ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 1997 года по МПК H02K35/02 H02K7/18 F03B13/12 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструкциям электрических генераторов, использующих энергию колебательного движения, например, морских волн.

Известен электрический генератор колебательного движения, использующий энергию, например, морских волн, содержащий статор с обмоткой, встроенный в плавающее тело, и подвешенный на опоре подвижный элемент с системой возбуждения [1]
Известен также электрический генератор, использующий энергию колебательного движения, содержащий корпус, систему возбуждения, выполненную с постоянными магнитами, и подвижный элемент в виде маятника, несущего магнитопровод с обмоткой [2]
Серьезным недостатком известных устройств является предельно низкая эффективность преобразования энергии колебательного движения, например, морских волн, в электроэнергию. Это объясняется тем, что уровень эдс, наводимой в обмотке статора, при колебаниях, практически определяется линейной скоростью относительных перемещений статора и подвижного элемента при колебаниях. В известных устройствах эта скорость и скорость перемещения, например, морских волн, являются величинами одного порядка, то есть довольно малы, что определяет соответственно и низкий уровень наводимой и обмотке статора эдс.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатом к изобретению является электрический генератор колебательного движения, использующий энергию, например, морских волн, содержащий статор с обмоткой и подвешенный на опоре подвижный элемент с системой возбуждения в виде постоянных магнитов [3]
Недостатком данного устройства является низкая эффективность преобразования энергии колебательного движения, например, морских волн в электроэнергию вследствие малых линейных скоростей относительно перемещения статора и подвижного элемента при колебаниях.

Изобретение направлено на повышение эффективности преобразования энергии колебательного движения, например, морских волн, в электрическую энергию.

Это достигается тем, что в электрическом генераторе, использующем энергию колебательного движения, например, морских волн, содержащем статор с обмоткой, подвижный элемент, систему возбуждения с постоянными магнитами, подвижный элемент выполнен в виде цилиндрического поплавка с кольцевыми прокладками из ферромагнитного материала, расположенными с постоянным шагом вдоль продольной оси поплавка, статор выполнен в форме кольцевого замкнутого резервуара, в осевом отверстии которого размещен поплавок, а внутри резервуара вблизи стенок осевого отверстия в осевом и окружном направлениях установлены с наклоном под углом 45^o к образующей резервуара сферические хлопающие мембраны, в центре каждой из которых закреплен постоянный магнит, концентрично охваченный неподвижной обмоткой.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображен общий вид электрического генератора, совмещенный с поперечным центральным разрезом.

Электрический генератор содержит статор 1, выполненный в форме кольцевого замкнутого резервуара с осевым отверстием 2, в котором размещен подвижный элемент 3, выполненный в виде цилиндрического поплавка с кольцевыми прокладками 4 из ферромагнитного материала, расположенными с постоянным шагом вдоль продольной оси поплавка 3. Конструктивно поплавок состоит из ⊥ - образной пластмассовой втулки 5 с резьбой в концевой части и надетых на нее ферромагнитных 4 и пластмассовых 6 колец, зажатых гайкой 7. Внутри резервуара 1 вблизи стенок осевого отверстия 2 в осевом и окружном направлениях равномерно установлены с наклоном под углом 45^o к образующей резервуара 1 сферические хлопающие мембраны 8, в центре каждой из которых закреплен постоянный магнит 9, концентрично охваченный неподвижной, прикрепленной к резервуару 1 обмоткой 10. Каждая из обмоток 10 соединена со своим выпрямителем (включена в диагональ диодного моста), выходы которого (вторая диагональ моста) подключены к общим шинам. Электрическая схема подключения обмоток на чертеже не показана, так как эта схема подробно описана в [2] а также в [4] Втулка 11, жестко установленная в нижней части осевого отверстия 2, и кронштейн 12 ограничивают осевые перемещения поплавка 3. Одновременно кронштейн 12 служит для установки колодки 13 для снятия электрического сигнала, а также для подвешивания генератора на водной поверхности. Конструкция и принцип действия хлопающих мембран подробно описан в [5] Размещение хлопающих мембран именно под углом 45^o к образующей резервуара 1 позволяет добиться оптимального соотношения между тремя требующимися для надежной работы устройства факторами: максимальным приближением магнитов 9 к ферромагнитным шайбам 4, полученная максимальная величина осевой составляющей силы магнитного взаимодействия магнитов 9 и шайб 4, максимальным приближением направления линии действия данной составляющей силы к оси максимальной чувствительности (оси симметрии) хлопающих мембран 8.

Устройство работает следующим образом.

При набегании волны уровень воды, входящей в отверстие 2, начинает подниматься, и поплавок 3 движется вверх. Пусть одна из хлопающих мембран 8 находится, например, в своем верхнем положении. При подъеме поплавка 3 при подходе одной из ферромагнитных прокладок 4 снизу на достаточное расстояние к магниту 9 на данной мембране 8 за счет вертикальной составляющей силы притяжения магнита 9 к прокладке 4, направленной вниз, мембрана 8 релейно сработает (перескочит) в нижнее свое положение. Однако, та же прокладка 4, продолжая двигаться с поплавком 3 вверх, поднявшись выше мембраны 8, опять за счет вертикальной составляющей силы притяжения, направленной вверх, заставит мембрану 8 перескочить в верхнее положение. После этого к мембране 8 снизу же подходит следующая прокладка 4, мембрана 8 опять перескакивает в нижнее положение и т.д. Таким образом при подъеме поплавка 3 в течение полу периода движения волны непрерывно срабатывают все мембраны 8 в окружном и осевом направлении относительно осевого отверстия 2. При спаде волны и движении поплавка 3 вниз процесс перещелкивания мембран 8 повторяется. Таким образом происходит релейное, практически непрерывное перемещение магнитов 9 на мембранах 8 внутри охватывающих магниты обмоток 10 с очень высокими относительными скоростями. Естественно, что наводимые при этом в обмотках 10 эдс, выпрямляемые в выпрямителях и складывающиеся в общих шинах, характеризуются значительной величиной. Таким образом, сравнительно медленный процесс набегания и спада волн, характеризующийся значительным периодом, преобразуется в данном устройстве в непрерывные релейные перемещения магнитов 9 относительно обмоток 10 со значительными относительными скоростями. За счет осуществления здесь резко нелинейного релейного процесса удалось практически на порядок повысить эффективность преобразования энергии морских волн в электрическую энергию.

Для обеспечения практически непрерывного процесса срабатывания мембран 8 шаговое расстояние между ферромагнитными кольцами 4 должно быть тщательно экспериментально отрегулировано подбором определенной толщины пластмассовых колец 6, вставленных между кольцами 4. Естественно, шаг между ферромагнитными шайбами 4 (толщина пластмассовых колец 6) должен быть тем меньше, чем больше период набегания волн, чем чаще установлены по вертикали мембраны 8 и чем меньше инерционность мембран 8, то есть выше возможная максимальная частота их срабатывания.

Важным достоинством устройства является то, что возможное количество устанавливаемых в вертикальном и окружном направлениях мембран 8 практически ничем не ограничено (кроме, естественно, габаритов устройства), мощность, требуемая для срабатывания мембран, ничтожна. То есть, даже при малых размерах поплавка, мощность, разливаемая за счет действующей на него подъемной силы от волн, во много раз превышает мощность, необходимую для срабатывания мембран 8, окружающих поплавок 3 в осевом и окружном направлениях. Это, по мнению авторов, открывают в принципе, богатые возможности для повышения эффективности преобразования энергии за счет разработки специальных типов более мощных и эффективных релейных элементов со значительным ходом и скоростями срабатывания (авторы использовали в предлагаемом устройстве серийные приборные хлопающие мембраны). Авторы надеются, что данное изобретение послужат как бы началом к разработке нового класса преобразователей энергии с преобразованием плавного перемещения рабочей среды (волн, ветра и т.п.) в релейное высокоскоростное перемещение исполнительного механизма.

Источники информации
1. Заявка Великобритании N1316950, кл. H 2 A, опублик. 1973.

2. А. с. СССР N 586528, кл. H 02 K 35/00, опубл. 1978.

3. А. с. СССР N 587570, кл. H 02 K 35/00, опубл. 1978/прототип/.

4. А. с. СССР N 776488, кл. H 02 K 35/00, опубл. 1978.

5. Андреева Л.Е. Упругие элементы приборов. М. Машгиз, 1962, с. 311-315.

Использование: для преобразования энергии колебательного движения морских волн в электрическую энергию. Сущность изобретения: подвижный элемент 3 выполнен в виде цилиндрического поплавка с кольцевыми прокладками 4 из ферромагнитного материала, расположенными с постоянным шагом вдоль продольной оси поплавка.

Статор 1 выполнен в форме кольцевого замкнутого резервуара, в осевом отверстии 2 которого размещен поплавок 3. Внутри резервуара вблизи стенок осевого отверстия 2 в осевом и окружном направлениях установлены с наклоном под углом 45^o к образующей резервуара сферические хлопающие мембраны 8, в центре каждой мембраны закреплен постоянный магнит 9, концентрично охваченный неподвижной обмоткой 10. 1 ил.

Электрический генератор, использующий энергию колебательного движения, например, морских волн, содержащий статор с обмоткой, подвижный элемент, систему возбуждения с постоянными магнитами, отличающийся тем, что подвижный элемент выполнен в виде цилиндрического поплавка с кольцевыми прокладками из ферромагнитного материала, расположенными с постоянным шагом вдоль продольной оси поплавка, статор выполнен в форме кольцевого замкнутого резервуара, в осевом отверстии которого размещен поплавок, а внутри резервуара вблизи стенок осевого отверстия в осевом и окружном направлениях установлены с наклоном под углом 45^o к образующей резервуара сферические хлопающие мембраны, в центре каждой их которой закреплен постоянный магнит, концентрично охваченный неподвижной обмоткой.