения. СПб.: Корона принт, 2004. - 368 с.). Основными недостатками рассмотренных конструкций являются сложность устройства и применение постоянных магнитов.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является генератор возвратно-поступательного движения, содержащий цилиндрический корпус, обмотки и магнитную систему, отличающийся тем, что в цилиндрический корпус, изготовленный из ферромагнитного материала, герметизированный с обеих сторон заглушками, выполненными из немагнитного материала вставлен тонкостенный ферромагнитный анизотропный каркас с размещенными на нем обмотками, соединенными последовательно-согласно и зафиксированными немагнитными кольцами, а магнитная система состоит из постоянного магнита и полюсных наконечников, изготовленных из ферромагнитного материала, причем bп/t=0,5, где bп - ширина полюсного наконечника, t - ширина обмотки (патент РФ №2304342, МПК H02K 35/0, опубл. 10.08.2007, БИ №22).

Прототип является сравнительно сложным и дорогим в изготовлении. Постоянный магнит, применяемый для возбуждения магнитного поля, стоит дорого, трудно обрабатывается и, кроме того, теряет свои свойства в процессе эксплуатации. Еще один недостаток прототипа заключается в том, что он создает напряжение малой величины. Это обусловлено принципом его действия: ЭДС, создаваемая в обмотке, пропорциональна магнитной индукции B, длине l и числу n проводников в зоне магнитного поля и скорости относительного движения ν проводников относительно магнитного поля, т.е E=Blνn. Сравнительно большой воздушный зазор между магнитопроводом статора и магнитопроводом якоря (немагнитная обмотка расположена в этом зазоре) не позволяет получить большую магнитную индукцию. Применение однослойной обмотки (расположенной в рабочем зазоре) не позволяет получить большое число витков обмотки, расположенных в зоне, где проходит основной магнитный поток.

Задачей изобретения это упрощение конструкции и создания самовозбуждения генератора, а также уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения.

Для устранения названных недостатков предлагается более простая конструкция генератора, использующая иной принцип получения напряжения на обмотке переменного тока.

Предлагается линейный генератор возвратно-поступательного движения, содержащий неподвижные и подвижный магнитопроводы, отличающийся тем, что подвижный магнитопровод выполнен из углеродистой стали, сохраняющей остаточную индукцию и имеет n явно выраженных полюсов по продольной и поперечной оси, расположенных в осевом направлении на расстоянии друг от друга, в 3 раза превышающем ширину полюса, а неподвижные магнитопроводы расположены попарно по продольной и поперечной оси и имеют по две обмотки - обмотку возбуждения и генераторную обмотку, которая создает ЭДС, пропорциональную скорости изменения потокосцепления с частотой в n-1 раз больше частоты возвратно поступательных движений, при этом генераторные обмотки подключены через диодный мост и термосопротивление к конденсатору, заряжая его, а обмотки возбуждения подключены тоже к конденсатору через диод, позволяющий проходить ток в одном направлении для создания постоянного магнитного поля. Магнитопроводы с обмотками, расположенные по продольной оси, смещены на четверть периода относительно магнитопроводов, расположенных по поперечной оси.

В предлагаемой конструкции ЭДС пропорциональна скорости изменения потокосцепления E = w d Ф d t , где w - число витков (генераторной) обмотки переменного тока, Ф=B·S - Ф и В - поток и индукция магнитного поля, проходящие по магнитопроводу статора, S - сечение полюса этого магнитопровода. Предлагаемая конструкция позволяет иметь малый воздушный зазор между магнитопроводами (0,3…0,4 мм) и большую магнитную индукцию (В=0,8…1,2 Тл). Кроме того, сосредоточенная обмотка переменного тока, расположенная на магнитопроводе за пределами рабочего зазора, может иметь большое число витков. Все это позволяет получать с помощью предлагаемого генератора более высокие ЭДС и напряжения (10…100 В).

С целью упрощения и удешевления конструкции генератора его система возбуждения от постоянных магнитов заменена системой электромагнитного возбуждения, а чтобы исключить применение аккумуляторов, требующиеся для системы электромагнитного возбуждения, организовано самовозбуждение генератора. Для этого подвижный магнитопровод выполнен из дешевой (по сравнению с постоянным магнитом) углеродистой стали, сохраняющей остаточную намагниченность. Эта остаточная намагниченность используется для создания начального магнитного потока в магнитопроводе и начального напряжения в генераторной обмотке (когда начнутся возвратно-поступательные движения якоря). Это напряжение после выпрямления и сохранения в конденсаторе будет приложено к обмотке возбуждения. Возникающий при этом в обмотке возбуждения электрический ток приведет к увеличению магнитного потока в магнитной цепи. Возросший магнитный поток приведет к увеличению напряжения в генераторной обмотке и, соответственно, к очередному увеличению тока в обмотке возбуждения и магнитного потока в магнитопроводе. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока отдельные участки магнитопровода не дойдут до насыщения. После этого максимальное значение магнитного потока не будет изменяться и выходное напряжение, снимаемое с конденсатора, стабилизируется (при неизменной частоте возвратно-поступательных движений якоря).

Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения магнитопроводы с обмотками, расположенные по продольной оси, смещены на четверть периода относительно магнитопроводов, расположенны по поперечной оси. При этом в их генераторных обмотках будут, наводиться ЭДС, сдвинутые по фазе на четверть периода (фактически будет сформирована двухфазная система ЭДС). При необходимости можно сформировать и трехфазную систему ЭДС, применяя 6 магнитопроводов с обмотками и попарно сдвинув их на треть периода.

На фиг.1 и представлена конструкция генератора на фиг.2 вид А. Генератор содержит корпус 1 с закрепленным к нему неподвижными П-образными магнитопроводами 2, на которых имеются генераторные обмотки 3 и обмотки возбуждения 4. Одна пара магнитопроводов расположена по продольной оси, а другая пара - по поперечной. Подвижный магнитопровод 5 выполнен из углеродистой стали, сохраняющей остаточную индукцию и имеет n явно выраженных полюсов по продольной и поперечной оси, расположенных в осевом направлении на расстоянии друг от друга, в 3 раза превышающем ширину полюса. Увеличение числа полюсов n позволяет увеличить частоту переменного напряжения в генераторной обмотке (что актуально при невысокой частоте возвратно-поступательных движений; при высокой частоте n=2). Подвижный магнитопровод 5 совершает возвратно-поступательные движения под действием внешних сил. Генераторные обмотки 3 подключены парами (последовательно или параллельно) через диодные мосты и термосопротивления R к конденсатору С, заряжая его. Обмотки возбуждения 4 тоже подключены к конденсатору через диоды D, обеспечивающие прохождение тока в прямом направлении для возбуждения постоянного магнитного поля. С целью уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения магнитопроводы 2 с обмотками, расположенные по продольной оси, смещены на четверть периода относительно магнитопроводов, расположенных по поперечной оси.

Работает генератор следующим образом. При перемещении подвижного магнитопровода 5 изменяется магнитный поток через генераторную обмотку 3 и в ней наводится ЭДС, пропорциональная скорости изменения потокосцепления E = w d Ф d t , где w - число витков генераторной обмотки, Ф=BS, Ф и В - поток и магнитная индукция неподвижном магнитопроводе, S - сечение полюса этого магнитопровода. При сближении полюсов подвижного 5 и неподвижного 2 магнитопроводов магнитный поток возрастает, а при расхождении полюсов - уменьшается. При этом в генераторной обмотке 3 формируется знакопеременная ЭДС, которая диодным мостом выпрямляется и конденсатором С сглаживается. Поскольку магнитопроводы 2 и 5, расположенные по продольной и поперечной оси сдвинуты друг относительно друга на четверть периода, в генераторных обмотках 3 формируются напряжения, сдвинутые по фазе на четверть периода, что позволяет в дальнейшем получить меньшую пульсацию выпрямленного напряжения. Термосопротивление Rt в холодном состоянии имеет большое сопротивление и благодаря этому ограничивает первоначальный бросок тока через конденсатор и тем самым защищает полупроводниковые диоды от разрушения. С конденсатора С снимается выходное напряжение генератора Uвых (для подключения внешних устройств), а также напряжение для питания обмотки возбуждения 4. При этом последовательно с обмоткой возбуждения 3 в прямом направлении включен диод D, отсекающий ту переменную составляющую тока, наведенного в этой обмотке изменяющимся магнитным потоком, которая направлена встречно основному току возбуждения.

Самовозбуждение генератора осуществляется следующим образом. В нерабочем состоянии подвижный магнитопровод 5 генератора, выполненный из углеродистой стали сохраняет остаточную намагниченность. При этом полюсы подвижного 5 и неподвижного 2 магнитопроводов находятся напротив друг друга и в магнитной цепи сохраняется некоторый остаточный магнитный поток. При запуске генератора 1 перемещение подвижного магнитопровода 5 от первоначального (устойчивого) положения приведет к изменению магнитного потока, возникновению в генераторной обмотке 3 ЭДС, увеличению напряжения на конденсаторе C, появлению тока в обмотке возбуждения 4. При этом магнитный поток в магнитопроводе 2 увеличится и при дальнейших возвратно-поступательных движениях подвижного магнитопровода 5 ЭДС в генераторной обмотке 3 будет постепенно возрастать, напряжение на конденсаторе C и ток в обмотке возбуждения 4 тоже будут возрастать. Все это приведет к постепенному увеличению магнитного потока в магнитопроводе 2 до тех пор, пока отдельные участки магнитопровода 2 не войдут в режим насыщения. При насыщении магнитопровода 2 максимальное значение магнитного потока будет оставаться неизменным и при сохранении частоты возвратно-поступательных движений напряжение на выходе генератора будет оставаться неизменным.

1. Линейный генератор возвратно-поступательного движения, содержащий неподвижные и подвижный магнитопроводы, отличающийся тем, что подвижный магнитопровод выполнен из углеродистой стали, сохраняющей остаточную индукцию, и имеет, n явновыраженных полюсов по продольной и поперечной оси, расположенных в осевом направлении на расстоянии друг от друга, в 3 раза превышающем ширину полюса, а неподвижные магнитопроводы расположены попарно по продольной и поперечной оси и имеют по две обмотки - обмотку возбуждения и генераторную обмотку, которая создает ЭДС, пропорциональную скорости изменения потокосцепления с частотой в n-1 раз больше частоты возвратно поступательных движений, при этом генераторные обмотки подключены через диодный мост и термосопротивление к конденсатору, заряжая его, а обмотки возбуждения подключены тоже к конденсатору через диод, позволяющий проходить ток в одном направлении для создания постоянного магнитного поля.

2. Линейный генератор по п.1, отличающийся тем, что магнитопроводы с обмотками, расположенные по продольной оси, смещены на четверть периода относительно магнитопроводов, расположенных по поперечной оси.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к волноэнергетической установке для производства электроэнергии. .

Изобретение относится к области электротехники и гидроэнергетике, в частности к производству электроэнергии путем преобразования энергии вертикального волнения воды в электрическую энергию.

Изобретение относится к области электротехники и гидроэнергетики, в частности к устройствам, представляющим собой электрогенераторы для производства электроэнергии путем преобразования энергии вертикального волнения воды в электрическую энергию.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и касается особенностей выполнения генераторов электрического тока. .

Изобретение относится к переносным электрическим устройствам и может быть использовано во многих областях, в которых требуется электрическое устройство с автономным источником питания, обладающее возможностью подзарядки аккумулятора, но не требующее соблюдения условий электробезопасности при подзарядке аккумулятора.

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для обеспечения электроэнергией, в том числе и искусственных космических объектов. .

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к генераторам электроснабжения железнодорожных вагонов подвижного состава. .

Изобретение относится к области энергомашиностоения. В способе адаптации частоты колебаний якорь-поршней насос-генератора к резонансной частоте контура линейного генератора при рекуперации энергии торможения система управления после каждого цикла генерирования импульса электроэнергии при движении якорь-поршня насос-генератора из одной крайней точки движения в другую крайнюю точку движения система управления переводит клапаны управления потоком жидкости в противоположные положения с задержкой. Длительность задержки определяется так, чтобы давление рабочей жидкости в магистрали, соединяющей мотор-насос с насос-генератором, увеличилось до значения, при котором частота колебательных движений якорь-поршней насос-генератора совпадет с резонансной частотой контура линейного электрогенератора. После этого система управления переводит клапаны управления потоком жидкости в противоположные положения и генерируется очередной импульс электроэнергии с периодом, равным предыдущему импульсу генерирования электроэнергии. Техническим результатом является обеспечение полной рекуперации кинетической энергии торможения транспортного средства во всем диапазоне скоростей. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению. Электрогенератор содержит двигатель внутреннего сгорания (ДВС), электрическую машину, электрические конденсаторы и аккумулятор, электрические блоки для преобразования электроэнергии и электронный блок управления. ДВС применен бесшатунный оппозитный с возвратно-поступательным движением поршней. Цилиндры ДВС размещены в ряд и присоединены к картеру через пружины. Поршни жестко соединены штоками. На штоках размещены подвижные части электрических машин, ограничительные тарелки, пальцы, датчики положения и скорости движения штоков. Неподвижные части электрических машин размещены на картере. Достигается снижение выброса вредных веществ в атмосферу. 6 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к электромагнитным генераторам и может быть использовано для получения электрической энергии от любого вибрирующего тела, в том числе для электропитания устройств и подзарядки аккумуляторов во время движения транспортного средства (автомобиль, железнодорожный вагон и др.). Технический результат состоит в повышении мощности. Преобразователь вибраций содержит неподвижный магнитопровод с обмотками возбуждения и генераторной, подвижный магнитопровод с упругим элементом, конденсатор и диоды. Подвижный магнитопровод выполнен из высокоуглеродистой стали и перемещается в направлении магнитного потока. Упругий элемент имеет жесткость, определяющую частоту собственных колебаний подвижного магнитопровода преобразователя примерно равной частоте собственных колебаний транспортного средства. Конденсатор имеет емкостное сопротивление, примерно равное максимальному индуктивному сопротивлению генераторной обмотки. 1 ил.

Изобретение относится к области производства электрической энергии и может быть использовано в устройствах с автономным питанием, размещаемых на движущихся объектах. Заявленное изобретение направлено на решение задачи упрощения и повышения эффективности производства электрической энергии для маломощных автономных устройств, установленных на движущихся объектах. Поставленная задача возникает при разработке и создании автономных приемо-передающих устройств, спутниковых трекеров и пр. Устройство состоит из сообщающихся сосудов с жидкостью 1, поплавков 2i, i=1, …, 2, соединителей 3i, i=1, …, 2, преобразователей механической энергии в электрическую 4i, i=1, …, 2. 1 ил.

Изобретение относится к области производства электрической энергии и может быть использовано в устройствах с автономным питанием, размещаемых на движущихся объектах. В устройство, расположенное на движущемся объекте, введены сообщающиеся сосуды с жидкостью, два соединителя, два преобразователя механической энергии в электрическую, два поплавка, расположенных в левом и правом сообщающихся сосудах, над которыми расположены соединенные с поплавками через соединители преобразователи механической энергии, выходы которых объединены и подключены к выходу устройства. Изобретение направлено на упрощение и повышение эффективности производства электрической энергии для маломощных автономных устройств, установленных на движущихся объектах. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к получению электрической энергии при колебании различных механических устройств и может быть использовано, в частности, для генерирования переменного тока при колебании некоторых узлов транспортных средств. Технический результат состоит в получении энергии при колебании конструктивных элементов, расположенных в одном устройстве, вне зависимости от других его частей. На обмотку возбуждения 6 подается электропитание, в результате чего создается замкнутое магнитное поле, стремящееся сжать секции 2 и 3 между собой, чему способствует пружина сжатия 17. При нажатии на толкатель 18 силой F последний входит в зазор 14 и раздвигает плечи рычагов 8 и 9, преодолевая силу пружины 17 и силу магнитного взаимодействия между секциями 2 и 3. В момент размыкания магнитной цепи возникает электродвижущая сила ЭДС в обмотке якоря, которую можно вычислить по формуле. При наличии минимального зазора 5 даже при небольшом его изменении происходит резкое изменение потока и, следовательно, ЭДС. 5 ил.
Наверх