Устройство генерации электроэнергии Российский патент 2020 года по МПК H02K7/20 H02K11/30 H02K21/12 

Техническое решение относится к области электрических систем многодвигательного подъемно-транспортного оборудования, крутильно-мотальных механизмов, электротранспорта, конвейерных линий.

В качестве аналога была взята схема мощного высокоскоростного магнитного двигателя. Патент РФ №2168841, МПК H02N 11/00(2000.01), Бюл. №16, 2001 г. Изобретение предназначено для преобразования магнитной энергии в механическую работу. Двигатель содержит несколько комплектов магнитных цилиндров с постоянными магнитами. Назначение двигателя реализуется за счет притяжения и отталкивания магнитов ротора и статора при изменении их относительного положения. Изобретение обеспечивает экологическую чистоту, простоту конструкции и бесшумность работы, экономию топлива и электроэнергии.

Недостатком изобретения является то, что преобразование магнитной энергии в механическую несет низкий КПД, обусловленный значительными потерями в результате работы, совершаемой магнитными цилиндрами с постоянными магнитами. Также недостатком аналога является то, что в заявленной модели преобразование магнитной в механическую энергию происходит при возвратно-поступательном движении, что дает низкую эффективность работы по сравнению с вращательным движением. В техническом решении не учтена, система получения механической энергии из электромагнитной, при вращательном движении ротора, содержащая, по меньшей мере, один ротор на ведущем валу двигателя, электромагнитную катушку, расположенную с каждой стороны каждого из указанного, по меньшей мере, одного ротора, токо-проводящее средство, электрически соединенное с указанным, по меньшей мере, одним ротором.

В качестве прототипа была взята схема высокоскоростной турбины. Патент РФ №2608386, МПК8 H02K 16/00 (2006.01), H02K 31/04 (2006.01), H02K 55/00 (2006.01), бюл. №2, опубликовано 2017 г. Турбина содержит, по меньшей мере, один ротор, установленный на ведущем валу и выполненный с возможностью протекания по нему тока в радиальном направлении; по меньшей мере, одну электромагнитную катушку, расположенную с каждой стороны каждого из указанного, по меньшей мере, одного ротора. Катушка выполнена с возможностью генерации магнитного поля, ориентированного по существу в осевом направлении через указанный, по меньшей мере, один ротор, и одной или более областей нулевого магнитного поля между ними. Турбина содержит также, по меньшей мере, одно токопроводящее средство, электрически соединенное с указанным, по меньшей мере, одним ротором. Часть указанного токопроводящего средства размещена в одной или более областях нулевого магнитного поля.

Недостатком прототипа является то, что конструкция изобретения предусматривает преобразование электромагнитной силы в механическую, то есть на приведение в движение ротора необходимо дополнительно затратить часть электроэнергии, что снижает энергоэффективность устройства, изобретение не учитывает систему генерации электроэнергии за счет установленных по крайней мере двух групп постоянных неодимовых магнитов, которые размещены на выходном валу, являющийся продолжением ведущего вала и, по крайней мере, одной дополнительной электромагнитной катушкой, расположенной рядом с каждой группой постоянных неодимовых магнитов, где магниты при одновременном вращении с выходным валом, создают электромагнитную индукцию с электромагнитными катушками, при этом вырабатывается индукционный ток, что не усложняет конструкцию самого электротехнического устройства, но повышает его энергоэффективность за счет генерации электроэнергии, использование неодимовых магнитов делает конструкцию легкой и малогабаритной и поэтому незаметной для работы самого электротехнического устройства, поскольку, неодимовые магниты отличаются относительно небольшим размером и весом, но значительной намагничивающей силой, также изобретение не учитывает систему коммутации накопителей, систему дозированного питания для бесперебойного и надежного питания собственных нужд за счет дополнительно выработанной электроэнергии, систему торможения, обеспечивающей плавность и точность остановки ротора с возможностью выработки дополнительной электроэнергии во время торможения.

Задачей технического решения является повышение энергоэффективности работы устройства генерации электроэнергии за счет преобразования кинетической энергии вращения выходного вала, являющимся продолжением ведущего, в электрическую, посредством, по крайней мере, двух групп постоянных неодимовых магнитов, установленных на выходном валу, по меньшей мере, одной дополнительной электромагнитной катушки, расположенной возле каждой группы постоянных неодимовых магнитов, системы коммутации накопителей для их попеременного заряда и разряда в рабочем режиме и плавной и точной остановкой ротора в режиме торможения с возможностью генерации электроэнергии, коммутации накопителей с системой дозированного питания для питания собственных нужд.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в устройстве генерации электроэнергии содержащей, один ротор, установленный на ведущем валу, одну электромагнитную катушку, причем дополнительно введены механизм, редуктор, вал редуктора, выходной вал, являющийся продолжением ведущего вала, первая группа постоянных неодимовых магнитов, содержащая два постоянных неодимовых магнита, установленных на немагнитопроводящем материале на выходном валу, с рядом установленной одной дополнительной электромагнитной катушкой, система торможения, содержащая датчик тока, коммутируемый ключ, вторую группу постоянных неодимовых магнитов, содержащую два постоянных неодимовых магнита, установленных на немагнитопроводящем материале на выходном валу, с рядом установленной одной дополнительной электромагнитной катушкой, две группы коммутируемых ключей, каждая из которых содержащая два коммутируемых ключа, работающих на одновременное включение и отключение, два коммутируемых ключа на каждом накопителе электроэнергии, обмотка статора, обмотка ротора, система коммутации накопителей электроэнергии, содержащая две группы коммутируемых ключей, каждая из которых содержащая два коммутируемых ключа на каждом накопителе, работающих на одновременное включение и отключение, два накопителя электроэнергии с положительной и отрицательной клеммами каждый, датчик тока, система дозированного питания, содержащая датчик тока, два коммутируемых ключа, работающих на одновременное включение и отключение, причем выход механизма соединен со входом вала редуктора посредством редуктора, выход вала редуктора соединен со входом выходного вала, являющимся продолжением ведущего вала, на выходном валу, расположены две группы постоянных неодимовых магнитов, содержащие, два неодимовых магнита каждая, рядом с каждой группой постоянных неодимовых магнитов расположены по две электромагнитные катушки соответственно, выход замкнутого ключа системы торможения, срабатывающим на отключение питания обмотки статора от сети при торможении, соединен со входом обмотки статора и входом датчика тока системы торможения, обмотка статора расположена возле обмотки ротора, обмотка ротора расположена на роторе, ротор расположен на ведущем валу, выход датчика тока системы торможения соединен со входом, двух электромагнитных катушек, расположенных вблизи второй группы постоянных неодимовых магнитов системы торможения, выход соединенных между собой, двух электромагнитных катушек, расположенных вблизи второй группы постоянных неодимовых магнитов соединен со входом двух пар коммутируемых ключей системы торможения, расположенных на каждом накопителе электроэнергии, выход соединенных между собой двух электромагнитных катушек, расположенных вблизи первой группы постоянных неодимовых магнитов соединен со входом двух пар коммутируемых ключей системы коммутации накопителей электроэнергии, расположенных на каждом накопителе электроэнергии, выход коммутируемых ключей системы коммутации накопителей электроэнергии и коммутируемых ключей системы торможения соединены со входом первого накопителя электроэнергии посредством положительной клеммы и отрицательной клеммы, выход коммутируемых ключей системы коммутации накопителей электроэнергии и коммутируемых ключей системы торможения соединены со входом второго накопителя электроэнергии посредством положительной клеммы и отрицательной клеммы, выход коммутируемых ключей системы коммутации накопителей и системы торможения, связанных с положительной клеммой каждого из накопителей электроэнергии соответственно соединен со входом датчика тока системы коммутации накопителей электроэнергии, выход датчика тока системы коммутации накопителей электроэнергии, а также выход накопителей электроэнергии через положительную клемму на каждом накопителе, соответственно, соединен со входом датчика тока системы дозированного питания, выход датчика тока системы дозированного питания соединен со входом первого коммутируемого ключа системы дозированного питания, выход первого коммутируемого ключа системы дозированного питания соединен со входом второго коммутируемого ключа системы дозированного питания, выход второго коммутируемого ключа системы дозированного питания соединен с сетью и со входом замкнутого ключа системы торможения.

На фиг. 1 изображена схема устройства генерации электроэнергии.

Устройство генерации электроэнергии, содержащее механизм 1, редуктор 2, вал редуктора 3, выходной вал 4, являющийся продолжением ведущего вала, система торможения, содержащая датчик тока 14, ключ 15, вторую группу постоянных неодимовых магнитов 5, содержащую, по крайней мере, два постоянных неодимовых магнита на немагнитопроводящем материале на выходном валу 4 с рядом установленными, по крайней мере, двумя электромагнитными катушками 6, 7 и две пары коммутируемых ключей 18, 19 и 22, 23 на каждом накопителе электроэнергии 25 и 28 соответственно, первая группа постоянных неодимовых магнитов 8, содержащую, по крайней мере, два постоянных неодимовых магнита на немагнитопроводящем материале на выходном валу 4, с рядом установленными, по крайней мере, двумя электромагнитными катушками 9, 10, обмотка статора 12, обмотка ротора 13, ротор 11, система коммутации накопителей электроэнергии 25 и 28, содержащая коммутируемые ключи 16, 17 и 20, 21 соответственно, два накопителя электроэнергии 25 и 28, содержащие положительную 26, 29 и отрицательную клемму 27, 30 соответственно, датчик тока 24, система дозированного питания, содержащая датчик тока 31, два коммутируемых ключа 32 и 33, работающих на одновременное включение и отключение, причем выход механизма 1 соединен со входом вала редуктора 3 посредством редуктора 2, выход вала редуктора 3 соединен со входом выходного вала 4, являющимся продолжением ведущего вала, на выходном валу 4, расположены две группы постоянных неодимовых магнитов 5 и 8, содержащие, по крайней мере, два неодимовых магнита каждая, рядом с каждой группой постоянных неодимовых магнитов 5 и 8 расположены по две электромагнитные катушки 6, 7 и 9, 10 соответственно, выход замкнутого ключа 15 системы торможения, срабатывающим на отключение питания обмотки статора 12 от сети при торможении, соединен со входом обмотки статора 12 и входом датчика тока 14 системы торможения, обмотка статора 12 расположена возле обмотки ротора 13, обмотка ротора 13 расположена на роторе 11, ротор 11 расположен на ведущем валу 4, выход датчика тока 14 системы торможения соединен со входом, по крайней мере, двух электромагнитных катушек 6, 7, расположенных вблизи второй группы постоянных неодимовых магнитов 5 системы торможения, выход соединенных между собой, по крайней мере, двух электромагнитных катушек 6, 7 соединен со входом двух пар коммутируемых ключей системы торможения 18, 19 и 22, 23, выход соединенных между собой, по крайней мере, двух электромагнитных катушек 9, 10, расположенных вблизи первой группы постоянных неодимовых магнитов 8 соединен со входом двух пар коммутируемых ключей 16, 17 и 20, 21, выход коммутируемых ключей 16, 17 системы коммутации накопителей электроэнергии и коммутируемых ключей 18, 19 системы торможения соединены со входом первого накопителя электроэнергии 25 посредством положительной клеммы 26 и отрицательной клеммы 27, выход коммутируемых ключей 20, 21 системы коммутации накопителей электроэнергии и коммутируемых ключей 22, 23 системы торможения соединены со входом второго накопителя электроэнергии 28 посредством положительной клеммы 29 и отрицательной клеммы 30, выход коммутируемых ключей 16, 18 и 21, 22, связанных с положительной клеммой 26 и 29 каждого из накопителей электроэнергии 25 и 28 соответственно соединен со входом датчика тока 24 системы коммутации накопителей электроэнергии, выход датчика тока 24 системы коммутации накопителей электроэнергии, а также выход накопителей электроэнергии 25 и 28 через положительную клемму 26 и 29 на каждом накопителе 25 и 28, соответственно, соединен со входом датчика тока 31 системы дозированного питания, выход датчика тока 31 системы дозированного питания соединен со входом первого коммутируемого ключа 32 системы дозированного питания, выход первого коммутируемого ключа 32 системы дозированного питания соединен со входом второго коммутируемого ключа 33 системы дозированного питания, выход второго коммутируемого ключа 33 системы дозированного питания соединен с сетью и со входом замкнутого ключа 15 системы торможения.

Устройство генерации электроэнергии работает следующим образом.

На вход коммутируемого ключа 33 системы дозированного питания подается из сети ток, с выхода коммутируемого ключа 33 системы дозированного питания, ток поступает на вход замкнутого ключа 15 системы торможения, с выхода замкнутого ключа 15 системы торможения, ток поступает на вход датчика тока 14 системы торможения и вход обмотки статора 12, при подаче тока на обмотку статора 12 возникает вращающееся магнитное поле, это поле пересекая обмотки статора 12 и обмотка ротора 13, индуцирует в них электродвижущую силу, электродвижущая сила в обмотках ротора 13 создает ток, взаимодействующий с полем статора 12 приводит к созданию электромагнитного момента, приводящего во вращение ротор 11, на роторе 11 образуется момент вращения, момент вращения ротора 11 передается на выходной вал 4, являющийся продолжением ведущего вала, с выхода выходного вала 4 момент вращения передается на вход редуктора 2 посредством вала редуктора 3, с выхода редуктора 2 момент вращения передается на вход механизма 1, на выходном валу 4 установлены две группы постоянных неодимовых магнитов 5 и 8 с расположенными рядом, по крайней мере, двух соединенных между собой электромагнитных катушек 6, 7 и 9, 10 у каждой группы постоянных неодимовых магнитов 5 и 8 соответственно, с выхода датчика тока 14 системы торможения ток поступает на вход, по крайней мере, двух электромагнитных катушек 6, 7, расположенных возле второй группы постоянных неодимовых магнитов 5, с выхода, по крайней мере, двух электромагнитных катушек, относящихся ко второй группе постоянных неодимовых магнитов 5 ток поступает на вход двух пар коммутируемых ключей 18, 19 и 22, 23 системы торможения, с выхода соединенных между собой, по крайней мере, двух электромагнитных катушек 9, 10, расположенных возле первой группы постоянных неодимовых магнитов 8 ток поступает на вход двух пар коммутируемых ключей 16, 17 и 20, 21 системы коммутации накопителей электроэнергии, с выхода коммутируемых ключей 16, 17 системы коммутации накопителей электроэнергии и коммутируемых ключей 18, 19 системы торможения ток поступает на вход первого накопителя электроэнергии 25 посредством положительной клеммы 26 и отрицательной клеммы 27, с выхода коммутируемых ключей 20, 21 системы коммутации накопителей электроэнергии и коммутируемых ключей 22, 23 системы торможения ток поступает на вход второго накопителя электроэнергии 28 посредством положительной клеммы 29 и отрицательной клеммы 30, с выхода коммутируемых ключей 16, 18 и 21, 22, связанных с положительной клеммой 26 и 29 каждого из накопителей электроэнергии 25 и 28 соответственно ток поступает на вход датчика тока 24 системы коммутации накопителей электроэнергии, с выхода датчика тока 24 системы коммутации накопителей электроэнергии, а также с выхода накопителей электроэнергии 25 и 28 через положительную клемму 26 и 29 соответственно, ток поступает на вход датчика тока 31 системы дозированного питания, с выхода датчика тока 31 системы дозированного питания ток поступает на вход первого коммутируемого ключа 32 системы дозированного питания, с выхода первого коммутируемого ключа 32 системы дозированного питания ток поступает на вход второго коммутируемого ключа 33 системы дозированного питания, выход второго коммутируемого ключа 33 системы дозированного питания соединен с сетью и со входом замкнутого ключа 15 системы торможения.

Предлагаемое техническое решение, называемое устройством генерации электроэнергии позволяет обеспечивать повышение энергоэффективности работы устройства генерации электроэнергии, путем преобразования кинетической энергии от вращения выходного вала в электрическую посредством постоянных неодимовых магнитов, отличающихся относительно высокой намагничивающей силой при малых габаритах, установленных на выходном валу, электромагнитных катушек и возникающей между ними электромагнитной индукцией при вращении выходного вала, причем возникающий ток в электромагнитных катушках поступает на один из двух накопителей электроэнергии, которые закоммутированны между собой ключами, поэтому, при полном заряде одного из накопителей тока от индуцируемого тока, срабатывает датчик тока и он посредством коммутируемых ключей отключается от питающей его линии и подключается к системе дозированного питания, второй незаряженный накопитель электроэнергии в момент отключения первого накопителя электроэнергии от питающей его линии подключается к питающей линии и заряжается индуцируемым током. В случае торможения, на одном из накопителей электроэнергии, который работает в этот момент на разряд, меняется направление тока посредством перемены подключения клемм и ток с накопителей поступает на вторую группу электромагнитных катушек и воздействует на вторую группу постоянных неодимовых магнитов до полной точной и плавной остановки, причем ток поступает на датчик и ключ системы торможения, которые отключают обмотку статора от сети, в этот же самый момент первая группа магнитов постоянных неодимовых магнитов по инерции продолжает вращаться и до полной точной и плавной остановки совместно с электромагнитными катушками продолжает индуцировать ток и питать один из накопителей электроэнергии. Преимущество данного технического решения в том, что установленные группы постоянных неодимовых магнитов на выходном валу расположены на легком немагнитопроводящем материале, причем неодимовые магниты отличаются небольшими габаритами, но высокой намагничивающей силой, не влияют и не изменяют работу электротехнического устройства, но обеспечивают высокую эффективность работы за счет дополнительно вырабатываемой электроэнергии на собственные нужды.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - повышение энергоэффективности работы. Устройство генерации электроэнергии содержит ротор, установленный на ведущем валу, электромагнитную катушку. Дополнительно введены редуктор, вал редуктора, выходной вал, являющийся продолжением ведущего вала, первая и вторая группы постоянных неодимовых магнитов, установленных на выходном валу рядом с соответствующими электромагнитными катушками. Устройство генерации также содержит систему торможения, две группы коммутируемых ключей, накопители электроэнергии и систему коммутации накопителей электроэнергии. 1 ил.

Устройство генерации электроэнергии, содержащее один ротор, установленный на ведущем валу, одну электромагнитную катушку, отличающееся тем, что дополнительно введены механизм, редуктор, вал редуктора, выходной вал, являющийся продолжением ведущего вала, первая группа постоянных неодимовых магнитов, содержащая два постоянных неодимовых магнита, установленных на немагнитопроводящем материале на выходном валу, с рядом установленной одной дополнительной электромагнитной катушкой, система торможения, содержащая датчик тока, коммутируемый ключ, вторую группу постоянных неодимовых магнитов, содержащую два постоянных неодимовых магнита, установленных на немагнитопроводящем материале на выходном валу, с рядом установленной одной дополнительной электромагнитной катушкой, две группы коммутируемых ключей, каждая из которых содержит два коммутируемых ключа, работающих на одновременное включение и отключение, два коммутируемых ключа на каждом накопителе электроэнергии, обмотка статора, обмотка ротора, система коммутации накопителей электроэнергии, содержащая две группы коммутируемых ключей, каждая из которых содержит два коммутируемых ключа на каждом накопителе, работающих на одновременное включение и отключение, два накопителя электроэнергии с положительной и отрицательной клеммами каждый, датчик тока, система дозированного питания, содержащая датчик тока, два коммутируемых ключа, работающих на одновременное включение и отключение, причем выход механизма соединен со входом вала редуктора посредством редуктора, выход вала редуктора соединен со входом выходного вала, являющимся продолжением ведущего вала, на выходном валу расположены две группы постоянных неодимовых магнитов, содержащие два неодимовых магнита каждая, рядом с каждой группой постоянных неодимовых магнитов расположены по две электромагнитные катушки соответственно, выход замкнутого ключа системы торможения срабатываеть на отключение питания обмотки статора от сети при торможении, соединен со входом обмотки статора и входом датчика тока системы торможения, обмотка статора расположена возле обмотки ротора, обмотка ротора расположена на роторе, ротор расположен на ведущем валу, выход датчика тока системы торможения соединен со входом, двух электромагнитных катушек, расположенных вблизи второй группы постоянных неодимовых магнитов системы торможения, выход соединенных между собой двух электромагнитных катушек, расположенных вблизи второй группы постоянных неодимовых магнитов соединен со входом двух пар коммутируемых ключей системы торможения, расположенных на каждом накопителе электроэнергии, выход соединенных между собой двух электромагнитных катушек, расположенных вблизи первой группы постоянных неодимовых магнитов соединен со входом двух пар коммутируемых ключей системы коммутации накопителей электроэнергии, расположенных на каждом накопителе электроэнергии, выход коммутируемых ключей системы коммутации накопителей электроэнергии и коммутируемых ключей системы торможения соединены со входом первого накопителя электроэнергии посредством положительной клеммы и отрицательной клеммы, выход коммутируемых ключей системы коммутации накопителей электроэнергии и коммутируемых ключей системы торможения соединены со входом второго накопителя электроэнергии посредством положительной клеммы и отрицательной клеммы, выход коммутируемых ключей системы коммутации накопителей и системы торможения, связанных с положительной клеммой каждого из накопителей электроэнергии соответственно соединен со входом датчика тока системы коммутации накопителей электроэнергии, выход датчика тока системы коммутации накопителей электроэнергии, а также выход накопителей электроэнергии через положительную клемму на каждом накопителе, соответственно, соединен со входом датчика тока системы дозированного питания, выход датчика тока системы дозированного питания соединен со входом первого коммутируемого ключа системы дозированного питания, выход первого коммутируемого ключа системы дозированного питания соединен со входом второго коммутируемого ключа системы дозированного питания, выход второго коммутируемого ключа системы дозированного питания соединен с сетью и со входом замкнутого ключа системы торможения.