Generatore su magneti al neodimio. Macchina a moto perpetuo su magneti al neodimio. Generatore a magneti permanenti

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Parte 1. La fabbricazione di un classico generatore a bassa velocità basato su magneti permanenti circa 35W a 200 giri/min e circa 160W a 400 giri/min.

1. Introduzione

Questo è un manuale per realizzare un generatore a magneti permanenti (PMG) che produce corrente alternata. Non genera una tensione "industriale" di 220V, ma una bassa tensione alternata in tre fasi, che viene poi raddrizzata e fornita in uscita nella forma corrente continua con parametri adatti alla ricarica di batterie da 12V.

Tali generatori sono ampiamente utilizzati nelle mini centrali idroelettriche fatte in casa, nei mulini a vento e in altre centrali elettriche fai-da-te. Descrizione sviluppata dal Dr. Smale Hennas, pubblicata sul sito del famoso DIYer scozzese e autore di numerosi manuali Hugh Pigot.

Questo generatore a magneti permanenti è costituito dai seguenti componenti:

1. Assi e perni in acciaio (alberi e spine)
2. Statore contenente bobine di filo (statore)
3. Due rotori magnetici (rotore magnetico)
4. Raddrizzatore

Lo statore contiene sei bobine di filo di rame riempite con resina epossidica. L'alloggiamento dello statore è fissato con perni di articolazione e non ruota. I fili delle bobine sono collegati a un raddrizzatore che produce corrente continua per caricare le batterie da 12V. Il raddrizzatore è collegato radiatore in alluminio per non surriscaldarsi.

I rotori magnetici sono fissati su una struttura composita rotante sull'asse. Il rotore posteriore è installato dietro lo statore ed è chiuso da esso. Il rotore anteriore si trova all'esterno ed è fissato al rotore posteriore da lunghi raggi che attraversano il foro centrale dello statore. Nel caso di utilizzo di un generatore a magneti permanenti con un mulino a vento, le pale del mulino a vento saranno montate sugli stessi raggi. Faranno ruotare i rotori e quindi sposteranno i magneti lungo le bobine. Il campo magnetico alternato dei rotori genera corrente nelle bobine.

Questo generatore a magneti permanenti è progettato per l'uso con una piccola turbina eolica. Per realizzare il generatore eolico stesso, sono necessari i seguenti nodi:

Albero: tubo d'acciaio fissato con cavi (Torre)
"Testa rotante", che è montata sulla sommità dell'albero
Coda, per girare il mulino a vento nel vento (coda)
Set di lame (lame)

Il generatore a magneti permanenti funziona a bassa velocità. Il grafico sottostante mostra la potenza del generatore durante la carica di una batteria da 12V. A 420 giri produce 180 watt = 15A x 12V

A velocità più elevate, il generatore produce più potenza. Ma più corrente riscalda le bobine e l'efficienza. cascate. Per utilizzare l'alternatore ad alte velocità, è meglio avvolgere le bobine con un filo diverso, più spesso e fare meno giri nella bobina. Ma allo stesso tempo, a basse velocità, il generatore funzionerà male.

Per utilizzare questo generatore ad alta e bassa velocità, puoi cambiare il modo in cui sono collegate le bobine: passare da una stella a un triangolo e viceversa.

Il grafico mostra la dipendenza della potenza in uscita dalla velocità per i diversi tipi di connessione. "Star" inizia a funzionare a bassa velocità (170 giri/min). "Triangolo" produce più potenza, ma solo ad alte velocità. Una stella va bene con un vento piccolo, un triangolo con uno grande.

Se aumenti le dimensioni del generatore a magneti permanenti, alle stesse velocità può produrre più potenza.

Attenzione

Quando si realizza un generatore a magneti permanenti, prestare particolare attenzione al fissaggio dei magneti - in nessun caso devono essere separati dal sedile! Il magnete penzolante inizia a lacerare l'alloggiamento dello statore e danneggiare irreversibilmente il generatore.

Segui scrupolosamente le istruzioni per la colata del rotore: non limitarti in alcun modo ad incollare semplicemente i magneti su dischi di acciaio.
Durante il montaggio, non colpire il rotore con un martello
Lasciare almeno 1 mm di spazio tra rotori e statore (spazio maggiore per applicazioni pesanti)
Non azionare il generatore a magneti permanenti a velocità superiori a 800 giri/min. (Quando il mulino a vento gira a questa velocità, al suo interno si generano forze giroscopiche, che possono piegare gli assi e far sì che i magneti tocchino il rotore)
Non attaccare le lame direttamente al rotore esterno, attaccare solo ai raggi.
Quando si fissano le lame ai raggi, tenere il generatore in modo che il suo asse di rotazione sia verticale, mai orizzontale.

Rotore, gruppo cuscinetto, profilo con asse

• Pavimenti e colla per legno


• Carta vetrata, lucidatura a cera (se presente - vernice poliuretanica + liquido per la sua rimozione)


• Pennelli, spugna per pulirli


• Compensato 13 mm per utensili e stampi


• Stelo o tubo in acciaio per avvolgitore


• Pezzi di lamiera spessa

Strumenti

• Occhiali, mascherina, guanti


• Banco da lavoro con morsa


• Saldatrice


• smerigliatrice angolare


• seghetto, martello, punzone, scalpello


• metro a nastro, bussole, goniometro


• chiavi: 8, 10, 13, 17, 19 mm, 2 di ogni tipo


• manopola e rubinetto M10 per i fori nel rotore magnetico


• filo di rame per posizionamento magnete


• perforatrice verticale


• punte da 6, 8, 10, 12 mm


• punta per eseguire fori 25 mm, 65 mm


• tornio per legno


• fresa per tornio


• seghetto alternativo per legno


• bilance per pesare epossidiche. Nebulizzatore catalizzatore, vaschette in plastica, forbici


• saldatore, saldare con flusso, tronchesi, coltello affilato

Questa sezione descrive la produzione di dispositivi speciali (sartiame) e stampi per la colata. Esistono molti modi per produrre tali dispositivi, uno di questi è descritto qui. Gli stampi di colata e gli utensili per il generatore a magneti permanenti possono essere riutilizzati.

3.1 Avvolgitore

Lo statore del generatore contiene 6 bobine da 100 giri di filo di rame.

Le bobine sono realizzate avvolgendo su un modello di compensato. La dima è montata all'estremità del manico, tra le guance in compensato.

Fare una penna

Tagliare un pezzo di lamiera d'acciaio 60x30x6 mm (dare o prendere) e fissarlo (o saldare) saldamente all'estremità del manico, come mostrato di seguito.
Eseguiamo 2 fori con un diametro di 6 mm a una distanza di 40 mm l'uno dall'altro

Tagliare 3 pezzi di compensato da 13 mm come mostrato di seguito.

Il modello misura 50 x 50 mm e ha uno spessore di 13 mm. I bordi sono arrotondati. Due guance - 125 x 125 mm, con ritagli profondi 20 mm in alto e in basso. Sono necessari ritagli per fissare la bobina con del nastro isolante dopo l'avvolgimento.

Assembliamo tutte le parti come mostrato di seguito e pratichiamo fori passanti per bulloni, diametro 6 mm, a una distanza di 40 mm. È meglio usare una perforatrice verticale.

Inserire due bulloni attraverso i fori della piastra in acciaio e assemblare l'intera struttura, una dima tra le guance. È meglio usare i dadi ad alette.

Dima del foro di montaggio.

I rotori magnetici sono montati su un mozzo del cuscinetto. L'assieme ha una flangia con fori. Ad esempio, possono essere 4 fori posizionati su un cerchio con un diametro di 102 mm (in inglese c'è un termine speciale diametro del cerchio del passo, PCD). Oppure puoi progettare un numero diverso di fori, a seconda del gruppo cuscinetto. Successivamente esaminiamo PCD 102 mm.

Il modello PCD verrà utilizzato per praticare fori nel rotore e anche per bilanciare il rotore. I fori devono essere marcati e praticati con la massima precisione.

a) tagliare una lastra d'acciaio quadrata di 125 x 125 mm
b) disegnare le diagonali e dare un pugno al centro
c) espandere la bussola a un raggio di 51 mm, disegnare un cerchio
d) il diametro del cerchio è PCD
e) segnare 2 punti di intersezione del cerchio e uno delle diagonali
f) ritrarre la bussola di 72 mm (la cifra è corretta per PCD 102 mm). Segna due punti sul cerchio esattamente a una distanza di 72 mm dai due precedenti.
g) Praticare 4 fori a una distanza di 72 mm, utilizzare prima un trapano di piccolo diametro.

Dima per posizionamento magneti

a) Segnare il centro del compensato grezzo
b) Disegna dal punto segnato 3 cerchi con un diametro di 50 mm, 102 mm e 200 m
c) Disegna 2 linee parallele come tangenti al cerchio di 50 mm (nella foto sopra)
d) Disegna altre 3 coppie di linee parallele a 45 e 90 gradi rispetto alla prima coppia.
e) Usando le linee, segnare i posti per i magneti e ritagliare la sagoma lungo la linea pesante (foto sopra)
f) Disegna una linea tra i centri di due magneti opposti
g) Appoggiare la sagoma del foro di montaggio in PCD in acciaio sul cerchio da 102 mm, allinearla con la linea tra i centri dei magneti e praticare i fori attraverso i fori nella sagoma in acciaio.

3.3 Stampi e attrezzature: realizzazione di stampi per colata

Iniziamo a realizzare gli stampi per la colata del rotore e dello statore. Possono essere realizzati in legno o alluminio. Un altro modo è scolpire gli stampi nell'argilla e livellarli su un tornio da vasaio come una pentola. La superficie dello stampo sarà la superficie esterna dello statore o del rotore. Successivamente verranno aggiunti degli inserti in fibra di vetro all'interno dello stampo. La superficie dello stampo dovrebbe essere il più liscia possibile.

Le forme devono essere forti. Lo statore o il rotore non sono facili da deformare dopo l'indurimento, potrebbero essere necessari un paio di colpi con un martello.

Ritaglia dei dischi dal pavimento (foto sotto), di circa 500 mm di diametro.

In tutti i dischi tranne uno, praticare dei fori tondi, di 360 mm di diametro, per ottenere gli anelli.

Sul disco rimanente, disegna un cerchio di 360 mm di diametro
Praticare un foro da 12 mm al centro del disco
Incolla gli anelli al disco per formare una pila alta 60 mm. Spalma più colla all'interno.
Taglia un disco di compensato da 15 mm con un diametro di 140 mm, pratica un foro da 12 mm al centro
Inserisci un bullone da 12 mm attraverso entrambi i fori e incolla il dischetto al centro del disco grande. Spalma più colla attorno ai bordi del disco

Attacca la struttura a un altro disco fatto in casa, o a un disco da tornio, oa una ruota. In generale, è necessario ciò che viene chiamato un frontalino (supporto) nella figura seguente.
Ruotando il supporto, disegna un cerchio al centro con una matita.
Praticare un foro da 12 mm in questo centro. Il trapano deve essere rigorosamente parallelo all'asse.
Avvitare i dischi incollati (di seguito denominati grezzi) al supporto con un bullone da 12 mm. Fissare con 4 viti aggiuntive.
Controllare la rotazione del pezzo. Per fare ciò, è necessario tenere la matita vicino alla superficie quando il pezzo ruota. Se la matita lascia un segno, allora c'è un rigonfiamento sulla superficie in questo punto. Allentare le viti e inserire pezzi di carta tra il supporto e il pezzo sulla superficie opposta del pezzo contro i segni della matita. Stringere le viti e riprovare

Ora puoi lavorare il pezzo con una taglierina.

Tagliare una superficie piana all'interno del pezzo.
Fare uno smusso di 7 gradi sulla superficie interna
Il diametro complessivo dell'interno dovrebbe essere di 380 mm
Diametro parte piatta 360 mm (vedi foto sotto)
Gli angoli interni sono arrotondati, non affilati

Macinare il disco interno ad un diametro di 130 mm. Anche gli angoli sono arrotondati (foto sotto)

Controllare che la bobina si inserisca liberamente nella sua posizione - in caso contrario, alesare leggermente la superficie interna o ridurre il diametro del disco interno.
Rimuovere il pezzo dal tornio.

Praticare 4 fori nella parte centrale (necessari per separare lo stampo esterno da quello interno dello statore, lo stampo interno è descritto nel prossimo paragrafo). Martella piccoli pezzi di compensato nella parte posteriore dei fori per fare una "fermata".

Tagliare dei dischi con un diametro di 370 mm

Praticare un foro da 12 mm al centro di ciascuno
Incollali in una pila (fig. sopra), fissali con un bullone da 12 mm
La pila deve avere uno spessore minimo di 45 mm, preferibilmente 50 mm
Passare una taglierina di 20 gradi lungo il bordo, tagliare l'angolo in modo che il diametro diminuisca da 368 mm a 325 mm

Controlla che lo stampo esterno si trovi sullo stampo interno con uno spazio di 6 mm attorno al bordo. Quindi rimuovere lo stampo interno dalla macchina.
Segna due linee sulla superficie più grande dello stampo, a 340 mm di distanza.
Tagliare gli smussi come mostrato di seguito

Gli smussi renderanno possibile l'afflusso di materiale di riempimento in questi punti e quindi rafforzeranno i punti di attacco dello statore.

Il generatore richiede 2 rotori magnetici. Hanno bisogno di uno stampo di colata, ma è meglio averne due per accelerare il processo.

La forma esterna del rotore (fig. sotto) è simile alla forma esterna dello statore, ma più semplice:

Utilizzando la sagoma del foro di montaggio (discussa sopra), praticare 4 fori per montare successivamente i rotori magnetici.

La colata di un rotore magnetico richiede anche uno stampo di colata interno (fig. sotto), con la stessa marcatura dei fori di fissaggio.

Tutte le forme devono essere carteggiate per ottenere una superficie molto liscia, che deve essere rifinita con una stuccatura spugnosa poliuretanica cerata.

Non è necessario verniciare gli stampi: una volta riscaldata, la vernice si spaccherà e rovinerà la superficie del getto.

3.3.4 Modelli di statore

Modello per spille.

Quando si versa nello statore, è necessario sigillare 4 perni di supporto da 8 mm. In modo che non si deformino mentre l'epoca si sta asciugando, vengono fissati in posizione utilizzando una sagoma che ora realizzeremo. La sagoma è ricavata da un blocco di legno 380 x 50 x 25 mm. Le dimensioni devono essere mantenute con precisione, altrimenti i perni non coincideranno con i perni di montaggio.

a) segnare il centro della barra sul bordo più grande (fig. sotto)
b) tracciare con un compasso due archi di raggio 178 mm
c) segnare 2 punti su ciascun arco, a 30 mm di distanza ea 10 mm dal bordo.
d) Praticare 4 fori da 8 mm, meglio con un trapano a colonna
e) Sbavare accuratamente i fori di uscita per evitare di lasciare segni sul getto.

modello di carta

Per la fabbricazione dello statore viene utilizzato il cosiddetto tappetino di vetro in polvere (materiale di vetro con un legante in polvere). Per ritagliare i componenti dello statore da esso, creare modelli di carta. Possono essere cerchiati con un pennarello e ritagliare la figura risultante dal tappetino di vetro.

Avvolgere la forma con un foglio di carta e segnare il bordo.

Continua.

Nelle condizioni moderne, si tenta costantemente di migliorare i dispositivi elettromeccanici, ridurne il peso e l'ingombro. Una di queste opzioni è un generatore a magneti permanenti, che è un design abbastanza semplice con un'elevata efficienza. La funzione principale di questi elementi è quella di creare una rotazione campo magnetico.

Tipi e proprietà dei magneti permanenti

I magneti permanenti realizzati con materiali tradizionali sono noti da molto tempo. Per la prima volta nell'industria iniziò ad essere utilizzata una lega di alluminio, nichel e cobalto (alnico). Ciò ha reso possibile l'utilizzo di magneti permanenti in generatori, motori e altri tipi di apparecchiature elettriche. I magneti in ferrite sono particolarmente diffusi.

Successivamente sono stati creati materiali magnetici duri in samario-cobalto, la cui energia ha un'alta densità. Sono stati seguiti dalla scoperta di magneti a base di elementi di terre rare: boro, ferro e neodimio. La densità della loro energia magnetica è molto superiore a quella della lega samario-cobalto a un costo notevolmente inferiore. Entrambi i tipi di materiali artificiali sostituiscono con successo gli elettromagneti e vengono utilizzati in aree specifiche Gli elementi in neodimio sono tra i materiali di nuova generazione e sono considerati i più economici.

Il principio di funzionamento dei dispositivi

Il principale problema progettuale è stato considerato il ritorno delle parti rotanti nella loro posizione originale senza una significativa perdita di coppia. Questo problema è stato risolto utilizzando un conduttore di rame, attraverso il quale è stata fatta passare una corrente elettrica, causando attrazione. Quando la corrente è stata interrotta, l'azione di attrazione è cessata. Pertanto, in dispositivi di questo tipo, è stato utilizzato on-off periodico.

L'aumento della corrente crea una maggiore forza attrattiva e che, a sua volta, è coinvolta nella generazione di corrente che passa attraverso il conduttore di rame. A seguito di azioni cicliche, il dispositivo, oltre a svolgere lavori meccanici, inizia a produrre corrente elettrica, cioè a svolgere le funzioni di un generatore.

Magneti permanenti nei modelli di generatori

Nei progetti di dispositivi moderni, oltre ai magneti permanenti, vengono utilizzati elettromagneti con bobina. Questa funzione di eccitazione combinata consente di ottenere le caratteristiche di controllo di tensione e velocità necessarie a una potenza di eccitazione ridotta. Inoltre, le dimensioni dell'intero sistema magnetico sono ridotte, il che rende tali dispositivi molto più economici rispetto ai modelli classici di macchine elettriche.

La potenza dei dispositivi che utilizzano questi elementi può essere solo di pochi kilovolt-ampere. Attualmente, i magneti permanenti sono in fase di sviluppo con le migliori prestazioni, fornendo un graduale aumento della potenza. Tali macchine sincrone sono utilizzate non solo come generatori, ma anche come motori per vari scopi. Sono ampiamente utilizzati nelle industrie minerarie e metallurgiche, centrali termiche e altri campi. Ciò è dovuto alla possibilità di funzionamento di motori sincroni con diverse potenze reattive. Essi stessi lavorano ad una velocità precisa e costante.

Le stazioni e le sottostazioni funzionano insieme a speciali generatori sincroni, che sono in modalità mossa inattiva fornire solo potenza reattiva. A sua volta, garantisce il funzionamento dei motori asincroni.

Un generatore a magneti permanenti funziona secondo il principio dell'interazione tra i campi magnetici di un rotore in movimento e uno statore stazionario. Le proprietà non completamente comprese di questi elementi ci consentono di lavorare sull'invenzione di altri dispositivi elettrici, fino alla realizzazione di fuel-free.

La presente invenzione si riferisce al campo dell'elettrotecnica, ovvero alle macchine elettriche brushless, in particolare generatori in corrente continua, e trova applicazione in qualsiasi campo della scienza e della tecnologia che richieda fonti di alimentazione autonome. Il risultato tecnico: la creazione di un generatore elettrico compatto ad alte prestazioni, che consente, pur mantenendo un design relativamente semplice e affidabile, di variare ampiamente i parametri di uscita corrente elettrica a seconda delle condizioni operative. L'essenza dell'invenzione sta nel fatto che un generatore sincrono brushless a magneti permanenti è costituito da una o più sezioni, ognuna delle quali comprende un rotore con circuito magnetico circolare, su cui sono fissati un numero pari di magneti permanenti con lo stesso passo , uno statore portante un numero pari di elettromagneti a ferro di cavallo disposti a coppie contrapposte e presentanti due bobine con una serie di avvolgimenti contrapposti, un dispositivo per il raddrizzamento della corrente elettrica. I magneti permanenti sono fissati sul nucleo magnetico in modo tale da formare due file parallele di poli con polarità alternata longitudinale e trasversale. Gli elettromagneti sono orientati attraverso dette file di poli in modo che ciascuna delle bobine dell'elettromagnete si trovi al di sopra di una delle file parallele di poli del rotore. Il numero di poli in una riga, pari a n, soddisfa la relazione: n=10+4k, dove k è un intero che assume i valori 0, 1, 2, 3, ecc. Il numero di elettromagneti nel generatore di solito non supera il numero (n-2). 12 w.p. f-ly, 9 ill.

Disegni al brevetto RF 2303849

La presente invenzione riguarda macchine elettriche brushless, in particolare generatori in corrente continua, e può essere utilizzata in qualsiasi campo della scienza e della tecnologia che richieda fonti di alimentazione autonome.

Macchine sincrone corrente alternata ha ricevuto la più ampia distribuzione sia nella sfera della produzione che nella sfera del consumo di energia elettrica. Tutte le macchine sincrone hanno la proprietà della reversibilità, ovvero ognuna di esse può funzionare sia in modalità generatore che in modalità motore.

Un generatore sincrono contiene uno statore, solitamente un cilindro laminato cavo con scanalature longitudinali sulla superficie interna, in cui si trova l'avvolgimento dello statore, e un rotore, che è a magneti permanenti di polarità alternata, situato su un albero che può essere azionato in uno modo o altro. Nei generatori industriali ad alta potenza, un avvolgimento di eccitazione situato sul rotore viene utilizzato per ottenere un campo magnetico eccitante. Nei generatori sincroni di potenza relativamente bassa, vengono utilizzati magneti permanenti posizionati sul rotore.

A velocità costante, la forma della curva EMF generata dal generatore è determinata solo dalla legge di distribuzione dell'induzione magnetica nello spazio tra il rotore e lo statore. Pertanto, per ottenere una tensione all'uscita di un generatore di una certa forma e per convertire efficacemente l'energia meccanica in energia elettrica, vengono utilizzate diverse geometrie di rotore e statore, e il numero ottimale di poli magnetici permanenti e il numero di giri dello statore sono selezionati gli avvolgimenti (US 5117142, US 5537025, DE 19802784, EP 0926806, WO 02/003527, US 2002153793, US 2004021390, US 2004212273, US 2004155537). I parametri elencati non sono universali, ma vengono selezionati in base alle condizioni operative, che spesso portano a un deterioramento di altre caratteristiche del generatore elettrico. Inoltre, la forma complessa del rotore o dello statore complica la fabbricazione e l'assemblaggio del generatore e, di conseguenza, aumenta il costo del prodotto. Il rotore di un generatore magnetoelettrico sincrono può avere una forma diversa, ad esempio, a bassa potenza, il rotore è solitamente realizzato a forma di "asterisco", a media potenza - con poli a forma di artiglio e magneti permanenti cilindrici. Il rotore ad artiglio permette di ottenere un generatore con dissipazione dei poli, che limita la sovracorrente in caso di cortocircuito improvviso del generatore.

In un generatore a magneti permanenti, è difficile stabilizzare la tensione al variare del carico (perché non c'è feedback magnetico, come, ad esempio, nei generatori con un avvolgimento di eccitazione). Per stabilizzare la tensione di uscita e raddrizzare la corrente, vengono utilizzati vari circuiti elettrici (GB 1146033).

La presente invenzione è diretta alla realizzazione di un generatore elettrico compatto ad alto rendimento, che consenta, pur mantenendo un design relativamente semplice ed affidabile, di variare ampiamente i parametri di uscita della corrente elettrica in funzione delle condizioni operative.

Il generatore elettrico realizzato secondo la presente invenzione è un generatore sincrono a magneti permanenti senza spazzole. Si compone di una o più sezioni, ognuna delle quali comprende:

Un rotore con circuito magnetico circolare, sul quale sono fissati un numero pari di magneti permanenti con lo stesso passo,

Uno statore che porta un numero pari di elettromagneti a ferro di cavallo (a forma di U) disposti a coppie uno di fronte all'altro e aventi due bobine ciascuna con una direzione di avvolgimento sequenzialmente opposta,

Un dispositivo per la rettifica della corrente elettrica.

I magneti permanenti sono fissati sul nucleo magnetico in modo tale da formare due file parallele di poli con polarità alternata longitudinale e trasversale. Gli elettromagneti sono orientati attraverso dette file di poli in modo che ciascuna delle bobine dell'elettromagnete si trovi al di sopra di una delle file parallele di poli del rotore. Il numero di poli in una riga, pari a n, soddisfa la relazione: n=10+4k, dove k è un intero che assume i valori 0, 1, 2, 3, ecc. Il numero di elettromagneti nel generatore di solito non supera il numero n-2.

Il dispositivo per raddrizzare la corrente è solitamente uno dei circuiti raddrizzatori standard realizzati su diodi: a onda intera con punto medio o ponte, collegato agli avvolgimenti di ciascun elettromagnete. Se necessario, può essere utilizzato anche un circuito di rettifica diverso.

A seconda delle caratteristiche di funzionamento del generatore elettrico, il rotore può essere posizionato sia all'esterno dello statore che all'interno dello statore.

Il generatore elettrico realizzato secondo la presente invenzione può comprendere più sezioni identiche. Il numero di tali sezioni dipende dalla potenza della fonte di energia meccanica (motore di azionamento) e dai parametri richiesti del generatore. Preferibilmente, le sezioni sono sfasate tra loro. Ciò può essere ottenuto, ad esempio, spostando inizialmente il rotore in sezioni adiacenti di un angolo α compreso tra 0° e 360°/n; o spostamento angolare degli elettromagneti dello statore in sezioni adiacenti l'uno rispetto all'altro. Preferibilmente, il generatore comprende anche un'unità di regolazione della tensione.

L'essenza dell'invenzione è illustrata dai seguenti disegni:

la figura 1(a) e (b) mostra uno schema di un generatore elettrico realizzato secondo la presente invenzione, in cui il rotore è disposto all'interno dello statore;

la figura 2 mostra l'immagine di una sezione del generatore;

la figura 3 mostra il principale schema elettrico un generatore elettrico con circuito di rettifica del punto medio a onda intera;

la figura 4 mostra uno schema circuitale di un generatore elettrico con uno dei circuiti di rettifica del ponte;

la Fig. 5 è uno schema schematico di un generatore elettrico con un altro circuito a ponte di rettifica;

la Fig. 6 è un diagramma schematico di un generatore elettrico con un altro circuito a ponte raddrizzatore;

la Fig. 7 è uno schema schematico di un generatore elettrico con un altro circuito a ponte di rettifica;

la Fig.8 mostra uno schema di un generatore elettrico con rotore esterno;

Fig. 9 è un'immagine di un generatore multisezione realizzato secondo la presente invenzione.

la figura 1(a) e (b) mostra il generatore, realizzato secondo la presente invenzione, che comprende un alloggiamento 1; rotore 2 con circuito magnetico circolare 3, sul quale è fissato un numero pari di magneti permanenti 4 con lo stesso passo; uno statore 5 portante un numero pari di elettromagneti 6 a forma di ferro di cavallo disposti a coppie contrapposte, ed un mezzo di raddrizzamento della corrente (non mostrato).

Il corpo 1 del generatore è solitamente fuso in lega di alluminio o ghisa, oppure saldato. L'installazione del generatore elettrico nel luogo della sua installazione viene eseguita mediante le zampe 7 o mediante una flangia. Lo statore 5 ha una superficie interna cilindrica, su cui sono montati elettromagneti identici 6 con lo stesso passo, in questo caso dieci. Ciascuno di questi elettromagneti ha due bobine 8 con avvolgimenti in serie nella direzione opposta, posizionate su un nucleo a forma di U 9. Il pacchetto di nuclei 9 è assemblato da piastre di acciaio elettrico tagliate con colla o rivettate. Le conclusioni degli avvolgimenti degli elettromagneti attraverso uno dei circuiti raddrizzatori (non mostrati) sono collegate all'uscita del generatore.

Il rotore 3 è separato dallo statore da un traferro e porta un numero pari di magneti permanenti 4 disposti in modo tale da formare due file parallele di poli, equidistanti dall'asse del generatore ed alternati in polarità in direzione longitudinale e trasversale (Figura 2). Il numero di poli in una riga soddisfa la relazione: n=10+4k, dove k è un intero che assume i valori 0, 1, 2, 3, ecc. In questo caso (Figura 1) n=14 (k=1) e, di conseguenza, il numero totale di poli magnetici permanenti è 28. Quando il generatore ruota, ciascuna delle bobine dell'elettromagnete passa sopra la corrispondente fila di poli alternati. I magneti permanenti e i nuclei degli elettromagneti sono sagomati per ridurre al minimo le perdite e per ottenere l'uniformità (per quanto possibile) del campo magnetico nel traferro durante il funzionamento del generatore.

Il principio di funzionamento del generatore elettrico, realizzato secondo la presente invenzione, è simile al principio di funzionamento di un generatore sincrono tradizionale. L'albero del rotore è collegato meccanicamente al motore di azionamento (fonte di energia meccanica). Sotto l'azione della coppia del motore di azionamento, il rotore del generatore ruota ad una certa frequenza. In questo caso, nell'avvolgimento delle bobine degli elettromagneti, in accordo con il fenomeno dell'induzione elettromagnetica, viene indotto un CEM. Poiché le bobine di un singolo elettromagnete hanno una diversa direzione di avvolgimento e si trovano in qualsiasi momento nella zona di azione di diversi poli magnetici, l'EMF indotto in ciascuno degli avvolgimenti viene sommato.

Durante la rotazione del rotore il campo magnetico del magnete permanente ruota con una certa frequenza, pertanto ciascuno degli avvolgimenti degli elettromagneti si trova alternativamente nella zona del polo magnetico nord (N), quindi nella zona del polo magnetico sud (S). In questo caso, il cambio dei poli è accompagnato da un cambiamento nella direzione dell'EMF negli avvolgimenti degli elettromagneti.

Gli avvolgimenti di ciascun elettromagnete sono collegati ad un raddrizzatore di corrente, che solitamente è uno dei circuiti raddrizzatori standard realizzati con diodi: a onda intera con punto medio o uno dei circuiti a ponte.

La figura 3 mostra uno schema circuitale di un raddrizzatore a onda intera con punto medio, per un generatore elettrico con tre coppie di elettromagneti 10. Nella figura 3, gli elettromagneti sono numerati da I a VI. Ad una uscita 12 del generatore sono collegate una delle uscite dell'avvolgimento di ciascun elettromagnete e l'uscita opposta dell'avvolgimento dell'elettromagnete opposto; altre conclusioni degli avvolgimenti degli elettromagneti nominati sono collegate tramite diodi 11 ad un'altra uscita 13 del generatore (con questa inclusione di diodi, l'uscita 12 sarà negativa e l'uscita 13 sarà positiva). Cioè, se per l'elettromagnete I l'inizio dell'avvolgimento (B) è collegato al bus negativo, per l'elettromagnete opposto IV, l'estremità dell'avvolgimento (E) è collegata al bus negativo. Lo stesso vale per altri elettromagneti.

Le figure 4-7 mostrano vari circuiti a ponte di rettifica. Il collegamento di ponti che raddrizzano la corrente di ciascuno degli elettromagneti può essere parallelo, in serie o misto. In generale, vengono utilizzati vari circuiti per ridistribuire la corrente di uscita e le caratteristiche del potenziale del generatore. Lo stesso generatore elettrico, a seconda delle modalità operative, può avere l'uno o l'altro schema di rettifica. Preferibilmente, il generatore contiene un interruttore aggiuntivo che consente di selezionare la modalità di funzionamento desiderata (schema di connessione del ponte).

La figura 4 mostra uno schema circuitale di un generatore elettrico con uno dei circuiti di rettifica del ponte. Ciascuno degli elettromagneti I-VI è collegato ad un ponte separato 15, che a sua volta è collegato in parallelo. I pneumatici comuni sono collegati rispettivamente all'uscita negativa 12 del generatore o al positivo 13.

La figura 5 mostra un circuito elettrico con una connessione seriale di tutti i ponti.

La figura 6 mostra un circuito elettrico con collegamento misto. Ponti raddrizzatori di corrente da elettromagneti: I e II; III e IV; V e VI sono collegati a coppie in serie. E le coppie, a loro volta, sono collegate in parallelo tramite bus comuni.

La figura 7 mostra uno schema circuitale di un generatore elettrico, in cui un ponte separato raddrizza la corrente proveniente da una coppia di elettromagneti diametralmente opposti. Per ciascuna coppia di elettromagneti diametralmente opposti, i terminali simili (in questo caso "B") sono collegati elettricamente tra loro, mentre i restanti terminali sono collegati ad un ponte raddrizzatore 15. Il numero totale di ponti è m/2. Tra di loro, i ponti possono essere collegati in parallelo e/o in serie. La figura 7 mostra una connessione parallela di ponti.

A seconda delle caratteristiche di funzionamento del generatore elettrico, il rotore può essere posizionato sia all'esterno dello statore che all'interno dello statore. La figura 8 mostra uno schema di un generatore elettrico con rotore esterno (10 elettromagneti; 36=18+18 magneti permanenti (k=2)). Il design e il principio di funzionamento di un tale generatore elettrico sono simili a quelli sopra descritti.

Il generatore elettrico, realizzato secondo la presente invenzione, può comprendere più sezioni A, B e C (Fig.9). Il numero di tali sezioni dipende dalla potenza della fonte di energia meccanica (motore di azionamento) e dai parametri richiesti del generatore. Ciascuna delle sezioni corrisponde a uno dei progetti sopra descritti. Il generatore può comprendere sia sezioni identiche sia sezioni che differiscono tra loro per il numero di magneti permanenti e/o elettromagneti o per il circuito di rettifica.

Preferibilmente, sezioni identiche sono sfasate tra loro. Ciò può essere ottenuto, ad esempio, mediante lo spostamento iniziale del rotore in sezioni adiacenti e lo spostamento angolare degli elettromagneti dello statore in sezioni adiacenti l'una rispetto all'altra.

Esempi di implementazione:

Esempio 1. In accordo con la presente invenzione è stato realizzato un generatore elettrico per alimentare apparecchi elettrici con una tensione fino a 36 V. Il generatore elettrico è realizzato con un rotore esterno rotante, sul quale sono posti 36 magneti permanenti (18 in ciascuno riga, k=2) in lega Fe-Nd -AT. Lo statore trasporta 8 coppie di elettromagneti, ciascuno dei quali ha due bobine contenenti 100 spire di filo PETV con un diametro di 0,9 mm. Il circuito di commutazione è a ponte, con il collegamento delle stesse conclusioni di elettromagneti diametralmente opposti (Fig.7).

diametro esterno - 167 mm;

tensione di uscita - 36 V;

corrente massima - 43 A;

potenza - 1,5 kW.

Esempio 2 In accordo con la presente invenzione è stato realizzato un generatore elettrico per la ricarica di alimentatori (una coppia di batterie a 24 V) per veicoli elettrici urbani. Il generatore elettrico è realizzato con un rotore interno rotante, sul quale sono posti 28 magneti permanenti (14 per fila, k=1), realizzati in lega Fe-Nd-B. Lo statore porta 6 coppie di elettromagneti, ciascuno dei quali ha due bobine contenenti 150 spire ciascuna, avvolte con filo PETV con un diametro di 1,0 mm. Il circuito di commutazione è a onda intera con un punto medio (Figura 3).

Il generatore di corrente ha i seguenti parametri:

diametro esterno - 177 mm;

tensione di uscita - 31 V (per caricare il pacco batterie da 24 V);

corrente massima - 35A,

potenza massima - 1,1 kW.

Inoltre, il generatore contiene un regolatore di tensione automatico per 29,2 V.

RECLAMO

1. Generatore elettrico contenente almeno una sezione circolare, comprendente un rotore a circuito magnetico circolare, sul quale sono fissati un numero pari di magneti permanenti di uguale passo, che formano due file parallele di poli con polarità alternata longitudinale e trasversale, un statore portante un numero pari di elettromagneti a ferro di cavallo, disposti a coppie contrapposte tra loro, un dispositivo per il raddrizzamento della corrente elettrica, dove ciascuno degli elettromagneti ha due bobine con una serie di avvolgimenti contrapposti, mentre ciascuna delle bobine degli elettromagneti si trova sopra una delle file parallele di poli del rotore e il numero di poli in una fila pari a n soddisfa il rapporto

n=10+4k, dove k è un numero intero che assume i valori 0, 1, 2, 3, ecc.

2. Generatore elettrico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il numero di elettromagneti statorici m soddisfa il rapporto m n-2.

3. Generatore elettrico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di raddrizzamento della corrente elettrica contiene diodi collegati ad almeno una delle uscite degli avvolgimenti degli elettromagneti.

4. Generatore elettrico secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che i diodi sono collegati in un circuito ad onda intera con punto medio.

5. Generatore elettrico secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che i diodi sono collegati a ponte.

6. Generatore elettrico secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il numero di ponti è pari a m, e sono collegati tra loro in serie, o in parallelo, o in serie-parallelo.

7. Generatore elettrico secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il numero di ponti è pari a m / 2 e una delle uscite omonime di ciascuna coppia di elettromagneti diametralmente opposti è collegata tra loro, e le altre sono collegate a un ponte.

8. Generatore elettrico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che il rotore è disposto all'esterno dello statore.

9. Generatore elettrico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che il rotore è disposto all'interno dello statore.

10. Generatore elettrico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di contenere almeno due sezioni identiche.

11. Generatore elettrico secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che almeno due sezioni sono sfasate l'una rispetto all'altra.

12. Generatore elettrico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di contenere almeno due sezioni che differiscono per il numero di elettromagneti.

13. Generatore elettrico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di contenere inoltre un gruppo regolatore di tensione.

Il fatto che un generatore di magneti al neodimio, come un generatore eolico, sia utile non è più in dubbio. Anche se tutti gli elettrodomestici della casa non possono essere alimentati con energia in questo modo, in fondo, con un uso prolungato, si mostrerà dalla parte vincente. Realizzare il dispositivo con le proprie mani renderà il funzionamento ancora più economico e divertente.

Caratteristiche dei magneti al neodimio

Ma prima, scopriamo cosa sono i magneti. Sono apparsi non molto tempo fa. È possibile acquistare magneti in negozio sin dagli anni Novanta del secolo scorso. Sono fatti di neodimio, boro e ferro. L'elemento principale, ovviamente, è il neodimio. Questo è un metallo del gruppo dei lantanidi, con l'aiuto del quale i magneti acquisiscono un'enorme forza adesiva. Se prendi due pezzi grandi e li metti insieme, sarà quasi impossibile sganciarli.

In vendita fondamentalmente, ovviamente, ci sono specie in miniatura. In qualsiasi negozio di articoli da regalo puoi trovare palline (o altre forme) realizzate con questo metallo. L'alto prezzo dei magneti al neodimio è spiegato dalla complessità dell'estrazione delle materie prime e dalla tecnologia della sua produzione. Se una palla con un diametro di 3-5 millimetri costerà solo pochi rubli, per un magnete con un diametro di 20 millimetri o più dovrai pagare 500 rubli o più.

I magneti al neodimio sono prodotti in appositi forni, dove il processo avviene senza accesso all'ossigeno, sotto vuoto o in atmosfera con gas inerte. I più comuni sono i magneti con magnetizzazione assiale, in cui il vettore di campo è diretto lungo uno dei piani in cui viene misurato lo spessore.

Le caratteristiche dei magneti al neodimio sono molto preziose, ma possono essere facilmente danneggiati in modo irreparabile. Quindi, un forte colpo può privarli di tutte le proprietà. Pertanto, dovresti cercare di evitare di cadere. Anche a tipi diversi c'è un limite di temperatura, che varia da ottanta a duecentocinquanta gradi. A temperature superiori al limite, il magnete perde le sue proprietà.

Un uso corretto e attento è la chiave per mantenere la qualità per trent'anni o più. La smagnetizzazione naturale è solo dell'uno per cento all'anno.

Applicazione di magneti al neodimio

Sono spesso utilizzati in esperimenti nel campo della fisica e dell'ingegneria elettrica. Ma in pratica, questi magneti hanno già trovato ampia applicazione, ad esempio nell'industria. Spesso si trovano nella composizione dei souvenir.

L'alto grado di presa li rende molto utili nella ricerca di oggetti metallici sotterranei. Pertanto, molti motori di ricerca utilizzano apparecchiature che utilizzano magneti al neodimio per trovare apparecchiature rimaste in tempo di guerra.

Se i vecchi altoparlanti acustici funzionano a malapena, a volte vale la pena collegare magneti al neodimio ai magneti in ferrite e l'apparecchiatura suonerà di nuovo alla grande.

Quindi sul motore o sul generatore, puoi provare a sostituire i vecchi magneti. Quindi c'è la possibilità che la tecnica funzioni molto meglio. Anche i consumi diminuiranno.

L'umanità ha cercato a lungo Sui magneti al neodimio, come alcuni credono, la tecnologia potrebbe assumere una forma reale.

Turbina eolica orientata verticalmente pronta all'uso

C'è stato un rinnovato interesse per le turbine eoliche, soprattutto negli ultimi anni. Ci sono nuovi modelli più comodi e pratici.

Fino a poco tempo si utilizzavano principalmente turbine eoliche orizzontali a tre pale. E le viste verticali non si sono diffuse a causa del carico pesante sui cuscinetti della ruota eolica, a seguito del quale si è verificato un aumento dell'attrito, assorbendo energia.

Ma grazie all'uso dei principi della levitazione magnetica, il generatore eolico su magneti al neodimio iniziò ad essere utilizzato orientato con precisione in verticale, con una pronunciata rotazione inerziale libera. Al momento, si è dimostrato più efficace dell'orizzontale.

L'avvio facile si ottiene grazie al principio della levitazione magnetica. E grazie al multipolare, che fornisce la tensione nominale alle basse velocità, è possibile abbandonare completamente i riduttori.

Alcuni dispositivi sono in grado di entrare in funzione quando la velocità del vento è solo di un centimetro e mezzo al secondo, e quando raggiunge solo tre o quattro metri al secondo, potrebbe già essere uguale alla potenza generata dal dispositivo.

Area di applicazione

Pertanto, il generatore eolico, a seconda della sua potenza, è in grado di fornire energia a varie strutture.

Appartamenti in città.

Abitazioni private, dacie, negozi, autolavaggi.

Asili nido, ospedali, porti e altre istituzioni cittadine.

Vantaggi

I dispositivi vengono acquistati già pronti o realizzati in modo indipendente. Dopo aver acquistato un generatore eolico, resta solo da installarlo. Tutte le regolazioni e gli allineamenti sono già stati completati, i test sono stati effettuati in diverse condizioni climatiche.

I magneti al neodimio, che vengono utilizzati al posto del cambio e dei cuscinetti, consentono di ottenere i seguenti risultati:

l'attrito è ridotto e la durata di tutte le parti è aumentata;

la vibrazione e il rumore del dispositivo scompaiono durante il funzionamento;

il costo è ridotto;

risparmia elettricità;

elimina la necessità di una manutenzione regolare.

Il generatore eolico può essere acquistato con un inverter integrato che carica la batteria, nonché con un controller.

I modelli più comuni

Il generatore su magneti al neodimio può essere realizzato su supporto singolo o doppio. Oltre ai principali magneti al neodimio, nel design possono essere previsti ulteriori magneti in ferrite. L'altezza dell'ala è resa diversa, principalmente da uno a tre metri.

I modelli più potenti hanno un doppio supporto. Installano anche generatori aggiuntivi su magneti in ferrite e hanno diverse altezze e diametri delle ali.

Disegni fatti in casa

Considerando che non tutti possono permettersi di acquistare un generatore di magneti al neodimio alimentato dal vento, spesso decidono di costruire una struttura con le proprie mani. Considera varie opzioni per i dispositivi che puoi facilmente realizzare da solo.

Generatore eolico fai da te

Avendo un asse di rotazione verticale, di solito ha da tre a sei lame. Il design include uno statore, lame (fisse e rotanti) e un rotore. Il vento colpisce le pale, l'ingresso e l'uscita della turbina. Gli hub automobilistici sono talvolta usati come supporto. Un tale generatore su magneti al neodimio è silenzioso, rimane stabile anche con vento forte. Non ha bisogno di un albero alto. Il movimento inizia anche con vento molto debole.

Cosa può essere un dispositivo generatore fisso

È noto che la forza elettromotrice attraverso il filo viene generata modificando il campo magnetico. Il nucleo del generatore stazionario è creato dal controllo elettronico, non meccanicamente. Il generatore controlla automaticamente il flusso, agendo in modo risonante e consumando pochissima energia. Le sue vibrazioni deviano ai lati i flussi magnetici dei nuclei di ferro o ferrite. Maggiore è la frequenza di oscillazione, maggiore è la potenza del generatore. Il lancio è realizzato da un impulso a breve termine al generatore.

Come realizzare una macchina a moto perpetuo

Sui magneti al neodimio, sono fondamentalmente dello stesso tipo secondo il principio di funzionamento. L'opzione standard è già di tipo assiale.

Si basa su un mozzo di un'auto con dischi dei freni. Tale base diventerà affidabile e potente.

Quando si decide di usarlo, il mozzo deve essere completamente smontato e controllato se c'è abbastanza lubrificante lì e, se necessario, pulire la ruggine. Quindi il dispositivo finito sarà piacevolmente dipinto e acquisirà un aspetto "casalingo" ben curato.

In un dispositivo monofase, i poli devono avere un numero uguale al numero dei magneti. In una trifase, deve essere rispettato il rapporto di due a tre o di quattro a tre. I magneti sono posizionati con poli alternati. Devono essere esattamente localizzati. Per fare ciò, puoi disegnare un modello su carta, ritagliarlo e trasferirlo accuratamente su disco.

Per non confondere i poli, i segni vengono fatti con un pennarello. Per fare ciò, i magneti vengono portati con un lato: quello che attrae è indicato dal segno "+", e quello che respinge - "-". I magneti devono attrarre, cioè quelli posti uno di fronte all'altro devono avere poli diversi.

Di solito viene utilizzata una supercolla o simili e dopo che l'adesivo è stato versato con più resina epossidica per aumentare la resistenza, avendo precedentemente creato "bordi" in modo che non fuoriesca.

Trifase o monofase

Un generatore di magneti al neodimio è solitamente fatto per funzionare con vibrazioni sotto carico, poiché non fornirà un'uscita di corrente costante, che si tradurrà in un'ampiezza improvvisa.

Con un sistema trifase, invece, è garantita una potenza costante in ogni momento grazie alla compensazione di fase. Pertanto, non si verificherà alcuna vibrazione, nessun ronzio. E l'efficienza del lavoro sarà del cinquanta per cento superiore rispetto a una singola fase.

Avvolgimento e montaggio bobina

Il calcolo del generatore sui magneti al neodimio avviene principalmente ad occhio. Ma è meglio, ovviamente, ottenere la precisione. Ad esempio, per un dispositivo a bassa velocità, in cui la carica della batteria inizierebbe a funzionare a 100-150 giri al minuto, sarebbero necessari da 1000 a 1200 giri. Il numero totale è diviso per il numero di bobine. Saranno richiesti così tanti turni in ciascuno di essi. Le bobine sono avvolte con il filo più spesso possibile, poiché con una resistenza inferiore, la corrente sarà maggiore (con una tensione elevata, la resistenza assorbirà tutta la corrente).

Di solito usano quelli rotondi, ma è meglio avvolgere bobine di forma allungata. Il foro interno deve essere uguale o maggiore del diametro del magnete. Inoltre, il magnete ottimale avrà la forma di un rettangolo, non di una rondella, poiché i primi hanno un campo magnetico allungato lungo la lunghezza, mentre i secondi hanno un concentrato al centro.

Lo spessore dello statore è uguale allo spessore dei magneti. Per il modulo, puoi usare il compensato. La fibra di vetro è posizionata sul fondo e sopra le bobine per resistenza. Le bobine sono collegate l'una all'altra e ogni fase viene fatta uscire per essere collegata poi da un triangolo o da una stella.

Resta da fare un albero e una base affidabile.

Naturalmente, questa non è una macchina a moto perpetuo su magneti al neodimio. Tuttavia, sarà fornito un risparmio quando si utilizza un generatore eolico.