ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 2014 года по МПК H02N11/00 H03K3/53 

Описание патента на изобретение RU2505916C2

Изобретение относится к энергетике и может найти применение в изделиях различных отраслей техники.

Известно электромагнитное устройство без подвижных частей в виде трансформатора, содержащее замкнутый магнитопровод, включающий в себя два сердечника с обмотками и два ярма, связывающие их. Обмотки трансформатора могут находиться на одном (общем) сердечнике. Трансформатор используется для преобразования переменного во времени напряжения по величине. Передача энергии из одной цепи (обмотки) в другую в трансформаторе происходит путем использования явления взаимоиндукции (см. Л.А. Бессонов. Теоретические основы электротехники в трех частях, изд. четвертое, «Высшая школа», М. 1964, стр.158).

Известно также электромеханическое устройство в виде поляризованного электромагнита с дифференциальной магнитной цепью. Оно содержит П-образный магнитопровод, включающий в себя два сердечника и связывающее их ярмо, обмотки на сердечниках, источник намагничивающей силы (н.с.) в виде постоянного магнита или электромагнита, установленный одним полюсом на ярмо магнитопровода между сердечниками, и переключатель магнитного потока, развиваемого источником н.с., на один или другой сердечник с упомянутыми обмотками (см. Ройзен В.З. Малогабаритные поляризованные реле и дистанционные переключатели. «Энергия», Л., 1969, стр.7, рис.1-2, в). В указанном электромагните роль переключателя выполняет якорь в виде поворотной пластины.

Недостатком рассмотренного устройства является наличие в нем подвижной детали-якоря в виде поворотной пластины, которая ограничивает ресурс работы всего устройства.

Целью настоящего изобретения является исключение из указанного устройства подвижной детали-якоря с последующим использованием устройства по новому назначению.

Поставленная цель достигается тем, что рассмотренное устройство снабжено дополнительным ярмом, установленным на второй полюс источника н.с. и замыкающим полюса сердечников магнитопровода, и выполненным, как и первый, цельным или составным, а переключатель магнитного потока, развиваемого источником н.с., выполнен или в виде двух разомкнутых магнитопроводов, например С-образной формы, с обмоткой на каждом из них, размещенных по разные стороны от источника н.с. и охватывающих одно или оба упомянутых ярма с двух противоположных сторон, или в виде двух замкнутых магнитопроводов с обмоткой на каждом из них, размещенных по разные стороны от источника н.с., в зазорах между дополнительным ярмом и полюсами сердечников П-образного магнитопровода или в зазорах между составными частями одного или обоих ярм.

Анализ известных технических решений (аналогов) среди электромагнитных устройств с использованием электрических и магнитных средств позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками в заявленном электрическом генераторе, и признать заявляемое решение соответствующим критерию «существенные отличия».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 схематически показан общий вид одного из конструктивных вариантов генератора, в котором переключатель магнитного потока, развиваемого источником н.с, выполнен в виде двух разомкнутых магнитопроводов С-образной формы с обмоткой на каждом из них, размещенных по разные стороны от источника н.с.и охватывающих дополнительное ярмо с двух противоположных сторон;

на фиг.2 схематически изображен общий вид одного из конструктивных вариантов генератора, в котором переключатель магнитного потока, развиваемого источником н.с, выполнен в виде двух замкнутых магнитопроводов с обмоткой на каждом из них, размещенных по разные стороны от источника н.с. в зазорах между дополнительным ярмом и полюсами сердечников П-образного магнитопровода;

на фиг.3 показана схема подключения обмоток, размещенных на магнитопроводах переключателя магнитного потока, развиваемого источником н.с., к источнику переменного тока;

на фиг.4 приведена электрическая схема замещения магнитной цепи генератора;

на фиг.5 показан график изменения напряжения питания от источника переменного тока;

на фиг.6 показан в увеличенном виде один из незамкнутых магнитопроводов переключателя магнитного потока и охватываемый им участок ярма с магнитными потоками, проходящими по ним.

на фиг.7 показано воздействие на участок ярма, охваченном незамкнутым магнитопроводом переключателя магнитного потока, продольного магнитного потока от источника н.с. и поперечного управляющего магнитного потока;

на фиг.8 показаны векторы магнитного потока и индукции ортогональных магнитных полей на участке ярма, охваченном незамкнутым магнитопроводом переключателя магнитного потока;

на фиг.9 показан в увеличенном виде второй незамкнутый магнитопровод переключателя магнитного потока и охватываемый им участок ярма с магнитными потоками, проходящими по ним;

- на фиг.10 показан в увеличенном виде один из замкнутых магнитопроводов переключателя магнитного потока, размещенный в зазоре между дополнительным ярмом и полюсом одного из сердечников П-образного магнитопровода, с магнитными потоками, проходящими по дополнительному ярму с сердечником и замкнутому магнитопроводу.

Генератор, общий вид которого приведен на фиг.1, включает в себя П-образный магнитопровод, состоящий из двух сердечников 1, 2 и связывающего их ярма 3, две обмотки ω1 и ω2 на сердечниках 1, 2, источник н.с. в виде постоянного магнита 4, установленный одним полюсом на ярмо 3 между сердечниками 1 и 2, дополнительное ярмо 5, установленное на второй полюс постоянного магнита 4 так, что оно замыкает полюса сердечников 1 и 2, переключатель магнитного потока, развиваемого постоянным магнитом 4, в виде двух разомкнутых магнитопроводов 6, 7, например С-образной формы, с обмотками ω3 и ω4 на них, размещенных по разные стороны от постоянного магнита 4 и охватывающих дополнительное ярмо 5 с двух противоположных сторон.

Возможна конструкция генератора, в которой один из разомкнутых магнитопроводов, например 6, охватывает дополнительное ярмо 5, а другой разомкнутый магнитопровод 7 охватывает ярмо 3.

Возможна конструкция генератора, в которой в качестве источника н.с. может быть использован электромагнит.

Возможна конструкция генератора, в которой переключатель магнитного потока, развиваемого постоянным магнитом 4, может быть выполнен в виде двух замкнутых магнитопроводов 8, 9 с обмотками ω3 и ω4 на них, размещенных по разные стороны от постоянного магнита в зазорах между дополнительным ярмом 5 и полюсами сердечников 1, 2 П-образного магнитопровода (фиг.2).

Возможна также конструкция генератора с одним или двумя составными ярмами 3 и 5, в зазорах между которыми размещаются замкнутые магнитопроводы 8, 9 с обмотками ω3 и ω4, например, в близи от полюсов постоянного магнита 4. 0бмотки ω3 и ω4, размещенные на незамкнутых магнитопроводах 6, 7 в конструкции, приведенной на фиг.1, и на замкнутых магнитопроводах 8, 9 в конструкции, приведенной на фиг.2, подключаются к источнику переменного тока по схеме, приведенной на фиг.3. В этой схеме активные и индуктивные сопротивления обмоток ω3 и ω4 обозначены соответственно R3, L3 и R4, L4. Диоды Д1 и Д2 обеспечивают последовательное поочередное включение обмоток ω3 и ω4 при работе генератора.

На фиг.4 приведена электрическая схема замещения магнитной цепи генератора без учета рассеивания магнитного потока, развиваемого постоянным магнитом.

В выключенном положении генератора, когда обмотки ω3 и ω4 не подключены к источнику переменного тока, магнитный поток Ф0, развиваемый постоянным магнитом, разветвляется на два потока (фиг.4). Один из них Ф1 проходит через один (левый) контур, а другой Ф2 - через другой (правый) контур. Так как магнитные сопротивления участков основного магнитопровода R1 и R2 и магнитные сопротивления R5-6 и R5-7 участков дополнительного ярма 5 длиной l, охваченных незамкнутыми магнитопроводами 6 и 7 (фиг.1), при этом практически равны

то потоки Ф1 и Ф2, замыкающиеся через сердечники 1 и 2,

При включении генератора - подключении его обмоток ω3 и ω4 к источнику переменного тока, напряжение которого изменяется в соответствии с графиком, приведенным на фиг.5 - в виде периодически следующих друг за другом импульсов прямоугольной формы положительной и отрицательной полярности, в незамкнутых магнитопроводах 6 и 7 протекают магнитные потоки в направлениях, перпендикулярном направлению потоков Ф1 и Ф2.

Так, на первом полупериоде изменения напряжения (фиг.3, фиг.5) импульс положительной полярности поступает на обмотку ω3. Образуемый ею поток управления Фуп проходит в незамкнутом магнитопроводе 6 и охватываемом им участке ярма 5 длиной l (фиг.6, фиг.7) в направлении поперек ярма 5, Одновременно по ярму 5 проходит поток Ф1 от постоянного магнита 4, направленный вдоль ярма 5. Под воздействием суммарного магнитного потока участок ярма длиной l, охватываемый незамкнутым магнитопроводом 6, характеризуется новым значением магнитной индукции ВΣ и новым значением относительной магнитной проницаемости µr (фиг.8), причем вектор магнитной индукции суммарного магнитного поля существенно больше продольного вектора магнитной индукции и как следствие, материал ярма длиной l насыщается, при этом относительная магнитная проницаемость его резко падает. Так, для листовой электротехнической стали марки Э-330 относительная магнитная проницаемость µr при изменении магнитной индукции в пределах от 0,2 до 0,9 Тл находится в пределах 20000-25000, а при насыщении при индукции 2 Тл не превышает 40 (см. М.А. Любчик. Силовые электромагниты аппаратов и устройств автоматики постоянного тока (Расчет и элементы проектирования), М., «Энергия», 1968, стр.144).

При насыщении участка ярма 5 длиной l магнитное сопротивление этого участка составляет

где µ0=4π·10-7 - магнитная постоянная;

µr'- относительная магнитная проницаемость материала ярма 5, соответствующая суммарной магнитной индукции ВΣ;

S - поперечное сечение ярма 5.

Магнитные сопротивления магнитопроводов (участков П-образного магнитопровода и ярма 5 одного и другого контуров магнитной цепи (фиг.4)) от одного полюса постоянного магнита 4 до другого составят:

где l1 и l2 - длина пути потоков Ф1 и Ф2 соответственно по магнитопроводу от одного полюса постоянного магнита 4 до другого;

S1 и S2 - поперечные сечения магнитопровода на пути потоков Ф1 и Ф2 соответственно;

и - относительные магнитные проницаемости материала магнитопровода, соответствующие потокам Ф1 и Ф2 соответственно.

В соответствии со схемой замещения магнитной цепи генератора (фиг.4)

Так как

R1≈R2,

а сопротивление R5-6 во много раз больше сопротивлений R1 и R2, так как µr' практически на три порядка меньше и , то

То есть, в самом начале первого полупериода изменения тока в цепи обмотки ω3, весь поток Ф0, развиваемый постоянным магнитом 4, замыкается во втором (правом) контуре (фиг.4) через сердечник 2.

В конце первого полупериода изменения тока в обмотке ω3 поток управления Фуп в незамкнутом магнитопроводе 6 и охватываемом им участке ярма 5 уменьшается до нуля - магнитная система генератора приходит в исходное состояние, при котором магнитные потоки

Ф12

В начале второго полупериода изменения напряжения импульс отрицательной полярности поступает на обмотку ω4 (фиг.3, фиг.5). Образуемый ей поток управления Фуп проходит в незамкнутом магнитопроводе 7 и охватываемом им участке ярма 5 длиной l в направлении поперек ярма. Одновременно по ярму проходит поток Ф2 от источника н.с., направленный вдоль ярма (фиг.9). В результате суммарного воздействия потоков Фуп и Ф2 на участке ярма 5 длиной l, охваченном незамкнутым магнитопроводом 7, в самом начале второго полупериода изменения тока в цепи обмотки ω4 весь поток Ф0, развиваемый источником н.с. 4, замыкается в первом (левом) контуре (фиг.4) через сердечник 1 так же, как и при прохождении его через второй (правый) контур для случая прохождения импульса положительной полярности через обмотку ω3.

В конце второго полупериода изменения тока в обмотке ω4 поток управления Фуп в незамкнутом магнитопроводе 7 и охватываемом им участке ярма 5 уменьшается до нуля - магнитная система генератора приходит в исходное состояние, при котором магнитные потоки

Ф12.

И так происходит работа генератора на третьем и последующих полупериодах изменения напряжения питания от источника переменного тока.

Генератор, изображенный на фиг.2, отличается от генератора, изображенного на фиг.1, только тем, что переключатель магнитного потока, развиваемого постоянным магнитом, выполнен в нем в виде двух замкнутых магнитопроводов 8, 9 с обмоткой на каждом из них, размещенных в зазорах или между полюсами сердечников 1, 2 и ярмом 5 (фиг.2) или между составными частями одного или обоих ярм 3, 5. На фиг.10 показан в увеличенном виде замкнутый магнитопровод 8 длиной l (размер в направлении длины ярма 5), охватываемый с двух сторон или составными частями ярм или с одной стороны полюсом одного из сердечников П-образного магнитопровода, а с другой стороны ярмом 5, с магнитными потоками Фуп и Ф1 протекающими в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Под воздействием суммарного магнитного потока участок магнитопровода 8, охваченный с двух сторон составными частями ярма 5, насыщается так же, как и участок ярма. Охваченный незамкнутым магнитопроводом 6 (фиг.6) в конструкции генератора, изображенного на фиг.1. При этом магнитная проницаемость материала магнитопровода 8 на этом участке резко падает.

При подключении обмоток ω3 и ω4 к источнику переменного тока генератор, изображенный на фиг.2, работает так же, как и генератор, изображенный на фиг.1, с тем отличием, что в первом происходит насыщение участков замкнутых магнитопроводов 8 и 9, охваченных с двух сторон или составными частями ярм или с одной стороны полюсом одного из сердечников П-образного магнитопровода, а с другой стороны ярмом 5, а во втором происходит насыщение участков одного (фиг.1) или обоих ярм, охваченных незамкнутыми магнитопроводами 6, 7.

Таким образом, при питании обмоток ω3 и ω4 от источника переменного тока происходит последовательное поочередное изменение магнитного сопротивления R5-6 и R5-7 участков ярма 5, охваченных незамкнутыми магнитопроводами 6 и 7 в конструкции генератора, изображенного на фиг.1, и магнитного сопротивления R8 и R9 участков замкнутых магнитопроводов 8, 9, охваченных с одной стороны полюсами сердечников 1, 2 и ярмом 5 с другой стороны, в конструкции генератора, изображенного на фиг.2, от минимального до максимального значения и, как следствие этого, переключение магнитного потока Ф0, развиваемого постоянным магнитом 4, на одно плечо магнитной цепи генератора с сердечником 1, а затем на другое плечо магнитной цепи с сердечником 2.

При положительной полярности импульсов напряжения весь поток Ф0, развиваемый постоянным магнитом 4, переключается на плечо магнитной цепи с сердечником 2, а при отрицательной полярности импульсов напряжения - на плечо магнитной цепи с сердечником 1.

В следствии изменения магнитных потоков в сердечниках 1 и 2 в обмотках ω1 и ω2, размещенных на них, наводится э.д.с. так же, как и в электрических генераторах коммутаторного типа

где kф- - конструктивный коэффициент;

ωк - число витков в катушках ω1 и ω2;

f - частота, равная

Здесь T - период колебаний импульсов положительной и отрицательной полярности напряжения от источника переменного тока (фиг.5). (см. В.А. Балагуров, Ф.Ф. Галтеев, А.Н. Ларионов. Электрические машины с постоянными магнитами, М. - Л., «Энергия», 1964, стр.265). Это обстоятельство позволяет использовать предлагаемое устройство в качестве электрического генератора.

В генераторе переменный ток, к источнику которого подключены обмотки ω3 и ω4, может изменяться по синусоидальному закону.

Технико-экономический эффект предложенного технического решения в сравнении с прототипом заключается в повышении ресурса устройства. Этот эффект достигается за счет того, что предложенный генератор выполнен в виде электромагнитного устройства, не имеющего подвижных частей.

Похожие патенты RU2505916C2

название год авторы номер документа
Магнитный усилитель 2017
  • Лекомцев Георгий Анатольевич
RU2647658C1
Магнитный усилитель 2016
  • Лекомцев Георгий Анатольевич
RU2619142C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОМАГНИЧИВАНИЯ ЖИДКОСТИ 1997
  • Лекомцев Георгий Анатольевич
RU2119459C1
ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ МГНОВЕННОГО ДЕЙСТВИЯ 2011
  • Лекомцев Георгий Анатольевич
  • Макарьянц Михаил Викторович
  • Федоров Анатолий Александрович
RU2466474C1
Магнитожидкостное уплотнение 1991
  • Боков Виктор Михайлович
  • Лекомцев Георгий Анатольевич
SU1827485A1
УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО 1997
  • Лекомцев Георгий Анатольевич
RU2120073C1
Коммутатор 1974
  • Лекомцев Георгий Анатольевич
SU556516A1
Коммутатор 1978
  • Лекомцев Георгий Анатольевич
  • Матийченко Юрий Петрович
SU752538A2
МАГНИТНЫЙ ЛОВИТЕЛЬ 1994
  • Лекомцев Георгий Анатольевич
  • Федоров Анатолий Александрович
RU2094589C1
Магнитожидкостное уплотнение 1991
  • Лекомцев Георгий Анатольевич
SU1827486A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 505 916 C2

Реферат патента 2014 года ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в изделиях различных отраслей техники. Технический результат состоит в исключении подвижных частей. Электрический генератор содержит П-образный магнитопровод, включающий в себя два сердечника и связывающее их ярмо, обмотки на сердечниках, источник н.с. в виде постоянного магнита или электромагнита, установленный одним полюсом на ярмо между сердечниками, и переключатель магнитного потока, развиваемого источником н.с., на один или другой сердечник с обмотками. Генератор снабжен дополнительным ярмом, установленным на второй полюс источника н.с. и замыкающим полюса сердечников магнитопровода, и выполненным, как и первый, цельным или составным. Переключатель магнитного потока, развиваемого источником н.с., выполнен в виде двух разомкнутых магнитопроводов, например С-образной формы, с обмоткой на каждом из них, размещенных по разные стороны от источника н.с и охватывающих одно или оба упомянутых ярма с двух противоположных сторон, или в виде двух замкнутых магнитопроводов с обмоткой на каждом из них, размещенных по разные стороны от источника н.с. в зазорах между дополнительным ярмом и полюсами сердечников П-образного магнитопровода или в зазорах между составными частями одного или обоих ярм. 10 ил.

Формула изобретения RU 2 505 916 C2

Электрический генератор, содержащий П-образный магнитопровод, включающий в себя два сердечника и связывающее их ярмо, обмотки на сердечниках, источник н.с. в виде постоянного магнита или электромагнита, установленный одним полюсом на ярмо между сердечниками, и переключатель магнитного потока, развиваемого источником н.с., на один или другой сердечник с упомянутыми обмотками, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным ярмом, установленным на второй полюс источника н.с. и замыкающим полюса сердечников магнитопровода, и выполненным, как и первый, цельным или составным, а переключатель магнитного потока, развиваемого источником н.с., выполнен в виде двух разомкнутых магнитопроводов, например С-образной формы, с обмоткой на каждом из них, размещенных по разные стороны от источника н.с. и охватывающих одно или оба упомянутых ярма с двух противоположных сторон, или в виде двух замкнутых магнитопроводов с обмоткой на каждом из них, размещенных по разные стороны от источника н.с. в зазорах между дополнительным ярмом и полюсами сердечников П-образного магнитопровода или в зазорах между составными частями одного или обоих ярм.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2505916C2

Способ выделения фенолов из дегтя 1930
  • Иоффе П.М.
  • Раковский В.Е.
SU26261A1
Приспособление для подачи корней к посадочным машинам 1931
  • Шарапов П.А.
SU31165A1
RU 2005106699 A, 14.03.2005
RU 2004124018 A, 27.01.2006
RU 2006109434 A, 20.10.2007
WO 2011029123 A1, 17.03.2011
JPH 11204353 A, 30.07.1999
US 4031457 A, 21.06.1977
US 5926083 A, 20.07.1999
US 4122385 A, 24.10.1978
DE 3938577 A1, 23.05.1991.

RU 2 505 916 C2

Авторы

Лекомцев Георгий Анатольевич

Даты

2014-01-27Публикация

2012-05-03Подача