УНИВЕРСАЛЬНЫЙ МАГНИТОЖИДКОСТНЫЙ ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА Российский патент 2002 года по МПК H02K19/16 H02K25/00 H02K21/14 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, преобразующим механические вращательные движения в электрический ток, и может быть использовано в энергетике, в машиностроении или в качестве автономного источника электрического тока.

Аналогами предлагаемого устройства являются генераторы электрического тока, в которых с целью уменьшения магнитного сопротивления пространства между ротором и статором применяется магнитная жидкость.

В качестве прототипа выбрана конструкция генератора переменного тока (заявка о выдаче патента Российской Федерации на изобретение 99127589, входящий 028759 от 23.12.1999 г.).

Недостатком данного устройства является то, что указанный генератор преобразовывает в электрический ток только возвратно-поступательные механические движения. В случае, если его якорь будет совершать вращательные механические движения, электрический ток вырабатываться не будет.

Целью предлагаемого изобретения является возможность применения специальной среды, обладающей текучестью, намагниченностью и магнитопроводностью, в генераторах, преобразовывающих вращательные механические движения в электрический ток, с целью уменьшения магнитного сопротивления электрической машины и, таким образом, увеличения ее КПД в целом. Как частный случай, в качестве такой среды может быть применена магнитная жидкость. Конструкции таких генераторов могут быть самыми различными.

На фиг.1 схематически в разрезе представлен общий вид заявляемого устройства. Несущий корпус генератора состоит из полого цилиндра 1, изготовленного из магнитопроводящего материала и двух торцевых стенок 2, изготовленных из немагнитопроводящего материала. Внутри корпуса закреплены катушки обмоток 3 статора генератора в количестве двух штук, каждая из которых с торцевых сторон ограничивается электропроводящими кольцами 4. Электропроводящие кольца 4 не имеют электрического контакта с корпусом генератора. Ротор генератора состоит из постоянного магнита 5 и присоединенных к нему двух полюсных наконечников 6, жестко закрепленных на подвижной оси 7. В торцевых стенках 2 имеются отверстия, в которых и располагается подвижная ось 7 ротора генератора. С целью увеличения магнитного потока, протекающего через обмотки 3 статора генератора, и, таким образом, увеличения ЭДС индукции генератора расстояние между полюсными наконечниками 6 ротора и катушками обмоток 3 статора генератора заполняется магнитной жидкостью 8. Под магнитной жидкостью понимается искусственно созданная жидкая среда, обладающая одновременно намагниченностью и текучестью. При этом обмотки 3 статора могут быть залиты веществом (на основе связующего), обладающим высокой магнитной проводимостью.

Поперечный разрез генератора в общем виде представлен на фиг.2. Внутри магнитопроводящего полого цилиндра 1 корпуса генератора закреплена катушка обмотки 3 статора, внутри которой вращается полюсной наконечник 6 ротора генератора. Полюсной наконечник 6 жестко закреплен на подвижной оси 7 ротора и имеет некоторое количество полюсных окончаний 9. Полюсные окончания 9 полюсного наконечника 6 расходятся в виде выступов по направлению от оси 7 ротора по радиусу в сторону обмотки 3 статора. Полюсных окончаний 9 полюсного наконечника 6 в генераторах, работающих по заявляемому принципу, может быть столько, сколько их необходимо по конструкционным соображениям. В данном генераторе их шесть. Внешняя сторона полюсного окончания 9 полюсного наконечника 6 имеет заострение. Оно необходимо для того, чтобы на полюсных окончаниях 9 полюсного наконечника 6 концентрировались магнитные силовые линии 10, создаваемые ротором генератора. Расстояние между полюсными окончаниями 9 полюсного наконечника 6 ротора и катушкой обмотки 3 статора заполнено магнитной жидкостью 8. Для увеличения окружной скорости движения полюсных наконечников 6 ротора его можно закрепить на подвижной оси 7 не непосредственно, а, например, с помощью маховика.

Обмотка 3 статора схематически в общем виде показана на фиг.3. Отдельные электрически изолированные проводники 11 замкнуты на концах электропроводящими кольцами 4. Таким образом, обмотка имеет внешний вид "беличьего колеса" или полого цилиндра, внутри которого вращается полюсной наконечник ротора генератора. Электропроводящие кольца 4 имеют электрические выводы 12.

Универсальный магнитожидкостной генератор электрического тока работает следующим образом.

При совершении осью 7 (см. фиг.1) ротора генератора и жестко закрепленных на ней постоянным магнитом 5 с полюсными наконечниками 6 вращательных движений относительно и внутри обмоток 3 статора генератора силовые линии 10 магнитного поля якоря (линии магнитной индукции) пересекают отдельные изолированные проводники 11 обмоток 3 статора, в результате чего на их концах возникает ЭДС индукции. Поскольку отдельные проводники 11 обмоток 3 статора генератора электрически замкнуты с обоих концов на электропроводящие кольца 4, на этих кольцах будет осуществляться суммирование ЭДС индукции, наводящейся в каждом отдельном изолированном проводнике 11 обмоток 3 статора генератора.

В случае организации внешней электрической цепи, в которую входят эти проводники, по ней будет протекать электрический ток. Таким образом, заявляемое устройство работает как генератор электрического тока.

Универсальность заявляемого генератора заключается в следующем. Если изолированные проводники обмоток статора генератора все соединены между собой параллельно так, как это показано на фиг.3, то на электрических выводах 12 мы будем иметь постоянное напряжение. Для получения суммарной величины ЭДС индукции обмотки статорных катушек должны быть включены последовательно. Однако проводники обмоток статорных катушек можно соединять между собой различными способами. Например, если электропроводность колец не сплошная, а ограничена отдельными изолированными секторами, то в пределах этих изолированных секторов электрические проводники обмоток статора соединятся между собой в отдельные группы. На фиг.4 схематически в общем виде показано, что проводники 11 обмотки статора генератора разбиты на три группы. Каждая группа условно обозначена А, В и С. Между собой эти группы смещены на 1/3 окружности. Электропроводность колец 4 ограничена в пределах секторов а1, b1, с1, и а2, b2, с2, к которым подсоединены соответствующие электрические выводы. При вращении ротора генератора мы получим в каждой из групп проводников переменные по величине, но постоянные по направлению ЭДС, между которыми будет разность фаз 120^o и 240^o. Так как в данном генераторе две обмотки статора, то в каждой из них будут наводиться переменные ЭДС со сдвигом фаз на 120^o и 240^o. Если замкнуть на нагрузочные сопротивления электрические выводы групп проводников обмоток статора, то каждая из них будет способна вырабатывать пульсирующий ток с тем же сдвигом фаз. Однако направление токов в каждой из обмоток статора будет различным, поскольку полюсные наконечники ротора генератора, вращающиеся внутри обмоток статора имеют различную полярность. На фиг. 5 показано, как будут изменяться во времени ЭДС в трех обмотках 3 статора генератора (условно обозначенных I, II, III), закрепленных внутри полого цилиндра 1 корпуса генератора. Полюсной наконечник 6 для простоты восприятия имеет только два полюсных окончания 9. На графике а) показано изменения ЭДС, предположим, в левой обмотке статора генератора; на графике b) соответственно в правой обмотке. При согласованном соединении групп проводников обмоток генератора мы получим три согласованных переменных тока, т. е. заявляемый генератор будет вырабатывать переменный трехфазный ток. Меняя количество, расположение и схему соединения групп проводников обмоток 3 статора, а также количество и конфигурацию полюсных окончаний 9 полюсных наконечников 6 ротора, мы сможем в широком диапазоне менять характеристики самого генератора.

При необходимости постоянный магнит 5 ротора может быть заменен на электромагнит (см. фиг.6). Обмотка 13 электромагнита ротора генератора укладывается в этом случае на электрически изолированный от нее магнитопровод ротора, состоящий из сердечника магнитопровода 14 и двух полюсных наконечников 6.

Для питания обмотки электромагнита электротоком можно воспользоваться вспомогательным источником (генератор с внешним возбуждением) или можно использовать напряжение, вырабатываемое самим генератором (генератор с самовозбуждением). В последнем случае свойства генератора в значительной мере будут зависеть от способа соединения (параллельно, последовательно или смешанно) обмотки возбуждения ротора с обмотками статора генератора.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электротехническим машинам, преобразующим механические вращательные движения в электрический ток, и может быть использовано в энергетике, на транспорте или как автономный источник электрического тока. Генератор состоит из корпуса, включающего полый цилиндр из магнитопроводящего материала, внутри которого установлены обмотки статора генератора, и две торцевые стенки из немагнитопроводящего материала. В торцевых стенках имеются отверстия, в которых установлена подвижная ось с жестко закрепленным на ней ротором с полюсными наконечниками. Статорные обмотки состоят из изолированных проводников и имеют форму полых цилиндров. Концы изолированных проводников замкнуты электропроводящими кольцами, расположенными на торцах статорных обмоток. Силовые линии магнитного поля ротора пересекают изолированные проводники статорных обмоток генератора, в результате чего на их концах возникает ЭДС индукции. Пространство между ротором и обмотками статора генератора заполнено средой, обладающей намагниченностью и текучестью. Технический результат от использования изобретения состоит в увеличении КПД электрической машины. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Генератор электрического тока, содержащий корпус, включающий полый цилиндр, изготовленный из магнитопроводящего материала, внутри которого установлены обмотки статора и две торцевые стенки с отверстиями, изготовленные из немагнитопроводящего материала, в отверстиях установлена подвижная ось с жестко закрепленным на ней ротором для создания магнитных силовых линий, который выполнен с полюсными наконечниками, и установлен с возможностью вращения относительно обмоток статора, отличающийся тем, что пространство между ротором и обмотками статора заполнено средой, обладающей намагниченностью и текучестью, два полюсных наконечника ротора закреплены на подвижной оси и имеют полюсные окончания, при этом обмотки статора состоят из изолированных проводников, концы которых замкнуты электропроводящими кольцами, расположенными на торцах обмоток статора. 2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что проводники обмоток статора соединены в отдельные группы в пределах отдельных изолированных секторов электропроводящих колец. 3. Генератор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что края полюсных окончаний полюсных наконечников ротора заострены. 4. Генератор по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что для создания магнитных силовых линий ротор содержит постоянный кольцевой магнит. 5. Генератор по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что для создания магнитных силовых линий ротор содержит электромагнит.