Линейный электрический генератор Российский патент 2021 года по МПК H02K35/02 H02K11/30 

Изобретение относится к электротехники, а более конкретно к линейным электрическим генераторам.

Известен линейный электрический генератор (RU 2654079, H02K 35/02, 16.05.2018), содержащий, цилиндрический корпус, два магнитных сердечника цилиндрической формы с осевой намагниченностью, размещенных внутри цилиндрического корпуса и обращенных друг к другу одноименными полюсами, две цилиндрические катушки с осевыми обмотками, размещенные на цилиндрическом корпусе над соответствующими магнитными сердечниками. Между цилиндрическими катушками с осевыми обмотками на цилиндрическом корпусе размещена цилиндрическая катушка с радиальной обмоткой.

Так как в данном устройстве генерируемое напряжение снимается с цилиндрической катушки с радиальной обмоткой, невозможно получить напряжение синусоидальной формы, что обуславливает низкий коэффициент полезного действия линейного электрического генератора.

Известен линейный электрический генератор (RU 2654080, H02K 35/02, 16.05.2018), выбранный в качестве прототипа и содержащий цилиндрический корпус с отверстиями, на котором размещена цилиндрическая катушка с осевой обмоткой, магнитный сердечник цилиндрической формы с осевой намагниченностью, размещенный внутри цилиндрического корпуса, ограничительный элемент, размещенный внутри цилиндрического корпуса и выполненный в виде магнита, обращенного к магнитному сердечнику одноименным полюсом. На цилиндрическом корпусе размещены цилиндрическая катушка с радиальной обмоткой, расположенная рядом с ограничительным элементом, и цилиндрическая катушка с осевой обмоткой, расположенной на другом конце цилиндрического корпуса.

Недостатком прототипа является низкий коэффициент полезного действия, обусловленный тем, что генерируемое напряжение из-за присутствия высших гармоник имеет несинусоидальную форму.

Задача изобретения - повышение коэффициента полезного действия линейного электрического генератора за счет получения напряжения синусоидальной формы.

Технический результат достигается тем, что в линейном электрическом генераторе, содержащем цилиндрический корпус с отверстиями, внутри которого жестко закреплена цилиндрическая катушка с осевой обмоткой, внутри которой расположен магнитный сердечник цилиндрической формы с осевой намагниченностью, на торцах цилиндрического корпуса жестко закреплены верхняя и нижняя контактные площадки, к которым подключена цепь, состоящая из последовательно соединенных ограничительного резистора, источника питания и ключа, магнитный сердечник цилиндрической формы выполнен в виде набора кольцевых постоянных магнитов, размещенных в цилиндрическом стакане, имеющем в своих торцевых крышках сквозные отверстия, через которые проходит шток, на нижнем конце которого жестко закреплен подвижный контакт, шток верхним концом жестко прикреплен к пружине, которая другим своим концом жестко прикреплена к верхней контактной площадке, а цилиндрическая катушка с осевой обмоткой, выполненной в виде трехфазной распределенной обмотки.

Линейный электрический генератор поясняется чертежом.

Линейный электрический генератора имеет цилиндрический корпус 1 с отверстиями 2 для стравливания давления. Внутри цилиндрического корпуса 1 жестко закреплена цилиндрическая катушка с осевой обмоткой 3, выполненная в виде распределенной трехфазной петлевой или волновой обмотки (Насар С.Α., Болдеа И. Линейные тяговые электрические машины. М.: Транспорт, 1981. С. 27-30; Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1974. С. 403-431). Выводы, которые на чертеже не показаны, цилиндрической катушкой с осевой обмоткой 3 подсоединяются к нагрузке. Внутри цилиндрической катушки с осевой обмоткой 3 расположен магнитный сердечник цилиндрической формы с осевой намагниченностью 4, представляющий собой набор кольцевых постоянных магнитов, выполненный в виде набора кольцевых постоянных магнитов из ферритовых сплавов или алюминий-никель-кобальт сплавов, или самарий-кобальтовых сплавов. В результате такой конструкции магнитное поле кольцевых постоянных магнитов имеет знакопеременный характер. Магнитный сердечник цилиндрической формы с осевой намагниченностью 4 размещен в цилиндрическом стакане 5, который имеет в своих торцевых крышках сквозные отверстия на торцах, через которые проходит шток 6, на нижнем конце которого жестко закреплен подвижный контакт 7. Шток 6 верхним концом жестко прикреплен к пружине 8, которая другим своим концом жестко прикреплена к верхней контактной площадке 9 на верхнем торце цилиндрического корпуса 1. На нижнем торце цилиндрического корпуса 1 жестко закреплена нижняя контактная площадка 10, выполненная из меди. К верхней и нижней контактным площадкам 9 и 10 снаружи цилиндрического корпуса 1 подключена цепь, состоящая из последовательно соединенных ограничительного резистора 11, источника питания 12 и ключа 13.

Работа линейного электрического генератора происходит следующим образом. Под действием силы тяжести цилиндрического стакана 5 и магнитного сердечника цилиндрической формы с осевой намагниченностью 4 и силы нажатия пружины 8 подвижный контакт 7 находится в механическом и электрическом контакте с нижней контактной площадкой 10. Замыкается ключ 13 и по цепи, состоящей из источника питания 12, ограничительного резистора 11, ключа 13, пружины 8, штока 6, подвижного контакта 7 и верхней и нижней контактных площадок 9 и 10 начинает протекать ток. В результате протекания этого тока по виткам пружины 8 между соседними витками возникнет сила притяжения, которая превысит силу тяжести цилиндрического стакана 5 и магнитного сердечника цилиндрической формы с осевой намагниченностью 4 и силу нажатия пружины 8, в результате чего пружина 8 начнет сокращаться и магнитный сердечник цилиндрической формы с осевой намагниченностью 4 начнет движение вверх. В процессе этого движения знакопеременное магнитное поле постоянных магнитов магнитного сердечника цилиндрической формы с осевой намагниченностью 4 индуцирует в витках цилиндрической катушки с осевой обмоткой 3, выполненной в виде распределенной трехфазной обмотки, электродвижущую силу синусоидальной формы. В дальнейшем в результате отрыва подвижного контакта 7 от нижней контактной площадки 10 электрический ток и сила сжатия пружины 8 исчезают, и магнитный сердечник цилиндрической формы с осевой намагниченностью 4 начинает движение вниз под действием силы тяжести, индуцируя электродвижущую силу в витках цилиндрической катушки с осевой обмоткой 3.

Как можно заметить, заявляемый линейный электрический генератор способен генерировать электродвижущую силу синусоидальной формы, что характеризует его повышенный коэффициент полезного действия.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к линейным электрическим генераторам. Технический результат - расширение функционального диапазона. Под действием силы тяжести цилиндрического стакана (5) и магнитного сердечника цилиндрической формы с осевой намагниченностью (4) и силы нажатия пружины (8) подвижный контакт (7) находится в контакте с нижней контактной площадкой (10). Замыкается ключ (13) и через пружину (8) начинает протекать ток. Между соседними витками пружины (8) возникает сила притяжения, в результате пружина (8) начнет сокращаться и магнитный сердечник цилиндрической формы с осевой намагниченностью (4) начнет движение вверх. В результате знакопеременное магнитное поле постоянных магнитов магнитного сердечника цилиндрической формы с осевой намагниченностью (4) индуцирует в витках цилиндрической катушки с осевой обмоткой (3) электродвижущую силу синусоидальной формы. В дальнейшем в результате отрыва подвижного контакта (7) от нижней контактной площадки (10) электрический ток и сила сжатия пружины (8) исчезают и магнитный сердечник цилиндрической формы с осевой намагниченностью (4) начинает движение вниз под действием силы тяжести, индуцируя электродвижущую силу в витках цилиндрической катушки с осевой обмоткой (3). 1 ил.

Линейный электрический генератор, содержащий цилиндрический корпус с отверстиями, внутри которого жестко закреплена цилиндрическая катушка с осевой обмоткой, внутри которой расположен магнитный сердечник цилиндрической формы с осевой намагниченностью, отличающийся тем, что на торцах цилиндрического корпуса жестко закреплены верхняя и нижняя контактные площадки, к которым подключена цепь, состоящая из последовательно соединенных ограничительного резистора, источника питания и ключа, магнитный сердечник цилиндрической формы выполнен в виде набора кольцевых постоянных магнитов, размещенных в цилиндрическом стакане, имеющем в своих торцевых крышках сквозные отверстия, через которые проходит шток, на нижнем конце которого жестко закреплен подвижный контакт, шток верхним концом жестко прикреплен к пружине, которая другим своим концом жестко прикреплена к верхней контактной площадке, а цилиндрическая катушка с осевой обмоткой, выполненной в виде трехфазной распределенной обмотки.