Магнитогидродинамический генератор переменного тока Российский патент 2024 года по МПК H02K44/08 H02K44/12 H02K44/16 

Изобретение относится к электротехнике, к производству электрической энергии, и может быть использовано в качестве малогабаритного автономного источника электрической и тепловой энергии в быту, а также в условиях, удаленных от источника электропитания.

Известен магнитогидродинамический генератор, который содержит источник рабочего тела, сопло, магнитогидродинамический канал с изоляционным покрытием внутренней поверхности, на котором противоположно друг другу размещены несколько пар электродов для съема генерируемого напряжения, подключенных параллельно нагрузке, расположенной снаружи МГД-канала (RU 2650887 МПК Н02К 44/08, опубл. 18.04.2018).

Недостатком данного изобретения является его ограниченная область применения, так как в качестве рабочего тела используется низкотемпературная плазма.

Известен МГД-генератор, корпус которого выполнен в виде сопла Лаваля, содержащий форсунку. Электроды, магнитную систему и средства съема электрического тока (RU 2516433 МПК Н02К 44/08, опубл. 20.05.2014).

Недостатком данного изобретения является необходимость подключения к источнику тока высокого напряжения, а также специфические требования к условиям эксплуатации так как при работе образуется плазма с рабочей температурой 6000°С.

Известно устройство, которое содержит замкнутый тороидальный канал с корпусом из немагнитного металла и электромагнитную систему с обмотками, а также камеры сгорания, соединенные с каналом. В канале размещены термоэлектроды и выполнено диэлектрическое покрытие. Электромагнитная система содержит магнитопроводы с обмотками возбуждения и выходными обмотками. Обмотки возбуждения соединены одним концом с соответствующими термоэлектродами, а другие концы обмоток возбуждения соединены вместе (RU 2109393 МПК Н02К 44/00, Н02К 44/08, опубл. 20.04.1998).

Недостатком устройства является использование в качестве рабочего тела высокотемпературного газа, а также необходимость чередования четкого числа областей высокого и низкого давления в канале.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является МДГ-генератор, представляющий собой замкнутый тороидальный канал, выполненный герметичным, с корпусом из немагнитного материала, внутри которого выполнено диэлектрическое покрытие с коэффициентом диэлектрической проницаемости выше, чем у воды, заполняющей канал. В канале организовано движение воды в определенном направлении с помощью бегущего магнитного поля, создаваемого электромагнитными обмотками возбуждения (RU 2183899 МПК Н02К 44/08, опубл. 20.06.2002).

Недостатком данного устройства является необходимость ионизации воды на стадии запуска, для чего в конструкции необходимо устройство, создающее высоковольтные разряды.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании мобильного экологичного генератора переменного тока с возможностью использования в условиях, удаленных от источника электропитания.

Указанная задача решается тем, что магнитогидродинамический генератор (МГД генератор), содержащий немагнитный корпус, в центральной части которого установлен магнит, выполняющий функцию возбудителя магнитного поля, по поверхности которого по цилиндрической траектории зафиксирована обмотка, представляющая собой трубопровод-канал не постоянного прямоугольного сечения, изготовленного из немагнитного материала в котором рабочее тело в виде ионной жидкости совершает возвратно-вращательное движение на определенный угол. Для обеспечения такого типа движения в конструкции применяется кривошипно-шатунный механизм с приводом от источника механической энергии, установленного с одного конца канала и подпружиненный поршневой механизм с другого конца. Канал наматывается на магнит по секторам, с увеличением диаметра и последующим переходом на следующий сектор вдоль магнита. Поперечное сечение канала при переходе на уровень с большим радиусом уменьшается за счет изменения высоты канала. С боковых сторон канала установлены токопроводящие сегменты, которые разделены между секторами диэлектриком. Под действием магнитного поля при направленном движении рабочего тела на ионы действует сила, направленная перпендикулярно линиям магнитного поля и направлению движения, что способствует смещению анионов и катионов противоположным боковым стенкам трубопровода-канала. Между данными стенками канала создается электрическое поле, которое оказывает воздействие на свободные электроны в токопроводящих сегментах, создавая ЭДС. Токопроводящие сегменты, расположенные по одну сторону одноименного заряда, соединены между собой проводником и контакты выведены на наружные клеммы. Для возбуждения электрического поля с течением времени необходимо менять направление движения рабочего тела, а также полярность магнитного поля. Для этого при помощи кривошипно-шатунного механизма с приводом в трубопровод-канал добавляется определенный объем, который способствует угловому смещению рабочего тела относительно магнита, изменяя направление силы, действующей на ионы.

Предлагаемое изобретение проиллюстрировано чертежами, где на фиг. 1 изображен поперечный разрез генератора; на фиг. 2 часть разреза А-А; на фиг 3 – выносной элемент Б, характеризующий сечение канала; на фиг. 4 – траектория движения рабочего тела.

МГДГ представляет собой корпус 1 с крышкой 2, на которой установлен привод 3 с кривошипом 4. Приводом может служить источник механической энергии. В корпусе 1 посредством креплений 6 установлен магнит 5, выполняющий роль статора. По поверхности магнита наматывается трубопровод-канал 7, представляющий собой полую трубку из немагнитного материала прямоугольного поперечного сечения, размер которого уменьшается при переходе на более удаленный радиус от магнита 5. Данное конструктивное решение направлено на обеспечение равного углового перемещения рабочего тела относительно начального положения во всех витках канала. Трубопровод-канал наматывается последовательно по секторам, причем, если обмотка идет в последовательности I-II-III-IV, то последующий сектор имеет навивку IV-III-II-I и так далее по длине всего магнита. С одной стороны к каналу 7 герметично присоединен цилиндр 8, в котором установлен поршень с толкателем 9, шарнирно соединенный с кривошипом 4 привода 3. С противоположной стороны канала герметично установлен цилиндр с подпружиненным механизмом 10. На боковых сторонах канала 7 установлены токопроводящие сегменты 11, представляющие собой тонкие металлические диски, изолированные от соприкосновения с магнитом. Сегменты, расположенные между парой навивками канала разделены между собой диэлектрической пластиной 12. Сегменты 11, расположенные по одну сторону от каждого сектора канала (например, четные и нечетные сегменты), последовательно соединены между собой токопроводящими перемычками 16 и посредством проводов 13 и 14 соединены с клеммами 15, расположенными на крышке генератора 2. Для фиксации трубопровода-канала 7 относительно магнита 5 между ними устанавливают проставки 17, выполненные из немагнитного материала.

Изобретение работает следующим образом.

Перед началом эксплуатации трубопровод-канал 7 заполняется рабочим телом, представляющим собой ионную жидкость. При работе источника механической энергии кривошип 4 приводит в возвратно-поступательное движение поршень с толкателем 9 в цилиндре 8. При движении вниз поршня с толкателем 9 определенный объем рабочего тела из цилиндра 8 поступает в трубопровод-канал 7, тем самым изменяя положение рабочего тела, находящегося в канале относительно магнита на определенное расстояние. С учетом того, что система является замкнутой, часть рабочего тела поступает в цилиндр с подпружиненным механизмом 10. Под действием магнитного поля при направленном движении рабочего тела на ионы действует сила, направленная перпендикулярно линиям магнитного поля и направлению движения, что способствует смещению анионов и катионов противоположным боковым стенкам трубопровода-канала 7. Между данными стенками канала создается электрическое поле, которое оказывает воздействие на свободные электроны в токопроводящих сегментах 11, создавая ЭДС. Токопроводящие сегменты, расположенные по одну сторону трубопровода-канала, соединены между собой проводником, и контакты выведены на наружные клеммы 15, к которым подключается потребитель электрической энергии. Для изолирования соседних сегментов, расположенных между секторами канала в конструкции предусмотрены диэлектрические пластины 12. Для дальнейшего создания ЭДС за счет сжатия пружины в механизме 10 и движения вверх поршня в цилиндре 8 рабочее тело изменяет свое движение на противоположное, что способствует возникновению электрического поля. При работе источника механической энергии данный процесс повторяется, за счет чего и происходит образование переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в создании мобильного экологичного генератора переменного тока с возможностью использования в условиях, удаленных от источника электропитания. Магнитогидродинамический (МГД) генератор содержит крышку, на которой установлен привод с кривошипом, немагнитный корпус, в центральной части которого жестко закреплен магнит, выполняющий роль статора. На поверхности магнита по цилиндрической траектории зафиксирована обмотка, представляющая собой трубопровод-канал, который намотан последовательно по секторам. С одной стороны к трубопровод-каналу герметично присоединен цилиндр, в котором установлен поршень с толкателем, шарнирно соединенный с кривошипом привода. С противоположной стороны трубопровод-канала герметично установлен цилиндр с подпружиненным механизмом. В трубопровод-канале рабочее тело в виде ионной жидкости совершает возвратно-вращательное движение с угловым перемещением за счет изменения объема посредством движения поршня с толкателем и кривошипом и подпружиненного механизма. На боковых сторонах трубопровод-канала установлены токопроводящие сегменты, которые расположены по одну сторону от каждого сектора канала и последовательно соединены между собой токопроводящими перемычками и посредством проводов с клеммами, расположенными на крышке генератора. Для фиксации трубопровод-канала относительно магнита установлены проставки, выполненные из немагнитного материала. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Магнитогидродинамический (МГД) генератор, содержащий крышку, на которой установлен привод с кривошипом, немагнитный корпус, в центральной части которого жестко закреплен магнит, выполняющий роль статора, на поверхности магнита по цилиндрической траектории зафиксирована обмотка, представляющая собой трубопровод-канал, который намотан последовательно по секторам, с одной стороны к трубопровод-каналу герметично присоединен цилиндр, в котором установлен поршень с толкателем, шарнирно соединенный с кривошипом привода, с противоположной стороны трубопровод-канала герметично установлен цилиндр с подпружиненным механизмом, в трубопровод-канале рабочее тело в виде ионной жидкости совершает возвратно-вращательное движение с угловым перемещением за счет изменения объема посредством движения поршня с толкателем и кривошипом и подпружиненного механизма, на боковых сторонах трубопровод-канала установлены токопроводящие сегменты, которые расположены по одну сторону от каждого сектора канала и последовательно соединены между собой токопроводящими перемычками и посредством проводов с клеммами, расположенными на крышке генератора, для фиксации трубопровод-канала относительно магнита установлены проставки, выполненные из немагнитного материала.

2. МГД генератор по п. 1, отличающийся тем, что трубопровод-канал переменного сечения.

3. МГД генератор по п. 1, отличающийся тем, что токопроводящие сегменты выполнены в виде тонких металлических дисков.

4. МГД генератор по п. 1, отличающийся тем, что между соседними секторами трубопровод-канала токопроводящие сегменты разделены диэлектриком.