ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ МНОГОПОЛЮСНЫЙ МАГНИТНОКОМПЕНСИРОВАННЫЙ Российский патент 2015 года по МПК H02K19/16 H02K21/12 H02K7/116 

Генератор электрической энергии многополюсный магнитнокомпенсированный (далее также - Генератор, изобретение, техническое решение) относится к разделу электротехники, а именно к электромеханическим индукционным синхронным генераторам переменного электрического тока.

Может быть использован при создании малогабаритных генераторов электрической энергии, приводимых в действие мускульной силой оператора и используемых для оперативной подзарядки аккумуляторов различных портативных электронных устройств (мобильный телефон, переносная радиостанция, устройство спутниковой навигации, устройство сбора данных и т.п.) в полевых условиях при отсутствии других источников электрической энергии.

Известно устройство аналогичного назначения - низкооборотный однофазный генератор электрической энергии с дисковым ротором на постоянных магнитах (http //imiab narod ru/Energy/Gen_18_19/Gen_18_19 htm), принятый за ближайший аналог (прототип). Данный генератор характеризуется следующими признаками (жирным выделены признаки, совпадающие с признаками заявляемого изобретения):

- квадратный стальной статор, являющийся основанием (корпусом) генератора;

- катушки расположены на статоре неподвижно в виде замкнутой окружности;

- катушки представлены в виде цилиндрических соленоидов со стальными сердечниками;

- катушки генератора соединены в электрическую цепь последовательно;

- по центру статора (основания генератора) закреплен подшипник, в который вставляется ось ротора;

- ротор представляет собой укрепленный на оси стальной диск;

- магниты закреплены на роторе с использованием прокладки;

- магниты являются постоянными, с чередующимся направлением намагниченности;

- магниты представляют собой аксиально намагниченные диски состава неодим-железо-бор.

Недостатками вышеуказанного электрогенератора являются:

1) значительные масса и габариты генератора при небольшом значении выходной мощности;

2) эффект «залипания» приводной рукоятки генератора в начале ее вращения оператором из состояния покоя, вызванный притяжением сердечников катушек к магнитам ротора (это влечет необходимость в изначальном приложении оператором значительной мускульной силы, как следствие - его более быструю физическую утомляемость).

Технической целью (задачей) заявляемого изобретения является устранение обоих вышеуказанных недостатков генератора электрической энергии путем изменения конструкции отдельных элементов данного устройства.

Технический результат заявляемого изобретения представляет собой сохранение значительной выходной мощности электрогенератора (не менее 8 Вт) при одновременном снижении (уменьшении) массогабаритных характеристик электрогенератора, а также снижении (уменьшении) т.н. эффекта «залипания» приводной рукоятки электрогенератора в начале ее вращения оператором из состояния покоя, а также обеспечение общей легкости вращения данной рукоятки в целом.

Поставленная задача достигается тем, что в Генераторе, содержащем корпус-статор с закрепленными на нем вдоль окружности ротора неподвижными энергогенерирующими элементами заданного количества (якорь), многополюсный ротор, установленный с возможностью вращения вокруг своей оси (индуктор), содержащий заданное количество постоянных магнитов, расположенных вдоль окружности ротора с зазором относительно энергогенерирующих элементов статора, одноступенчатый редуктор, во-первых, ведущая шестеренка редуктора по диаметру соответствует диаметру ротора, а ведомая шестренка редуктора закреплена на оси ротора, во-вторых. энергогенерирующие элементы статора расположены не сплошным кругом вдоль окружности ротора, а симметрично и по отдельности друг от друга, при этом диаметрально противоположные энергогенерирующие элементы образуют каждые свою пару, и данные пары энергогенерирующих элементов смещены относительно друг друга с заданным шагом вдоль окружности ротора (жирным выделены существенные признаки изобретения, отличающие его от прототипа). Именно данная совокупность признаков Генератора, обеспечивает получение заявленного технического результата.

В настоящее время изготовлен опытный экземпляр Генератора, который при весе 300 г и геометрических размерах, соответствующих обычной пачке сигарет, имеет выходную мощность порядка 8 Вт. Заявляемое изобретение характеризуется в данном частном случае его выполнения признаками, указанными в предыдущем абзаце, в совокупности со следующими признаками:

1) соотношение числа зубцов ведомой и ведущей шестеренок редуктора Генератора равно 1:12;

2) ротор Генератора выполнен в форме стального плоского диска, установленного внутри корпуса-статора на шарикоподшипник;

3) энергогенерирующие элементы выполнены в форме катушек одинакового размера, их сердечники имеют подковообразную форму, при этом каждая пара энергогенерирующих элементов включена в электрическую цепь через свой собственный выпрямитель электрического тока с соединением выходов указанных выпрямителей друг с другом для получения требуемых значений выходного напряжения и тока генератора.

На чертеже приведен общий вид конструктивной схемы Генератора (вид сбоку).

Заявляемое техническое решение состоит из корпуса-статора (условно не показан), энергогенерирующих элементов 1, ротора (индуктор) 2, редуктора (показан в части ведущей 3 и ведомой 4 шестеренок), выпрямителей электрического тока 5 и устройства коммутации выходов выпрямителей 6.

Корпус-статор (условно не показан) - полая металлическая коробка прямоугольного сечения, служащая основанием для сборки всех деталей Генератора в единое целое. Содержит установленный внутри неподвижный шарикоподшипник для крепления оси ротора 2.

Энергогенерирующие элементы 1 выполняют функцию якоря Генератора. Неподвижно закреплены на корпусе-статоре вдоль окружности ротора 2, но не сплошным кругом, а симметрично и по отдельности друг от друга, при этом диаметрально противоположные энергогенерирующие элементы 1 образуют каждые свою пару, и данные пары смещены относительно друг друга с заданным шагом вдоль окружности ротора 2. Выполнены в форме катушек одинакового размера, их сердечники имеют подковообразную форму. Их симметричное расположение относительно друг друга обеспечивает геометрическую симметрию конструктивной схемы Генератора и взаимную компенсацию сил притяжения полюсов постоянных магнитов 7 к самим энергогенерирующим элементам 1, чем минимизируется вибрация при работе Генератора.

Ротор 2 выполняет функцию индуктора Генератора, а также его маховика. Является многополюсным, т.к. содержит заданное количество постоянных магнитов 7 с чередующимися полюсами, расположенных вдоль его окружности с зазором относительно энергогенерирующих элементов 1. Установлен внутри корпуса-статора с возможностью вращения вокруг своей оси, выполнен в форме стального плоского диска.

Редуктор (показан в части ведущей 3 и ведомой 4 шестеренок) - одноступенчатый, ускоряющего типа, при этом его ведущая шестеренка 3 по диаметру соответствует диаметру ротора 2, а ведомая шестренка 4 закреплена на оси ротора 2. Имеет относительно небольшое передаточное число, находящееся в пределах от 10 до 14.

Выпрямители электрического тока 5 - двухполупериодные диодные выпрямители известной конструкции, установленные неподвижно внутри корпуса-статора. Их количество равно числу пар энергогенерирующих элементов 1.

Устройство коммутации выходов выпрямителей 6 - устройство известной конструкции, установленное неподвижно внутри корпуса-статора. Позволяет суммировать выходные напряжения или выходные токи Генератора в заданных значениях.

Заявляемое изобретение работает следующим образом: оператор непосредственно воздействует своей мускульной силой на приводную рукоять Генератора (условно не показана). Данное усилие посредством ведущей 3 и ведомой 4 шестеренок редуктора Генератора передается на ротор 2, который начинает вращаться с заданной частотой.

При вращении ротора 2 возникает магнитный поток, который пронизывает воздушный зазор между постоянными магнитами 7 и энергогенерирующими элементами 1 и создает в последних переменную электродвижущую силу.

Возникший индукционный электрический ток протекает из энергогенерирующих элементов 1 в выпрямители электрического тока 5, и посредством устройства коммутации выходов выпрямителей 6 полученная электрическая мощность Генератора отдается потребителю.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электромеханическим индукционным синхронным генераторам переменного тока. Технический результат заключается в создании малогабаритного генератора с высокой выходной мощностью. Генератор содержит корпус-статор с закрепленными на нем вдоль окружности ротора неподвижными энергогенерирующими элементами, многополюсный ротор, установленный с возможностью вращения вокруг своей оси. Ротор содержит заданное количество постоянных магнитов, расположенных вдоль окружности ротора с зазором относительно энергогенерирующих элементов статора. Генератор содержит также одноступенчатый редуктор. Ведущая шестеренка редуктора по диаметру соответствует диаметру ротора, а ведомая шестренка редуктора закреплена на оси ротора. Энергогенерирующие элементы статора расположены не сплошным кругом вдоль окружности ротора, а симметрично и по отдельности друг от друга, при этом диаметрально противоположные энергогенерирующие элементы образуют каждые свою пару, и данные пары энергогенерирующих элементов смещены относительно друг друга с заданным шагом вдоль окружности ротора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Генератор электрической энергии многополюсный магнитнокомпенсированный, содержащий корпус-статор с закрепленными на нем вдоль окружности ротора неподвижными энергогенерирующнми элементами заданного количества, многополюсный ротор, установленный с возможностью вращения вокруг своей оси, содержащий заданное количество постоянных магнитов, расположенных вдоль окружности ротора с зазором относительно энергогенерирующих элементов статора, одноступенчатый редуктор, отличающийся тем, что ведущая шестеренка редуктора по диаметру соответствует диаметру ротора, ведомая шестеренка редуктора закреплена на оси ротора, энергогенерирующие элементы статора расположены не сплошным кругом вдоль окружности ротора, а симметрично и по отдельности друг от друга, при этом диаметрально противоположные энергогенерирующие элементы образуют каждые свою пару, и данные пары энергогенерирующих элементов смещены относительно друг друга с заданным шагом вдоль окружности ротора.

2. Генератор электрической энергии многополюсный магнитнокомпенсированный по п.1, отличающийся тем, что соотношение числа зубцов ведомой и ведущей шестеренок редуктора равно 1:12, ротор выполнен в форме стального плоского диска, установленного внутри корпуса-статора на шарикоподшипник, энергогенерирующие элементы выполнены в форме катушек одинакового размера, их сердечники имеют подковообразную форму, при этом каждая пара энергогенерирующих элементов включена в электрическую цепь через свой собственный выпрямитель электрического тока с соединением выходов указанных выпрямителей друг с другом для получения требуемых значений выходного напряжения и тока генератора.