Линейный генератор на постоянных магнитах своими руками - ELSTROIKOMPLEKT.RU

Линейный генератор на постоянных магнитах своими руками

Линейный генератор на постоянных магнитах своими руками

Секрет магнитного генератора Перендева. Делаем своими руками

Всем доброго вечера, мы с отцом уже давно ломаем голову над знаменитым двигателем Perendev перепробовали много вариантов, был у нас один двигатель суть его в том чтобы на роторе разместить магниты как можно плотнее и все с одним полюсом наружу а на статоре разместить три полюса магнитов которые будут сдвинуты друг от друга (во общем то что Perendev сделал за счет трех дисков):

Вот статья неплохая по поводу принципа роботы двигателя Perendev которая дает ответы на многие вопросы.

При внимательном изучении патента перендева (ссылка на патент находится на российский странице, вход с немецкого сайта) обнаружился рисунок собственно «единичного элемента», то-бишь экранированного магнита.

Судя по чертежу, цилиндрический магнит находится внутри не просто толстостенного железного цилиндра, а внутри цилиндра, на торце которого добавлено кольцо металла.

Таким образом края магнита, (с максимальными магнитными потоками) спрятаны в железо. Для взаимодействия оставлена только площадка в центре магнитной «таблетки».

Видимо, для проверки принципа достаточно промоделировать несколько вариантов единичного элемента — учесть геометрию цилиндра, изображенного в патенте, и изготовить его из нержавейки (как утверждает автор) и из обычного магнитомягкого железа. Скорее всего, сам магнит должен удерживаться внутри цилиндра неким кольцом из изолятора, чтобы не соприкасался с железом, иначе пойдет намагничивание цилиндра со всеми последствиями.
Что касается графита, согласно утверждению автора, то я сомневаюсь, чтобы сочетание нержавейки с графитом в любых геометрических положениях смогло хотя бы частично экранировать магнит.

Однако, можно попробовать проверить и это.
Я проверил с обычным цилиндром из нержавейки с таблеткой внутри, экранирования нету.

———————————
В интервью Брэди нашел фразу, что все магниты срезаны на конус, изолированы прослойкой и вставлены в экранирующие цилиндры.

Основная идея в следующем:
Поясню без рисунка. На пальцах.
Возьмем отрезок времени 5 секунд, (для простоты).
на цилиндрическом роторе находится скажем 9 или 11 магнитов. а на статоре соответственно 8 или 10.
в первую секунду 1й магнит ротора находится в мертвой точке. На него действует максимальная сила противодействия движению =х. В эту-же секунду магнит 2 уже прошел свою мертвую точку,и тянет с некоторым плюсовым усилием . соответственно №3 тоже находится после мертвой точки, и тоже в плюсе. и так до №9.

во вторую секунду в мертвую точку входит №2, а все остальные в эту же вторую секунду (или любую другую минимальную единицу времени) тянут с положительным усилием, компенсируя мертвую точку.

Смысл в том, что при разном количестве магнитов в статоре и роторе, их расположение должно быть таким, чтобы в ЛЮБОЙ момент времени в МТ находился ТОЛЬКО ОДИН магнит, а все остальные, количество которых не может быть меньше какого-то определенного чмсла, должны своим суммарным тяговым усилием компенсировать прохождение этой единичной мертвой точки.
Количество магнитов нужно подсчитывать в каждом конкретном случае отдельно.
Несомненно одно, построить модель на 3-5 магнитах не получится по определению.
Количество роторных должно быть таким, чтобы сумма находящихся в разном положении магнитов ротора относительно статора была БОЛЬШЕ усилия мертвой точки для единичного магнита, или, если угодно, пары ротор-статор, зависших в МТ.

Нужно просто понять этот принцип.
Три кольца прототипа у Perendev создаст только повышенную мощность, для раскрутки генератора в 20 квт (видео). Но каждое отдельно взятое кольцо, вернее- пара, ротор-статор имеют как раз такой расклад сил.

Безусловно, нужно очень точно позиционировать магниты на кольце, чтобы соблюсти это условие.
а добавки Perendev в виде изолирующих железных цилиндров просто убирают паразинтые влияния магнитов друг на друга, оставляя в голом виде этот самый принцим, поскольку при подходе к МТ , имея экран, магнит ротора взаимодействует только со своим статорным магнитом, не чувствуя паразитных полей соседних магнитов статора и ротора.
Т.е принцип в чистом виде.
Совершенно понятно, что такие конструкции возможны только в цилиндрических формах, однако проверить правильность этого моего утверждения можно и на линейной модели.
Для этого расстояния между магнитами ротора на линейке должны быть больше на какую-то величину, чем расстояние между магнитами статора на другой линейке.
Но ни в коем случае НЕ равными.
Для примера можно разместить на линейном статоре 30 магнитов с интервалом 10 мм, а на роторной линейке штук 9-11 с интервалом в 11 мм.

Принципы построения БЕЗЖЕЛЕЗНЫХ аксиальных генераторов для ветряка на постоянных магнитах.

В данной теме предлагаю обсуждать общую теорию и практику построения безжелезных генераторов, чтобы не флудить в авторских темах, замусоренных до безобразия.
Аксиальный БЕЗЖЕЛЕЗНЫЙ (без железного сердечника в обмотке статора) генератор подчиняется закону движения проводника в магнитном поле: при движении проводника в магнитном поле на его концах под действием силы Лоренца индуцируется ЭДС (электродвижущая сила). Причём, для максимума ЭДС, проводник должен быть прямолинейным и располагаться перпендикулярно направлению движения. Если проводник расположен вдоль направления движения, то ЭДС в нём, по формуле закона, не индуцируется.
Для упрощения реальных конструкций, применяется движение магнитов, а не проводников, что позволяет отказаться от скользящих щёток и коллекторов.
ЗДС рассчитывается по известной формуле E=BLV*sin(фи), где B-индукция магнитного поля в месте нахождения проводника (не путать с остаточной индукцией магнитного материала Br), L – длина активной части проводника, т.е. той части, которая находится в магнитном поле, V – линейная скорость движения проводника относительно магнита, фи – угол между проводником и направлением движения. В случае фи = 90град, sin 90 = 1. Формула приобретает привычный вид E = BLV.
Учебные советские фильмы тут:
https://youtu.be/zXRr4YReNPg
https://youtu.be/yhxHTAKKTT0

Программа для предварительного расчёта ЭДС аксиального безжелезного генератора есть тут: http://www.rlocman.ru/forum/showthre. 617#post190617

На индуцирование ЭДС в обмотке генератора влияют разные факторы – расположение магнитов и их количество, зазор между магнитами, количество дисков с магнитами, расположение проводников относительно магнитов, количество фаз и т. д. От оптимального выбора этих параметров и множества нюансов зависит мощность и КПД генератора.
Предлагаю именно в этой теме и обсуждать все проблемы таких генераторов.

САШУН пишет:
Для лучшего понимания простой, с виду, вопрос. Вот У Владимира74 магниты — прямоугольные. И расположены ПОЧЕМУ-ТО длинной стороной по радиусу, а короткой — по окружности.
Знаете почему? Не знаете.
Ответ — просто не подумал. Ежели просто повернуть каждый магнит на 90 градусов — генератор с РЕДКО расположенными по окружности обмотками работать будет чуток получше.

НЕПРАВИЛЬНЫЕ мысли!
ЭДС считается по формуле E=BLV, тут видно, что ЭДС больше, когда больше длина проводника. Проводника над магнитом, длина активной, радиальной части всей обмотки.
Если магнит перевернуть, то длина уменьшится с 50мм до 20мм, соответственно уменьшится ЭДС.
Кроме этого, что не маловажно, увеличится значительно длина соединительных проводников, продольных, так называемых лобовых частей обмотки. Значит увеличится сопротивление обмотки и потери увеличатся.
Можете в проге http://www.rlocman.ru/forum/showthre. 617#post190617 прикинуть как это всё будет.

Я же не так прост, как это может показаться издали.
Цель генератора — вовсе не вырабатывать ЭДС. Если я буду чесать своего кота (перс Максимилиан фон Кардинал — см. фото) ЭДС будет ОГО-ГО, а вот энергии электрической — пшик!
Задача генератора вырабатывать электроэнергию, а не ЭДС. Поэтому тезис об уменьшении ЭДС при повороте магнита не принимается.
ЭДС хотя будет и меньше, зато вырабатываться будет ДОЛЬШЕ — магнит будет двигаться над каждым проводником фазы в 2,5 раза дольше, и конкретно электроэнергии выработает БОЛЬШЕ.

Поэтому ПРОСЬБА.
Написать в обоснование своего тезиса формулку для ЭНЕРГИИ, а не для ЭДС. В эту формулку, как Вам известно, входит СИЛА, которую нужно прикладывать к магниту, чтобы двигать его ПОПЕРЕК проводников с их амперами и витками, причем, никаких ни ЭДС ни Вольтов в этой формулке нету.

Читайте также  Как выбрать хороший утюг для дома?

Изображения

cat_best.jpg (32.0 Кб, 0 просмотров)

Как китайцы полностью победили «залипание» в НЕбезжелезных генераторах.
Случайно нашел в сети 2 ролика какого-то «умельца», который захотел улучшить китайский генератор и что из этого получилось.
Оно в середине 1-го длинного ролика есть ЗАМЕЧАТЕЛЬНОЕ место — демонстрация полного ОТСУТСТВИЯ залипания — ротор генератора крутится двумя пальчиками. а во втором ролике, что случится, если НЕ ПОДУМАВ, попытаться «улучшить» конструкцию.
https://www.youtube.com/watch?v=6hE7dcWxGuk
https://www.youtube.com/watch?v=ymSzE2265K0

P.S. Я невзлюбил «заводских рационализаторов» лет 35 назад, когда получил первый десяток патентов из больше 80. Большинство из них плохо образованы и просто не понимают основные принципы работы машин и механизмов. Хотя встречаются и исключения.

Сашун;
. Цель генератора — вовсе не вырабатывать ЭДС. .

ЭДС — электродвижущая сила, первоисточник энергии.
Мощность — скорость расходования энергии. Для эл. генератора P=U*I
Как видно, мощность это ПРОИЗВЕДЕНИЕ тока на напряжение. Одну и туже мощность можно получить малым напряжением и большим током ИЛИ большим напряжением и малым током. ГЛАВНОЕ — ПРОИЗВЕДЕНИЕ. И естественно мощность привода генератора (ветродвигатель, мотор ДВС и т.п.) должна быть немного больше.
В безжелезном гене нет потерь на перемагничивание в сердечнике, сердечник не входит в насыщение при больших мощностях, т. к. его нет. Поэтому ТОК в безжелезном гене больше всего завсит от сопротивления обмотки. А сопротивление от сечения провода. Толще провод, больше ток, больше мощность при одинаковых остальных параметрах. Ну это же ясно как светлый день!

Задача генератора вырабатывать электроэнергию, а не ЭДС. Поэтому тезис об уменьшении ЭДС при повороте магнита не принимается.
ЭДС хотя будет и меньше, зато вырабатываться будет ДОЛЬШЕ — магнит будет двигаться над каждым проводником фазы в 2,5 раза дольше, и конкретно электроэнергии выработает БОЛЬШЕ.

Ничего не больше! Это называется ЧАСТОТА переменного тока. Посчитайте площадь одной большой, ШИРОКОЙ, долгой полуволны и десяток маленьких УЗКИХ горбиков. Площадь одинакова. Мощность переменноьго тока не зависит от его частоты в электротехнике. ВЧ и СВЧ системы к этомк отношения не имеют.

Поэтому ПРОСЬБА.
Написать в обоснование своего тезиса формулку для ЭНЕРГИИ, а не для ЭДС. В эту формулку, как Вам известно, входит СИЛА, которую нужно прикладывать к магниту, чтобы двигать его ПОПЕРЕК проводников с их амперами и витками, причем, никаких ни ЭДС ни Вольтов в этой формулке нету.

ЭНЕРГИЯ измеряется в киловатт-часах, мощность помножить на время действия этой мощности.
Сила про которую вы говорите, это сила противодействия F=IBL, из этого видно, что чем больше ток в обмотке и нагрузке, тем больше сила противодействия. Эта сила противодействия равна силе действия привода генератора (без учёта КПД).

Как правильно делать дисковый генератор инструкция

Здравствуйте, мне часто пишут по поводу того как лучше делать аксиальный дисковый генератор, сколько магнитов должно быть и сколько катушек. Спрашивают каким проводом нужно мотать катушки, и по сколько витков. Спрашивают про соотношение магнитов к катушкам, и про то как соединять катушки между собой. Вот на эти вопросы я постараюсь ответить сопровождая их рисунками.

Общие правила построения аксиального генератора

1.Расстояние между магнитов по кругу на дисках должно быть равно их ширине, но чем плотнее тем лучше, идеально если магниты будут почти вплотную друг к другу. Ниже я более подробно описал, если не можете определится делайте расстояние равным ширине магнитов, работать будет как у всех.
2. Круглые магниты, квадратные, или прямоугольные, по сути не важно, это потом отразится на форме катушек. Для первого варианта проще круглые магниты и катушки.
3.Толщина дисков должна быть равна толщине магнитов, или немного тоньше.
4.Количество витков в катушках для 12V АКБ по 60 витков, для 24V ВКБ по 90 витков.
5.Толщина статора по толщине магнитов.
6.Соотношение катушек к магнитам 4:3, на 9 катушек 12 магнитов, на 12 катушек 16 магнитов.
Однофазные генераторы не делают потому что будет сильная вибрация генератора при работе.

Соотношение магнитов к катушкам должно быть таким: на каждые три катушки должно быть по четыре магнита, соотношение 3/4. То есть на 9 катушек должно быть по 12 магнитов на дисках. На 12 катушек должно быть 16 магнитов. На 18 катушек должно быть 24 магнита (по 24 магнита на каждом из двух дисков). Можно делать соотношение и 2/3, генератор тоже будет работать, но как показали некоторые опыты такой вариант немного проигрывает, более подробно здесь — Тестирование генераторов со статорами на 12 и 18 катушек, что оказалось лучше

Магниты должны быть толщиной не менее 10 мм, можно правда и тоньше, но тогда придётся делать тонкий статор, вообще статор должен быть примерно равен толщине магнитов. Форма магнитов, круглые они, квадратные, или прямоугольные, не особо важна, потом это повлияет на форму катушек, будут ли они ровно круглые, треугольной вытянутой формы. Для крупных и мощных генераторов от 1.5кВт магниты можно ставить толщиной 15-20 мм, и делать более толстый и прочный статор толщиной 15-20 мм.

Обычно расстояние между магнитов делают равным их ширине, но чем больше площадь заполнения магнитами дисков по кругу тем лучше. Расстояние между магнитов чем плотнее тем лучше. Но если делать расстояние между магнитов равным ширине самих магнитов, или в половину ширины магнитов то тоже будет работать нормально. Из-за увеличения диаметра дисков увеличивается скорость магнитов за оборот, и напряжение катушек увеличивается пропорционально росту скорости движения магнитов.

Но работают те витки катушек, которые попадают под магниты, поэтому чем реже магниты на диске тем меньше витков катушек принимают участие в работе, и здесь выигрыш только в диаметре, но большой чес получается и много меди уходит. если расположить магниты близко друг другу то диаметр дисков становится меньше, витков в работе больше, а меди меньше. Так в общем эффективнее.

Обычно делаю расстояние между магнитов равное их ширине, но те кто делал расположение магнитов плотнее, и даже вплотную при меньших диаметра и размеров генераторов получали тот же результат. Как делать тут уже решать вам.

Для схемы 9 катушек на 12 магнитов подойдут круглые магниты, и их лучше размещать на диске почти вплотную друг к другу. Внутренний диаметр круглых катушек можно делать меньше диаметра магнита.

Для 12 катушек на 16 магнитов также можно делать круглые катушки и ставить круглые или лучше квадратные магниты. Расстояние между магнитов чем плотнее тем лучше. А так в зависимости от размеров можно сделать расстояние около 5-10 мм между магнитами, если квадратные то в самом узком месте должно быть такое расстояние.

Для 18 катушек на 12 магнитов лучше использовать прямоугольные магниты с расстоянием равным их ширине. При этом внутренняя дырка катушки должна быть почти равна размерам магнита. Если 24 магнита ставить на дисках то расстояние между магнитами будет вплотную.

Ниже рисунок для сравнения насколько перекрываются катушки магнитами если магниты ставить почти вплотную и с расстоянием между магнитами равным их ширине.

Так.же вариант перекрытия магнитами статора на 18 катушек и 12 катушек.

Какой вариант лучше на этот вопрос однозначного ответа нет, любой вариант будет работать. Проще наверное делать как большинство, с расстоянием между магнитов равным их ширине, так как медь дешевле и её можно не экономить.

Намотка катушек и соединение

Количество витков в катушках для зарядки АКБ 12 вольт обычно делается по 60 витков, если ветряк на 24 вольта то по 90 витков в катушке. Более подробно про расчёт напряжения генератора и его мощности я описал здесь — Расчёт генератора новая версия

Читайте также  Нагревательный кабель для канализации внутри трубы

Соединяются катушки фазы так: Начало первой катушки это начало фазы. Конец первой катушки соединяется с началом второй. Конец второй с началом третьей. Конец третьей на выход если у вас по три катушки на фазу это конец фазы. Вторая и третья фаза соединяется также как и первая. Всего на выходе должно быть шесть проводов, по два повода с каждой фазы. Далее уже можно соединить звездой, для этого три конца фаз или три начала фаз соединяются в одну точку, а три свободные конца уже на трёхфазный диодный мост. Ниже рисунок соединения одной фазы.

Лучше не соединять фазы генератора сразу звездой, а вывести из статора все концы фаз, чтобы потом можно было соединять по разному. Может быть так что с вашим винтом генератор будет лучше работать при параллельном соединении фаз.

По конструкции самого генератора есть два варианта

Первый вариант самый распространённый, диски здесь крутятся на валу, а статор больше по диаметру, и крепится шпильками с внешней стороны, тесть по внешнему диаметру. Обычно для изготовления за основу берут автомобильную ступицу и на её основе строят генератор. Второй вариант это когда статор крепится по внутреннему диаметру за неподвижный вал. А диск с подшипником надевается на этот вал, и с обратной стороны к нему притягивается второй диск.

Прорывная технология или утопия: линейный генератор + свободнопоршневой двигатель

Линейный генератор со свободным поршнем, который использует сгорание топлива для непосредственной выработки электроэнергии без использования приводного вала, может обеспечить расширение возможностей электромобилей. Он намного меньше и эффективнее, чем обычный двигатель внутреннего сгорания. Несколько научных групп, в том числе научно-исследовательская группа Toyota, исследуют эту интригующую технологию.

Двигатели внутреннего сгорания, скорее всего, сохранятся в течение довольно долгого времени и будут использоваться в качестве компонента подключаемых гибридных автомобилей и электромобилей с увеличенным запасом хода. Все это, несмотря на большое количество совершенных электромобилей.

При этом может быть установлен небольшой бортовой высокоэффективный электрогенератор, чтобы аккумулятор можно было заряжать во время поездки — так называемый «расширитель запаса хода» или, проще говоря, гибридно-электрическая трансмиссия. Это помогает повысить эффективность, а также надежность системы.

Линейный генератор со свободнопоршневым двигателем — это своеобразный преобразователь энергии, который может генерировать электрическую энергию, и рассматривается как потенциальная технология для решения проблемы ограниченного пробега электромобилей. Избавившись от кривошипно-шатунного механизма, такой двигатель получает ряд преимуществ в виде переменной степени сжатия, компактных размеров и пр.

Опытный образец — двухтактный линейный генератор

Оптимальное решение преобразования энергии нашел профессор Питер Ван Блариган. Он оснастил поршень свободнопоршневого двигателя кольцевыми магнитами из неодимового сплава, а на внешней стенке цилиндра-статора поместил обмотку. Таким образом, появление сверхмощных магнитов из неодимового сплава позволило обойтись без механической связи поршня с трансмиссией, создав генератор электричества. Ван Блариган построил опытный образец — двухтактный линейный генератор мощностью 40 кВт. Термический КПД двигателя-генератора, работающего на пропане достигал 56%. Причем, этот двигатель мог работать не только на пропане, но и на бензине, водороде, дизельном топливе и спирте.

Высокий КПД такого двигателя обеспечивается за счет снижения паразитных внутренних потерь. В конструкции отсутствуют вращающиеся массы, которые имеют значительную инерцию. На поршни не действуют боковые силы, которые обычно прижимают их к стенкам цилиндра, благодаря чему уменьшается трение. Подшипники коленчатого вала и шатунов, поршневые пальцы, распределительный вал, кулачки и клапаны — все те узлы классического двигателя, в которых существует трение, — отсутствуют. Кроме того, на каждый цикл работы двигателя со свободным поршнем приходится два рабочих такта. При этом свободнопоршневой двигатель гораздо компактнее, проще и надежнее обычного ДВС. Эффективность преобразования энергии может быть увеличена за счет оптимизации степени сжатия. Кроме того, ключевые характеристики двигателя со свободным поршнем, такие как выходная мощность и эффективность системы могут быть улучшены за счет управления положением поршня.

Все гениальное…

Свободнопоршневой двигатель устраняет всю механическую трансмиссию обычного двигателя, позволяя разрабатывать эффективные циклы сгорания и уменьшая количество деталей и стоимость двигателя.

Принцип действия генератора со свободным поршнем, производящим электроэнергию непосредственно из линейного движения поршня без промежуточных механических звеньев достаточно прост. Двухцилиндровый двигатель линейного генератора со свободным поршнем выполнен по оппозитной схеме и имеет поршневую группу, состоящую из двух поршней, соединенных жестким штоком. Циклически повторяющееся давление газов в процессе сгорания топлива сообщает поршневой группе возвратно-поступательное движение. В плоскости симметрии штока, между поршнями на штоке закреплена подвижная магнитная система. Она размещается внутри неподвижного статора с системой обмоток. При возвратно-поступательном движении штока с закрепленной на нем магнитной системой внутри статора вследствие взаимодействия их магнитных полей происходит возникновение электродвижущей силы в обмотках статора.

Кроме того, электрическая машина, работая в режиме двигателя, обеспечивает старт двигателя внутреннего сгорания. Электронная система управления должна осуществлять контроль движения поршней для обеспечения оптимального термодинамического цикла, а также позиционирование поршней, предотвращая их соударение с головками цилиндров.

Преимущества этого принципа преобразования энергии значительны:

  • уменьшение числа движущихся деталей за счет исключения кривошипно-шатунного механизма до одного поршневого узла;
  • повышение жесткости и механической надежности конструкции двигателя;
  • повышение ресурса и механического КПД двигателя вследствие отсутствия шатунов, что приводит к исключению боковых сил, действующих на зеркало цилиндра и уменьшению трения в цилиндропоршневой группе;
  • исключение стартера для запуска ДВС, так как электрический генератор может работать и как линейный электродвигатель;
  • возможность динамического изменения степени сжатия в каждом такте не механическими способами, а корректировкой параметров электронной системы управления;
  • возможность работы с различными видами топлива (бензин, природный газ, водород, биогаз, биотопливо) посредством электронной настройки системы управления;
  • реализация оптимальных режимов сгорания топлива, в том числе и гомогенное воспламенение бедных смесей — потенциал для снижения вредных выбросов;
  • снижение расходов на производство.

Проблемы сложные, но решаемые

Серийному выпуску подобных двигателей-генераторов мешает несколько проблем, самая главная из которых — создание системы управления. Дело в том, что в обычном ДВС верхняя мертвая точка траектории поршня задается геометрией кривошипно-шатунного механизма, а в линейном она зависит от степени сжатия и скорости сгорания топливовоздушной смеси. То есть, поршень тормозит, создавая давление в камере. Как следствие, длительность тактов и верхняя мертвая точка могут изменяться. А это значит, что при неточной работе форсунки поршень либо остановится, либо ударится в стенку. Как следствие, свободные поршни нуждаются в специальной системе, которая бы нивелировала разницу в процессе сгорания топлива в каждом из рабочих циклов. Ван Блариган считает, что ключ к решению проблемы управления в контроле за положением и движением поршня через внешний статор. Компьютерное управление вполне может справиться с такой задачей. А тормозить поршень можно с помощью тех же электромагнитов.

Полноценный прототип генератора с готовой системой управления обещан с КПД – 50%.

Такой двигатель отлично подходит для автомобиля с элетротрансмиссией. ДВС в таком автомобиле нужен только для зарядки аккумулятора, при пуске он должен сразу выходить на режим максимальной мощности либо максимального момента. Это значит, что нет необходимости обеспечивать его работу на переходных режимах, ту самую, ради которой создаются многоклапанные двигатели, впускные коллекторы переменной длины, управление фазами газораспределения, двойной наддув и прочее. Двигатель, работающий в узком диапазоне оборотов намного проще и, значит, дешевле и надежнее.

Управление решается контроллером итеративного обучения

Важной проблемой является стратегия управления возвратно-поступательным движением свободного поршня для обеспечения стабильной работы системы. При отсутствии коленчатого вала несколько поршней должны каким-то образом точно позиционироваться и синхронизироваться. Если движение каждого поршня не контролируется точно, степень сжатия будет меняться, что снижает эффективность работы. Проблема управления была разделена на несколько этапов. Контроллер итеративного обучения был разработан для управления верхним положением, а управление нижним положением было основано на оценке состояний сгорания, при этом управление ходом было основано на конечном автомате. Была решена сложная инженерная задача. Комбинированная имитационная модель, включающая колебания цикла сгорания, была представлена и подтверждена прототипом, а также проанализирована эффективность стратегии управления. Результаты показали, что система обеспечивает стабильную работу, а возвратно-поступательное движение свободного поршня хорошо контролируется.

Читайте также  Как сделать освещение на дачном участке?

Задача создания силовой установки, в составе линейного генератора и двигателя внутреннего сгорания со свободным поршнем, представляет собой сложную техническую задачу, решение которой лежит на стыке физики процесса сгорания топлива, теории систем управления быстропротекающими процессами в реальном времени, быстродействующей силовой электроники и техники линейных электроприводов. Однако, к счастью все эти технологии можно считать на сегодняшний день достаточно глубоко разработанными и требуется лишь решить проблему синергетического синтеза систем.

Линейный электрический генератор

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в преобразовании энергии возвратно поступательного перемещения деталей и механизмов в энергию электрического тока. Линейный электрический генератор содержит цилиндрический корпус, размещенный внутри него каркас с кольцевыми индуктивными катушками, генерирующий магнитный сердечник с размещенными внутри тонкостенного цилиндра из диамагнетика дисковых постоянных магнитов с осевой намагниченностью и встречным расположением одноименных магнитных полисов и зазором между ними. Генерирующий магнитный сердечник размещенный внутри каркаса с кольцевыми индуктивными катушками, с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси генератора.

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в качестве преобразователей возвратно-поступательного движения деталей механизмов в электрическую энергию.

Известно устройство, содержащее корпус из магнитомягкого железа, каркас из немагнитного материала с расположенными на нем в ряд кольцевыми индуктивными катушками, генерирующий магнитный сердечник с кольцевыми постоянными магнитами (см. Патент РФ на полезную модель 83373, опубликованный 27.05.2009 Бюл. 15), прототип.

Недостатком прототипа является низкий КПД, связанный с потерями энергии магнитного потока кольцевых постоянных магнитов, замыкающегося через отверстие кольцевых магнитов.

Технический результат заключается в повышении КПД преобразования за счет использования дисковых постоянных магнитов, что при равенстве магнитных потоков постоянных магнитов в предлагаемой полезной модели и прототипе приведет к уменьшению габаритов и веса генератора.

Технический результат достигается тем, что линейный электрический генератор содержит цилиндрический корпус из магнитомягкого железа, размещенный внутри него каркас из немагнитного материала, с расположенными на нем в ряд кольцевыми индуктивными катушками, разделенными щечками, генерирующий магнитный сердечник, как минимум, с двумя постоянными магнитами с осевой намагниченностью. Особенностью является то, что постоянные магниты, имеющие дисковую форму, размещены внутри тонкостенного цилиндра из диамагнетика с зазором относительно друг друга, и встречным расположение одноименных магнитных потоков, скреплены дисковыми концентраторами магнитного поля с осевыми наконечниками, спресованными или посаженными на клей по окружности стенок тонкостенного цилиндра и имеют возможность свободного возвратно-поступательного перемещения внутри каркаса с кольцевыми индуктивными катушками. Относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: высота дисковых постоянных магнитов составляет (0,3÷0,4) от их диаметра; зазор между дисковыми постоянными магнитами определяется толщиной немагнитных прокладок, и составляет (0,5÷1) от высоты дисковых постоянных магнитов; внутренний диаметр цилиндрического корпуса больше диаметра дисковых постоянных магнитов не более, чем на их высоту; длина каждой из кольцевых индуктивных катушек равна сумме высоты дисковых постоянных магнитов, и величины зазора между ними; длина хода генерирующего магнитного сердечника не более величины зазора между дисковыми постоянными магнитами; зазор между тонкостенным цилиндром с дисковыми постоянными магнитами и внутренней поверхностью каркаса с кольцевыми индуктивными катушками должен быть минимальным и обеспечивающим свободное возвратно-поступательное перемещение генерирующего магнитного сердечника.

Сущность полезной моделью поясняется графическими материалами на которых изображено: на фиг.1 — конструкция линейного электрического генератора с видом с торца сечения; на фиг.2 — схематически показаны визуализированные магнитные силовые линии, замыкающиеся через магнитопровода и кольцевые индуктивные катушки.

Линейный электрический генератор содержит цилиндрический корпус 1 из магнитомягкого железа, размещенный внутри него каркас 2 из немагнитного материала с расположенными на нем в ряд кольцевыми индуктивными катушками 3, разделенными щечками 4, генерирующий магнитный сердечник, как минимум, с двумя постоянными магнитами 5 с осевой намагниченностью. Постоянные магниты 5, имеющие дисковую форму, размещены внутри тонкостенного цилиндра 6 из диамагнетика с зазором относительно друг друга и встречным расположением одноименных магнитных полюсов, скрепленных дисковыми концентраторами 7 магнитного поля с осевыми наконечниками 8, спрессованными или посаженными на клей по окружности стенок тонкостенного цилиндра 6 и имеют возможность свободного возвратно-поступательного перемещения внутри каркаса 2 с кольцевыми индуктивными катушками 3. Относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: высота h дисковых постоянных магнитов 5 составляет (0,3÷0,4) от их диаметров Dм, h=(0,3÷0,4) Dм; зазор между дисковыми постоянными магнитами 5 определяется толщиной немагнитных прокладок 9, и составляет (0,5÷1) от высоты h дисковых постоянных магнитов 5, =(0,5÷1)h; внутренний диаметр Dk цилиндрического корпуса 1 больше диаметра Dм дисковых постоянных магнитов 5 не более, чем на половину их высоту h, (Dм+h)Dk; длина lk каждой их кольцевых индуктивных катушек 3 равна сумме высоты h дисковых постоянных магнитов 5, и величины зазора между ними lk=h+; длина lх хода генерирующего магнитного сердечника не более величины зазора между дисковыми постоянными магнитами 5, lx; зазор между тонкостенным цилиндром 6 с дисковыми постоянными магнитами 5 и внутренней поверхностью каркаса 2 с кольцевыми индуктивными катушками 3 должен быть минимальным и обеспечивающим свободное возвратно-поступательное перемещение генерирующего магнитного сердечника.

Торцевые стенки 10 цилиндрического корпуса 1 выполнены из диамагнетика, а на их внутренних сторонах расположены демпферы 11. Число дисковых постоянных магнитов 5 определяет мощность генератора. На фиг.2 схематически показаны визуализированные силовые магнитные линии 12 дисковых постоянных магнитов 5, замыкающихся по магнитопроводу и пересекающих витки кольцевых индуктивных катушек 3. При возвратно-поступательном перемещении генерирующего магнитного сердечника в кольцевых индуктивных катушках 3 наводится ЭДС.

Кольцевые индуктивные катушки 3 могут быть электрически соединены параллельно-встречно или последовательно-встречно. При отсутствии отверстий в дисковых постоянных магнитах 5 в преобразовании используется энергия магнитного поля полностью, что приводит к увеличению КПД преобразования.

1. Линейный электрический генератор, содержащий цилиндрический корпус из магнитомягкого железа, размещенный внутри него каркас из немагнитного материала с расположенными на нем в ряд кольцевыми индуктивными катушками, разделенными щечками, генерирующий магнитный сердечник как минимум с двумя постоянными магнитами с осевой намагниченностью, отличающийся тем, что постоянные магниты, имеющие дисковую форму, размещены внутри тонкостенного цилиндра из диамогнетика с зазором относительно друг друга и встречным расположением одноименных магнитных полюсов, скреплены дисковыми концентраторами магнитного поля с осевыми наконечниками, спресованными или посаженными на клей по окружности стенок тонкостенного цилиндра и имеют возможность свободного возвратно-поступательного перемещения внутри каркаса с кольцевыми индуктивными катушками.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: высота дисковых постоянных магнитов составляет (0,3÷0,4) от их диаметра; зазор между дисковыми постоянными магнитами определяется толщиной немагнитных прокладок и составляет (0,5÷1) от высоты дисковых постоянных магнитов; внутренний диаметр цилиндрического корпуса больше диаметра дисковых постоянных магнитов не более чем на их высоту; длина каждой из кольцевых индуктивных катушек равна сумме высоты дисковых постоянных магнитов и величины зазора между ними; длина хода генерирующего магнитного сердечника не более величины зазора между дисковыми постоянными магнитами; зазор между тонкостенным цилиндром с дисковыми постоянными магнитами и внутренней поверхностью каркаса с кольцевыми индуктивными катушками должен быть минимальным и обеспечивающим свободное возвратно-поступательное перемещение генерирующего магнитного сердечника.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: