PL232872B1 - Sposób generowania energii elektrycznej prądu przemiennego oraz generator energii elektrycznej o wysokiej sprawności do stosowania tego sposobu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób generowania energii elektrycznej prądu przemiennego oraz generator energii elektrycznej o wysokiej sprawności do stosowania tego sposobu, którego budowa zapewnia minimalizację hamującego rotor pola magnetycznego indukowanego w uzwojeniach roboczych stojana.

Znany jest z dokumentu patentowego CN 201937415 U wysokowydajny wielowirnikowy wielostojanowy generator interaktywny, który zawiera obudowę i obrotowo zainstalowany na obudowie wał wirnika, na którym rozmieszczone wzdłużnie i współosiowo wirniki niezależne od siebie mające taką samą ilość rowków cewek wirnika lub wirniki z magnesami trwałymi mające taką samą ilość magnesów trwałych, przy czym na obudowie rozmieszczone są wzdłużnie i współosiowo stojany mające taką samą ilość rowków cewek stojana, niezależne od siebie, i dopasowane odpowiednio do każdego wirnika, w takiej samej ilości, jak ilość wirników. Rowki cewek lub magnesy trwałe na każdym wirniku są usytuowane osiowo naprzeciwko siebie, a rowki cewek na każdym stojanie z jego linią osi, odpowiednio przesuwają się sukcesywnie o taki sam kąt, albo rowki cewek na każdym stojanie są usytuowane osiowo naprzeciwko siebie, a rowki cewek albo magnesy stałe na każdym wirniku z jego linią osi, jako osią odpowiednio przesuwają się sukcesywnie o taki sam kąt. Ponieważ magnetyczne siły oddziaływania pomiędzy jego wieloma wirnikami i wieloma stojanami wzajemnie się znoszą, zmniejsza się kąt bezwładności obrotowej, obrót staje się stabilniejszy i bardziej oszczędza się siłę napędową. Zewnętrzna siła napędowa jest równoważna z obracaniem napędzanym tylko jednym wirnikiem, lecz może generować kilkukrotną energię silnika z pojedynczym wirnikiem. Ten rodzaj generatora ma zalety wysokiej sprawności wytwarzania energii elektrycznej, efektu oszczędzania energii i niskiego zużycia energii podczas pracy.

Z dokumentu US2015084467 A1, znany jest generator prądu przemiennego o zwiększonej wydajności, posiadający cylindryczny stojan wewnątrz którego znajduje się swobodnie obracający się wał na którym osadzony jest rotor. Generator posiada pierwszy zestaw magnesów których bieguny południowe połączone są z powierzchnią rotora na jego końcach, a bieguny północne skierowane są do wewnętrznej powierzchni stojana, oraz drugi zestaw magnesów w którym bieguny północne połączone są z powierzchnią rotora na jego końcach, a bieguny południowe skierowane są do wewnętrznej powierzchni stojana, oraz zestaw elementów ze stali krzemowej połączonych z rotorem i usytuowanych pomiędzy magnesami pierwszego i drugiego zestawu w odpowiedniej odległości od magnesów zachowując szczelinę powietrzną o odpowiedniej wielkości. Ponadto wielkość magnesów oraz ich odległość od stojana jest odpowiednio dobrana. Stojan zbudowany jest z laminowanych płyt ze stali krzemowej, które zawierają wzdłużne szczeliny, w których umieszczony jest przewód uzwojenia w taki sposób, aby mógł być przecinany wirującym strumieniem pola magnetycznego pochodzącego od obu zestawów magnesów.

Z dokumentu patentowego WO03049272A2, znany jest generator energii elektrycznej z rotorem z magnesami trwałymi. Rotor stanowią co najmniej dwie tarcze osadzone na wale, z których każda zaopatrzona jest w magnesy usytuowane tak, że po każdej ze stron każdej tarczy rotora znajdują się tylko bieguny jednoimienne magnesów, przy czym sąsiadujące ze sobą tarcze zwrócone są do siebie biegunami jednoimiennymi magnesów, a ilość magnesów każdej tarczy rotora jest równa ilości cewek stojana.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu generowania energii elektrycznej prądu przemiennego, który zapewni minimalizację hamującego rotor pola magnetycznego indukowanego w uzwojeniach roboczych stojana oraz zwiększenie prądu lub napięcia, oraz opracowanie budowy generatora o wysokiej sprawności wytwarzającego energię elektryczną według tego sposobu.

Ilekroć w treści opisu niniejszego wynalazku mowa jest o magnesach lub magnesach trwałych, należy przez to rozumieć, magnesy trwałe albo elektromagnesy.

Generator energii elektrycznej, zawierający prądnicę prądu przemiennego, która zawiera rotor z zamocowanymi do niego magnesami oraz stojan z cewkami roboczymi pozostającymi pod wpływem pól magnetycznych magnesów rotora, gdzie rotor stanowią co najmniej dwie tarcze osadzone na wale z których każda zaopatrzona jest w magnesy usytuowane tak, że po każdej ze stron każdej tarczy rotora znajdują się tylko bieguny jednoimienne magnesów, przy czym sąsiadujące ze sobą tarcze rotora zwrócone są do siebie biegunami jednoimiennymi magnesów, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w przestrzeni pomiędzy magnesami sąsiadujących ze sobą tarcz rotora usytuowane są co najmniej dwa zespoły cewek roboczych stojana, z których każdy zespół zawiera bloki cewek robo

PL 232 872 B1 czych stojana w ilości co najwyżej równej połowie ilości magnesów sąsiadującej z nim tarczy rotora, a każdy blok cewek roboczych stojana zawiera co najmniej jedną cewkę roboczą, przy czym zewnętrzny i wewnętrzny obrys każdego bloku cewek roboczych stojana ma kształt wycinka koła z zaokrąglonymi wierzchołkami.

Korzystnie długość magnesów tarczy rotora jest co najmniej równa długości pola ograniczonego wewnętrznym obrysem bloku cewek roboczych stojana. Korzystnie magnesy na tarczy rotora rozmieszczone są równomiernie przy czym wielkość odstępu pomiędzy sąsiednimi magnesami na tarczy rotora jest równa wielkości magnesu, a szerokość uzwojenia bloku cewek roboczych stojana stanowi połowę szerokości wewnętrznego obrysu tego bloku mierzoną w najszerszym jego miejscu.

Korzystnie do obudowy stojana zamontowane są rdzenie ferromagnetyczne bloków cewek roboczych stojana, które okalają bloki cewek roboczych stojana wokół wewnętrznego ich obrysu.

Dodatkowo do obudowy stojana zamontowane są osłony ferromagnetyczne bloków cewek roboczych stojana, które okalają bloki cewek roboczych stojana od ich strony czołowej po wewnętrznym obrysie, do której, jako pierwszej w ruchu obrotowym tarczy rotora, zbliżają się magnesy usytuowane na tej tarczy.

Korzystnie osłony ferromagnetyczne bloków cewek roboczych stojana, które okalają uzwojenia tych bloków od ich strony czołowej po wewnętrznym obrysie, odizolowane są warstwą izolacji ochronnej od tych bloków i rdzeni ferromagnetycznych, które okalają te bloki wokół ich wewnętrznego obrysu. W przypadku, gdy bloki cewek roboczych stojana w danym zespole, stykają się ze sobą powierzchniami czołowymi, wówczas korzystnie do obudowy stojana zamontowane są rdzenie ferromagnetyczne które okalają zespoły bloków cewek roboczych stojana wokół zewnętrznego obrysu tych zespołów i/lub rdzenie ferromagnetyczne, które okalają zespoły bloków cewek roboczych stojana wokół wewnętrznego obrysu tych zespołów.

W przypadku gdy bloki cewek roboczych w danym zespole nie stykają się ze sobą powierzchniami czołowymi, wówczas korzystnie do obudowy stojana zamontowane są rdzenie ferromagnetyczne bloków cewek roboczych stojana, które okalają te bloki wokół zewnętrznego ich obrysu i/lub osłony ferromagnetyczne bloków cewek roboczych stojana które okalają bloki cewek roboczych stojana od ich strony czołowej po zewnętrznym obrysie, do której, jako pierwszej w ruchu obrotowym tarczy rotora, zbliżają się magnesy usytuowane na tej tarczy.

Korzystnie osłony ferromagnetyczne bloków cewek roboczych stojana, które okalają te bloki od ich strony czołowej po zewnętrznym obrysie, odizolowane są warstwą blach transformatorowych od tych bloków i rdzeni ferromagnetycznych które okalają te bloki wokół ich zewnętrznego obrysu. Korzystnie boczne krawędzie rdzeni ferromagnetycznych bloków/zespołów cewek roboczych stojana znajdują się w bliskiej odległości od magnesów dwóch sąsiednich tarcz rotora na całej grubości tych bloków/zespołów cewek roboczych stojana.

Korzystnie do tarczy rotora zamontowane są osłony ferromagnetyczne magnesów, które okalają magnesy od strony czołowej, która w ruchu obrotowym tarczy rotora zbliża się jako pierwsza do bloku cewek roboczych stojana, które korzystnie odizolowane są od tych magnesów warstwą izolacji ochronnej.

W przypadku zamontowanych do magnesów rotora i bloków cewek roboczych stojana osłon ferromagnetycznych okalających te magnesy od ich stron czołowych oraz okalające bloki cewek roboczych stojana od ich stron czołowych po zewnętrznym i wewnętrznym obrysie, ruch obrotowy tarcz rotora odbywa się w takim kierunku, aby osłony zamontowane przed magnesami rotora i osłony zamontowane wewnątrz cewek roboczych stojana i/lub przed cewkami roboczymi stojana zbliżały się do siebie jako pierwsze, powodując wprowadzenie korzystnej dla kierunku obracającego się rotora asymetrii pól magnetycznych podczas zbliżania/oddalania się magnesów do/od cewek roboczych stojana, podczas gdy w przypadku braku zamontowania tych osłon ferromagnetycznych asymetria pól magnetycznych nie występuje przez co kierunek obrotów tarcz rotora względem cewek roboczych stojana może być dowolny.

Korzystnie blok cewek roboczych stojana tworzy para cewek sprzężonych (sparowanych) ze sobą magnetycznie, nawijanych dwoma drutami nawojowymi w taki sposób, że pierwsza i następne warstwy uzwojenia nawijane są równocześnie, przy czym każda następna warstwa uzwojenia nawijana jest naprzemiennie dwoma drutami nawojowymi tak, że poprzeczny przekrój tych uzwojeń tworzy wzór pola szachownicy.

Korzystnie pomiędzy sąsiadującymi zespołami cewek roboczych stojana usytuowanymi najbliżej środka odległości pomiędzy tarczami rotora, zamontowany jest do obudowy stojana zestaw blach

PL 232 872 B1 transformatorowych separujących pola magnetyczne sąsiadujących tarcz rotora zaopatrzony w otwory o kształcie odpowiadającym wewnętrznemu obrysowi bloków cewek roboczych stojana, usytuowane w położeniu odpowiadającym położeniu bloków cewek roboczych stojana.

Korzystnie zestaw blach transformatorowych separujących pola magnetyczne sąsiadujących tarcz rotora ma postać tarczy której zewnętrzny i wewnętrzny obrys odpowiada odpowiednio zewnętrznemu i wewnętrznemu obrysowi zespołu bloków cewek roboczych stojana oraz korzystnie usytuowany jest w połowie odległości pomiędzy tarczami rotora.

Ponadto korzystnie po obu stronach zestawu blach transformatorowych separujących pola magnetyczne sąsiadujących tarcz rotora zamontowane są do obudowy stojana tarcze rdzeni ferromagnetycznych zaopatrzone w otwory o kształcie odpowiadającym wewnętrznemu obrysowi bloków cewek roboczych stojana, usytuowane w położeniu odpowiadającym położeniu bloków cewek roboczych stojana.

Korzystnie zewnętrzny i wewnętrzny obrys tarczy rdzenia ferromagnetycznego odpowiada odpowiednio zewnętrznemu i wewnętrznemu obrysowi zespołu bloków cewek roboczych stojana.

Korzystnie ilość zwojów cewek roboczych stojana usytuowanych pomiędzy jedną tarczą rotora a pierwszą połową odległości do sąsiedniej tarczy rotora jest taka sama jak ilość zwojów cewek roboczych stojana usytuowanych pomiędzy drugą tarczą rotora a drugą połową wspomnianej odległości.

Korzystnie prądnica zaopatrzona jest w bloki rezonansowe zawierające kondensatory prądu przemiennego, które połączone są odpowiednio z cewkami bloków cewek roboczych stojana tak, by w cewkach tych wzbudzić rezonans elektryczny szeregowy albo równoległy, pierwszego stopnia, korzystnie o tej samej wartości częstotliwości.

Ponadto korzystnie bloki rezonansowe oraz bloki cewek roboczych stojana danego zespołu cewek roboczych stojana połączone są z analogicznymi blokami rezonansowymi i blokami cewek roboczych stojana innego zespołu cewek roboczych stojana w szczególności będącego lustrzanym odbiciem po drugiej stronie tarczy separatora magnetycznego umieszczonego promieniowo w połowie odległości pomiędzy tarczami rotora oraz z tranzystorami kluczującymi mocy, elektroniką sterującą oraz modułami przekształtnikowymi mocy i odbiornikiem tak, że w tych cewkach roboczych wzbudzany jest rezonans elektryczny drugiego stopnia, przy czym korzystnie wzbudzane częstotliwości drugiego stopnia są sobie równe i co najmniej dziesięciokrotnie wyższe od wzbudzanych częstotliwości rezonansowych pierwszego stopnia.

Korzystnie generator zaopatrzony jest dodatkowo w zespół napędowy, moduł elektroniki sterującej, moduł elektroniki pomiarowej, moduł przekształtnikowy mocy zawierający wewnętrzny lub zewnętrzny moduł akumulacji energii, oraz dołączony do generatora odbiornik.

Korzystnie zespół napędowy zasilany jest energią ze źródła zewnętrznego albo wspomagany ze źródła wewnętrznego albo zespół napędowy zasilany jest wygenerowaną energią elektryczną w generatorze oraz energią elektryczną zgromadzoną w wewnętrznym module akumulacji energii.

Sposób generowania energii elektrycznej prądu przemiennego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że generuje się przeciwstawne siły elektromagnetyczne w sąsiadujących ze sobą cewkach w sposób polegający na umieszczeniu tych cewek pomiędzy przeciwstawnymi strumieniami zmiennych pól magnetycznych rotacji wzajemnie się odpychających, pomiędzy którymi wszystkie nieruchome cewki, w których indukuje się prąd elektryczny, usytuowane są symetrycznie względem tych pól magnetycznych i pracują synchronicznie w jednej fazie, przy czym w sąsiadujących ze sobą cewkach indukowany w nich prąd elektryczny generuje przeciwstawne wzajemnie pola magnetyczne, które jednocześnie są zbieżne z przeciwległymi polami magnetycznymi rotacji.

Korzystnie odkształca się asymetrycznie i osłabia oddziaływanie zbliżających się do siebie przeciwstawnych względem siebie pól magnetycznych magnesów rotora indukujących prąd elektryczny w cewkach roboczych stojana oraz pól magnetycznych w cewkach roboczych stojana i pomiędzy cewkami roboczymi stojana generowanych przez indukowany w nich prąd elektryczny, przy czym podczas oddalania się magnesów rotora od cewek roboczych stojana zjawisko wzajemnego osłabiania się pól magnetycznych nie występuje, co jest korzystne dla kierunku rotacji rotora.

Korzystnie rozdziela się strumień pól magnetycznych wzajemnie się odpychających, który wzajemnie indukuje w cewkach prąd elektryczny i jednocześnie przyciąga się te pola tak, by przenikały równomiernie przez wszystkie cewki w których indukuje się prąd elektryczny, powodując jednocześnie wzajemną neutralizację przeciwstawnych wektorów tych pół magnetycznych, które wzajemnie się przenikając sprawiają że wypadkowy wektor ich siły jest bliski zeru, co ma korzystny wpływ na mini

PL 232 872 B1 malizację hamującego efektu dla pól magnetycznych magnesów wirującego rotora oraz korzystny wpływ na multiplikację generowanej energii elektrycznej.

Korzystnie w cewkach w których indukuje się prąd elektryczny wzbudza się rezonans elektryczny pierwszego stopnia, szeregowy lub równoległy, korzystnie o tej samej wartości we wszystkich układach rezonansowych pierwszego stopnia oraz dodatkowo połączone odpowiednio cewki w których indukuje się prąd elektryczny, obciąża się naprzemiennie wykorzystując energię elektryczną indukowaną w tych cewkach oraz działający rezonans elektryczny pierwszego stopnia jako źródło zasilania dla wzbudzanego w tych cewkach rezonansu elektrycznego drugiego stopnia, którego wartość częstotliwości korzystnie jest co najmniej dziesięciokrotnie wyższa od częstotliwości rezonansu pierwszego stopnia.

Generator minimalizuje hamujący wpływ pola magnetycznego cewek roboczych stojana prądnicy w stosunku do magnesów trwałych zamocowanych na tarczach rotora osadzonego na wale. Wał jest napędzany wewnętrznym lub zewnętrznym zespołem napędowym w postaci silnika elektrycznego. Hamujące rotor pole magnetyczne indukowane w cewkach roboczych stojana, jest kompensowane przez specjalnie zmodyfikowany układ cewek roboczych usytuowanych względem magnesów trwałych rotora, ich wzajemnej polaryzacji, układów sterujących elektroniką oraz wykorzystaniem zjawiska rezonansu tzw. pierwszego i drugiego stopnia. Wszystkie cewki generatora pracują synchronicznie w jednej fazie, dlatego też mogą być w zależności od potrzeb sumowane ich prądy lub napięcia, cewki generatora mogą pracować w układzie rezonansowym pierwszego stopnia albo w układzie bez rezonansu pierwszego stopnia, mogą też pracować w konfiguracji mieszanej. Generator generuje prąd przemienny jednofazowy. Wyjściowa energia elektryczna generatora, za pośrednictwem modułu przekształtnikowego mocy, może zostać dowolnie formowana jako prąd stały lub przemienny, jednofazowy lub trzy-fazowy, w zależności od oczekiwanego zapotrzebowania lub specjalnych zastosowań.

Sprzężenie magnetyczne przeciwległych bloków cewek roboczych stojana dwóch sąsiadujących ze sobą zespołów cewek roboczych sprawia, że siły elektromotoryczne indukowane przez magnesy trwałe w ruchu obrotowym dwóch tarcz rotora, pomiędzy którymi umieszczone są te zespoły cewek roboczych stojana, wytwarzają pola magnetyczne przeciwstawne, które dodatkowo wzajemnie zwiększają prąd lub napięcie w cewkach tych bloków i jednocześnie ich wektory strumieni magnetycznych znoszą się tak, że siły wypadkowego ich oddziaływania na pola magnetyczne magnesów trwałych zamocowanych na tarczach rotora wywołują bardzo małe siły hamujące na obracający się rotor.

Ponadto indukowane przez nieparzyste magnesy trwałe (to jest 1,3, 5, 7 itd. magnesy) obracającej się tarczy rotora siły elektromotoryczne generowane w blokach cewek roboczych stojana powodują, że strumienie magnetyczne w stykających się bezpośrednio uzwojeniach sąsiednich bloków cewek roboczych stojana wytwarzają przeciwstawne pola magnetyczne, które dodatkowo wzajemnie zwiększają prąd lub napięcie w tych cewkach i jednocześnie ich wektory strumieni magnetycznych znoszą się tak, że siły wypadkowego ich oddziaływania na pola magnetyczne magnesów trwałych zamocowanych na tarczach rotora wywołują bardzo małe siły hamujące na obracający się rotor, podczas gdy jednocześnie parzyste magnesy tarczy rotora (tj. 2, 4, 6, 8, itd. magnesy), które w zależności od fazy obrotu rotora względem uzwojeń bloków cewek roboczych stojana zbliżają/oddalają się do/od przeciwległych krawędzi uzwojeń tych bloków cewek roboczych stojana, znajdują się w zbieżnej polaryzacji pola magnetycznego ze strumieniem magnetycznym wygenerowanym przez wyindukowaną w tych cewkach energię elektryczną, powodując wytwarzanie sił o zwrocie zbieżnym z kierunkiem obracającego się rotora, gdzie wraz ze zbieżnym kierunkiem sił pochodzących od uzwojeń bloków cewek stojana, które znajdują się przed nieparzystymi magnesami rotora, doprowadzają w efekcie do ich zrównoważenia powodując bardzo małe siły hamujące na obracający się rotor.

Wynalazek przedstawiono w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 - przedstawia schematycznie jeden blok cewek roboczych stojana oraz położenie magnesów rotora względem tego bloku w zadanym położeniu; fig. 2 - widok wzdłuż wału sprzężonych magnetyczne dwóch bloków cewek roboczych stojana, jak na fig. 1, należących do dwóch zespołów; fig. 3 - jeden blok cewek roboczych stojana, jak na fig. 1 z osłonami i rdzeniami ferromagnetycznymi cewek roboczych stojana oraz osłonami ferromagnetycznymi magnesów rotora; fig. 4 - widok wzdłuż wału sprzężonych magnetyczne dwóch bloków cewek roboczych stojana jak na fig. 3, należących do dwóch zespołów; fig. 5 - widok perspektywiczny jednego bloku cewek roboczych stojana składającego się z jednej cewki, z poprzecznym przekrojem tego bloku powierzchnią cylindryczną D; fig. 6 - widok perspektywiczny jednego bloku cewek roboczych stojana dwóch sparowanych cewek o wzorze pola szachownicy, z poprzecznym przekrojem tego bloku powierzchnią cylindryczną D; fig. 7 - trzy bloki cewek robo

PL 232 872 B1 czych stojana na wycinku tarczy stojana, stykających się ze sobą promieniowo powierzchniami czołowymi, zaopatrzonymi w rdzenie i osłony ferromagnetyczne oraz położenie magnesów rotora względem tych bloków w zadanym położeniu, w ujęciu schematycznym; fig. 8 - dwa bloki cewek roboczych stojana jak na fig. 3 na wycinku tarczy stojana oraz położenie magnesów rotora względem tych bloków, w ujęciu schematycznym; fig. 9 - widok wzdłuż wału wycinka prądnicy z czterema tarczami rotora i sześcioma blokami cewek roboczych stojana, w ujęciu schematycznym; fig. 10 - widok wzdłuż wału wycinka prądnicy jak na fig. 9 z dwoma zespołami napędowymi po obu skrajnych tarczach rotora, w ujęciu schematycznym; fig. 11 do fig. 13 - wycinek przekroju poprzecznego prądnicy w trzech pozycjach magnesów rotora względem cewek roboczych stojana (dla maksimum indukowanego napięcia dodatniego, przejścia generowanego napięcia przez zero i dla maksimum indukowanego napięcia ujemnego) z dwoma zespołami bloków cewek roboczych stojana obejmujący na tarczy stojana cztery bloki cewek roboczych stojana, jak na fig. 5, powierzchnią cylindryczną D, jak na fig. 18, z zaznaczonymi kierunkami strumieni pól magnetycznych, w ujęciu schematycznym; fig. 14 do fig. 16 - wycinek przekroju poprzecznego prądnicy w trzech pozycjach magnesów rotora względem cewek roboczych stojana (dla maksimum indukowanego napięcia dodatniego, przejścia generowanego napięcia przez zero i dla maksimum indukowanego napięcia ujemnego) z dwoma zespołami bloków cewek roboczych stojana obejmujący na tarczy stojana cztery bloki cewek roboczych stojana z których każdy zawiera dwie sprzężone magnetycznie (sparowane) cewki o wzorze pola szachownicy, jak na fig. 6, powierzchnią cylindryczną D, jak na fig. 18, z zaznaczonymi kierunkami strumieni pół magnetycznych, w ujęciu schematycznym; fig. 17 - widok tarczy rotora; fig. 18 - widok tarczy stojana; fig. 19 - widok zestawu blach transformatorowych oddzielających zespoły cewek roboczych; fig. 20 - widok tarczy rdzenia ferromagnetycznego; fig. 21 - widok rdzeni ferromagnetycznych dla bloków cewek roboczych stojana, stykających się ze sobą powierzchniami czołowymi; fig. 22 - widok rdzeni ferromagnetycznych dla bloków cewek roboczych stojana nie stykających się ze sobą powierzchniami czołowymi; fig. 23 do fig. 26 schematy blokowe generatora w różnych konfiguracjach.

Według pierwszego przykładu wykonania wynalazku generator energii elektrycznej zawiera prądnicę prądu przemiennego, która zwiera rotor z zamocowanymi do niego magnesami, oraz stojan z cewkami roboczymi pozostającymi pod wpływem pól magnetycznych magnesów rotora. Rotor stanowią dwie tarcze 1 osadzone na wale napędowym, usytuowane w pewnej odległości od siebie, z których każda zaopatrzona jest w magnesy 4 usytuowane promieniowo na tarczy 1 tak, że po każdej ze stron każdej tarczy 1 znajdują się tylko bieguny jednoimienne magnesów 4, przy czym sąsiadujące ze sobą tarcze 1 zwrócone są do siebie biegunami jednoimiennymi magnesów 4. W przestrzeni pomiędzy magnesami 4 sąsiadujących ze sobą tarcz 1 rotora usytuowane są w pewnej odległości od siebie dwa nieruchome zespoły 14 cewek roboczych stojana, z których każdy zespół 14 zawiera tę samą ilość bloków 3 cewek roboczych stojana równą połowie ilości magnesów 4 jednej tarczy 1, a każdy blok 3 cewek roboczych stojana może zawierać jedną cewkę roboczą 3.1 o przekroju poprzecznym 3.3 (fig. 5) ale korzystnie, jeżeli blok 3 cewek roboczych stojana tworzy para cewek 3.2 (fig. 6) sprzężonych ze sobą magnetycznie, nawijanych dwoma drutami nawojowymi w taki sposób, że pierwsza i następne warstwy uzwojenia nawijane są równocześnie, przy czym każda następna warstwa uzwojenia nawijana jest naprzemiennie dwoma drutami nawojowymi tak, że poprzeczny przekrój tych uzwojeń 3.4, 3.5 (fig. 6) tworzy wzór pola szachownicy. Zewnętrzny i wewnętrzny obrys bloków 3 cewek roboczych stojana ma kształt zbliżony do wycinka koła z zaokrąglonymi wierzchołkami, gdzie zewnętrzny obrys bloku 3 cewki zakreślają: zewnętrzny łuk koła, dwa promienie biegnące od obu końców tego łuku w kierunku do środka koła, które na ich około 2/3 długości łączą się ze sobą najkrótszym możliwym połączeniem w kształcie łuku, który odpowiada zewnętrznemu łukowi koła. Bloki 3 cewek roboczych stojana w każdym z zespołów 14 rozmieszczone są promieniowo na całej dookólnej przestrzeni stojana i stykają się ze sobą powierzchniami czołowymi uzwojeń cewek roboczych na możliwym najdłuższym odcinku, tworząc tarczę 15 stojana (fig. 18). Dwie tarcze stojana zbliżone do siebie bokami bloków cewek roboczych stojana wypełniają przestrzeń pomiędzy jednoimiennymi magnesami dwóch sąsiednich tarcz 1 rotora. Bliskość cewek roboczych względem siebie, jest istotnym elementem wzajemnego oddziaływania cewek. Przepływający przez te cewki indukowany prąd elektryczny generuje pola magnetyczne przeciwstawne do pól magnetycznych sąsiednich cewek roboczych, indukując w nich dodatkową energię elektryczną, a jednocześnie wektory przeciwstawnych pól magnetycznych sąsiednich bloków cewek roboczych stojana znoszą się między sobą, co ma korzystny wpływ na minimalizację hamującego pola magnetycznego magnesów rotora i podwyższenie sprawności prądnicy. Długość I magnesów 4 jest nieco większa niż długość d wewnętrznego obrysu

PL 232 872 B1 bloku 3 cewek roboczych stojana (fig. 17 i fig. 18), natomiast szerokość magnesów 4 na tarczy 1 rotora oraz szerokość powierzchni bocznych uzwojeń bloków 3 cewek roboczych stojana jest zbliżona, a odstępy pomiędzy sąsiednimi magnesami 4 na tarczy 1 rotora są równe szerokości magnesów 4 wzdłuż promienia na tarczy 1 rotora, natomiast szerokości przestrzeni pomiędzy wewnętrznymi bokami bloków 3 cewek roboczych stojana są około dwukrotnie większe od szerokości magnesów 4.

W drugim przykładzie wykonania prądnica generatora opisanego w pierwszym przykładzie wykonania ma zamontowane do obudowy 2 stojana rdzenie ferromagnetyczne 8, 9, 10, które okalają blok 3 cewek roboczych stojana wokół ich wewnętrznego obrysu oraz zewnętrznego i wewnętrznego obrysu zespołu 14 cewek roboczych tarczy 15 stojana (fig. 21). Dodatkowo, do obudowy 2 stojana jedynie od strony czołowej po wewnętrznym obrysie bloku cewek roboczych stojana, do której, jako pierwszej w ruchu obrotowym tarczy 1 rotora, zbliżają się magnesy 4 usytuowane na tej tarczy 1, zamontowane są osłony ferromagnetyczne 12. Dodatkowo pomiędzy osłonami ferromagnetycznymi 12 bloków 3 cewek roboczych stojana które okalają te bloki 3 od ich strony czołowej po wewnętrznym obrysie, a rdzeniami ferromagnetycznymi 8 które okalają te bloki wokół ich wewnętrznego obrysu znajduje się warstwa izolacji ochronnej.

W trzecim przykładzie wykonania prądnica generatora różni się tym od prądnicy opisanej w przykładzie pierwszym i drugim, że bloki 3 cewek roboczych stojana w każdym z dwóch zespołów 14 rozmieszczone promieniowo na całej dookólnej przestrzeni stojana nie stykają się ze sobą powierzchniami czołowymi uzwojeń cewek roboczych, co przedstawiono na fig. 8. Ilość bloków 3 cewek roboczych stojana w jednym zespole 14 jest czterokrotnie mniejsza od ilości magnesów 3 na tarczy 1 rotora. Ponadto do obudowy 2 stojana zamontowane są rdzenie ferromagnetyczne 7 bloków 3 cewek roboczych stojana, które okalają bloki 3 cewek roboczych stojana wokół zewnętrznego ich obrysu oraz osłony ferromagnetyczne 11 bloków 3 cewek roboczych stojana, które okalają bloki 3 cewek roboczych stojana od ich strony czołowej po zewnętrznym obrysie, do której, jako pierwszej w ruchu obrotowym tarczy 1 rotora, zbliżają się magnesy 4 usytuowane na tej tarczy 1. Dodatkowo osłony ferromagnetyczne 11 bloków 3 cewek roboczych stojana, które okalają te bloki 3 od ich strony czołowej po zewnętrznym obrysie, odizolowane są warstwą izolacji ochronnej od tych bloków 3 i rdzeni ferromagnetycznych 7, które okalają te bloki 3 wokół ich zewnętrznego obrysu.

W kolejnych przykładach wykonania wynalazku, prądnica generatora opisana w powyższych przykładach może zawierać więcej niż dwa wyżej opisane zespoły 14 bloków cewek roboczych stojana.

Opisane według powyższych przykładów co najmniej dwa zespoły 14 bloków cewek roboczych stojana zawierają wszystkie uzwojenia stojana, który wraz z dwoma sąsiadującymi tarczami 1 rotora tworzy podstawową sekcję prądnicy.

W zależności od żądanej mocy generatora i długości wału rotora, prądnica może składać się z kilku takich sekcji, przy czym środkowe sekcje uzwojeń wspólnie korzystają z tarcz wyposażonych w magnesy i wówczas tarcze rotora jednej sekcji są jednocześnie jedną z tarcz rotora dla sekcji sąsiednich, po obu stronach tej sekcji, co przedstawiono na fig. 9. Natomiast zewnętrzne tarcze skrajnych sekcji prądnicy, patrząc od strony ich zewnętrznych pól magnetycznych magnesów, nie wykorzystywanych przez prądnicę do generowania energii, mogą być wykorzystywane do napędu rotora prądnicy, poprzez zastosowanie wewnętrznych zespołów napędowych działających jako neodymowe silniki prądu przemiennego, co przedstawiono na fig. 10.

Zastosowanie nietypowej przeciwstawnej polaryzacji biegunowej magnesów sąsiadujących ze sobą tarcz rotora, pomiędzy którymi znajdują się cewki robocze o specjalnej konstrukcji, a także specyficznym rozmieszczeniu magnesów rotora względem uzwojeń cewek roboczych stojana umożliwia zwiększenie prądu lub napięcia i bardzo wysoką sprawność prądnicy. Zastosowanie osłon i rdzeni ferromagnetycznych dodatkowo wpływa na zwiększenie sprawności generatora.

We wszystkich wyżej opisanych przykładach, w kolejnych wersjach wykonania wynalazku, do tarczy 1 rotora zamontowane są osłony ferromagnetyczne 13 magnesów 4 które okalają magnesy 4 od strony czołowej, która w ruchu obrotowym tarczy 1 rotora zbliża się jako pierwsza do bloku 3 cewek roboczych stojana. Dodatkowo osłony ferromagnetyczne 13 magnesów 4 które okalają te magnesy 4 od ich strony czołowej odizolowane są od tych magnesów 4 warstwą izolacji ochronnej 16.

W wyniku zastosowania osłon z materiału ferromagnetycznego miękkiego, podczas obracania się rotora prądnicy, występuje asymetria oddziaływań siłowych pól magnetycznych; m niejszych - dla fazy zbliżania się magnesów trwałych do cewek roboczych generujących prąd elektryczny, oraz większych - dla fazy oddalania się magnesów trwałych od cewek roboczych. Zbliżające się do siebie czoła magnesów trwałych i cewek roboczych, w pierwszej kolejności natrafią na ferromagnetyczne osłony

PL 232 872 B1 zamocowane przed magnesami na tarczy rotora oraz przed uzwojeniami cewek roboczych w stojanie prądnicy. Takie usytuowanie tych osłon ferromagnetycznych miękkich powoduje korzystne asymetryczne odkształcenie i osłabienie zbliżających się przeciwstawnych pól magnetycznych magnesów i cewek roboczych prądnicy. Natomiast podczas oddalania się magnesów od cewek roboczych prądnicy zjawisko odkształcenia i osłabienia pól magnetycznych spowodowanych tymi osłonami ferromagnetycznymi nie występuje. Znamienną korzyścią zastosowania tych osłon ferromagnetycznych jest zjawisko powstawania dodatkowego przyciągania wzajemnego podczas zbliżania się do siebie pól magnetycznych magnesów rotora do pól magnetycznych tych osłon ferromagnetycznych zamocowanych przed cewkami roboczymi w stojanie, jak również jednoczesnego przyciągania zbliżających się pól magnetycznych cewek roboczych stojana do pól magnetycznych tych osłon ferromagnetycznych zamocowanych przed magnesami trwałymi w rotorze. Zjawisko wzajemnego przyciągania się pól magnetycznych z wykorzystaniem tych osłon ferromagnetycznych nie występuje podczas zrównania się magnesów trwałych z cewkami roboczymi w punkcie neutralnym i dalej, podczas gdy magnesy trwałe oddalają się od cewek roboczych z pełną mocą odpychania. Taka asymetria jest korzystna dla kierunku zgodnego z obrotami rotora, co ma korzystny wpływ na podwyższenie sprawności prądnicy. W przypadku braku zastosowania w prądnicy tych osłon ferromagnetycznych nie powstaje asymetria pól magnetycznych, przez co kierunek obrotów rotora może być dowolny.

W kolejnych przykładach wykonania, generator opisany w przykładach powyżej ma zamontowany do obudowy 2 stojana, pomiędzy sąsiadującymi zespołami 14 cewek roboczych stojana usytuowanymi najbliżej środka odległości pomiędzy tarczami 1 rotora, zestaw blach transformatorowych 6 separujących pola magnetyczne sąsiadujących tarcz 1 rotora zaopatrzony w otwory 17 o kształcie odpowiadającym wewnętrznemu obrysowi bloków 3 cewek roboczych stojana, usytuowane w położeniu odpowiadającym położeniu bloków 3 cewek roboczych stojana. zestaw blach transformatorowych 6 separujących pola magnetyczne sąsiadujących tarcz 1 rotora ma postać tarczy, której zewnętrzny i wewnętrzny obrys odpowiada odpowiednio zewnętrznemu i wewnętrznemu obrysowi zespołu 14 bloków cewek 3 roboczych stojana, co pokazano na fig. 19. W ten sposób rozdziela się strumień pól magnetycznych wzajemnie się odpychających, który indukuje w cewkach prąd elektryczny i jednocześnie przyciąga się te pola tak, by przenikały równomiernie przez wszystkie cewki w których indukuje się prąd elektryczny. Dodatkowo po obu stronach zestawu blach transformatorowych 6 separujących pola magnetyczne sąsiadujących tarcz 1 rotora, zamontowane są do obudowy 2 stojana tarcze rdzeni ferromagnetycznych 5 wykonane z blach transformatorowych o odpowiedniej grubości, zaopatrzone w otwory 18 o kształcie odpowiadającym wewnętrznemu obrysowi bloków 3 cewek roboczych stojana, usytuowane w położeniu odpowiadającym położeniu bloków 3 cewek roboczych stojana, co pokazano na fig. 20. Warstwy blach tych rdzeni rozmieszczonych promieniowo na dookólnej powierzchni stojana, powodują przyciągnięcie pól magnetycznych magnesów trwałych przez całą grubość bloków cewek roboczych stojana oraz izolację przeciwstawnych pól magnetycznych sąsiadujących ze sobą tarcz rotora. Zadaniem tych blach jest rozdział przeciwstawnych pól magnetycznych pochodzących od magnesów trwałych zamontowanych na sąsiadujących tarczach rotora, a jednocześnie przyciąganie tych pól magnetycznych tak, by przenikały równomiernie przez wszystkie cewki robocze stojana.

Tarcze rdzeni ferromagnetycznych wykonane z blach transformatorowych o odpowiedniej grubości usytuowane w dookólnej przestrzeni pomiędzy dwoma tarczami 1 rotora i wypełniające tę przestrzeń na całej odległości pomiędzy tymi tarczami 1 rotora, tworzą z rdzeniami ferromagnetycznymi swego rodzaju wnęki dla cewek roboczych stojana i jednocześnie korytarze dla strumieni magnetycznych cewek roboczych stojana i magnesów trwałych rotora, zamykając w ten sposób drogę strumieni magnetycznych dodatkowo poprzez magnesy rotora, po obu stronach zestawu blach transformatorowych 6 separujących pola magnetyczne sąsiadujących tarcz 1 rotora, co powoduje wzajemne wzmacnianie się przeciwstawnych pól magnetycznych oraz jednoczesne osłabianie hamującego wpływu przeciwstawnych pól magnetycznych pomiędzy sąsiednimi cewkami roboczymi, a polami magnetycznymi magnesów trwałych rotora. Takie usytuowanie cewek roboczych i blach transformatorowych pod uzwojeniami bloków uzwojeń stojana, a także wzdłuż wewnętrznych i zewnętrznych krawędzi cewek, powoduje silniejszy oraz równomierny wpływ pola magnetycznego magnesów trwałych na indukowanie siły elektromotorycznej we wszystkich cewkach roboczych i wygenerowanie większej energii elektrycznej przez generator, przy jednoczesnym zminimalizowaniu hamującego oddziaływania pól magnetycznych cewek roboczych i magnesów trwałych, co wydatnie przyczynia się do zwiększenia generowanego prądu lub napięcia i znacznego zwiększenia sprawności generatora.

PL 232 872 B1

W kolejnych przykładach wykonania wynalazku, prądnica opisana w przykładach powyżej, zaopatrzona jest w bloki rezonansowe zawierające kondensatory prądu przemiennego, które połączone są odpowiednio z cewkami bloków 3 cewek roboczych stojana tak, by w cewkach tych wzbudzić rezonans elektryczny szeregowy albo równoległy, pierwszego stopnia, korzystnie o tej samej wartości częstotliwości. Dodatkowo bloki rezonansowe oraz bloki 3 cewek roboczych stojana danego zespołu 14 cewek roboczych stojana połączone są z analogicznymi blokami rezonansowymi i blokami 3 cewek roboczych stojana innego zespołu 14 cewek roboczych stojana oraz z tranzystorami kluczującymi mocy, elektroniką sterującą oraz modułami przekształtnikowymi mocy, modułem akumulacji energii i zewnętrznym odbiornikiem tak, że w tych cewkach roboczych wzbudzany jest rezonans elektryczny drugiego stopnia. Wzbudzane częstotliwości drugiego stopnia są sobie równe i co najmniej dziesięciokrotnie wyższe od wzbudzanych częstotliwości rezonansowych pierwszego stopnia. Rezonans drugiego stopnia wywołany poprzez naprzemienne kluczowanie obciążeniem sprzężonych magnetycznie (sparowanych) cewek 3.4 i 3.5 zespołu 14 cewek roboczych stojana z odpowiednimi cewkami 3.4 i 3.5 innego zespołu 14 cewek roboczych stojana usytuowanego symetrycznie po drugiej stronie zestawu blach transformatorowych 6 separujących pola magnetyczne sąsiadujących tarcz 1 rotora, wywołuje w tych cewkach kontrolowane przepięcia i kumulację energii elektrycznej powodując wygenerowanie znacznie większej energii elektrycznej przy jednoczesnym braku powstawania hamującej siły rotora 1, gdyż podczas obrotu rotora 1 odpowiadającego jednemu okresowi rezonansu pierwszego stopnia, cewki robocze 3.4 i 3.5 poddane rezonansowi drugiego stopnia wytwarzają naprzemiennie przeciwstawne pola magnetyczne, których polaryzacja zmienia się co najmniej dziesięć razy szybciej w stosunku do zmiany pola magnetycznego rezonansu pierwszego stopnia powodując, że suma tych wektorów pola magnetycznego jest bliska zeru.

We wszystkich wykonaniach wynalazku ilość zwojów cewek roboczych stojana usytuowanych pomiędzy jedną tarczą 1 rotora a pierwszą połową odległości do sąsiedniej tarczy 1 rotora jest taka sama jak ilość zwojów cewek roboczych stojana usytuowanych pomiędzy drugą tarczą 1 rotora a drugą połową wspomnianej odległości.

Siła elektromotoryczna rotacji wytwarzana jest w zmiennym strumieniu pól magnetycznych wzajemnie się odpychających w którym wszystkie nieruchome cewki w których indukuje się prąd elektryczny pracują synchronicznie w jednej fazie, przy czym w sąsiadujących ze sobą cewkach indukowany w nich prąd elektryczny generuje przeciwstawne pola magnetyczne.

Poniżej dla przykładu opisano dwie sekcje uzwojeń prądnicy i zestaw trzech tarcz z magnesami trwałymi wraz z zaznaczonymi kierunkami pól magnetycznych:

<=tarcza N/S<= cewki stojana =>tarcza S/N=> cewki stojana <=tarcza N/S<= gdzie symbole: => i <= oznaczają kierunki polaryzacji pola magnetycznego.

Polaryzacja pól magnetycznych magnesów wirującego rotora generuje w cewkach roboczych stojana prąd elektryczny, którego przepływ indukuje pola magnetyczne o przeciwstawnych zwrotach w stosunku do pól magnetycznych magnesów, które wygenerowały przepływ danego prądu.

W dotychczas znanych prądnicach wytwarzana energia elektryczna oraz pola magnetyczne rotora i stojana powodują efekt hamowania prądnicy. W przypadku prądnicy według niniejszego wynalazku sytuacja jest inna. Nie dość, że zjawisko wyhamowywania prądnicy jest znacznie zminimalizowane, to dodatkowo występuje zjawisko zwiększenia wygenerowanego prądu lub napięcia.

Poniżej dla przykładu przedstawiono kierunki pól magnetycznych magnesów trwałych oraz kierunki wyindukowanych pól magnetycznych bloków cewek roboczych stojana zawierających po dwie cewki umieszczone pomiędzy każdymi sąsiednimi tarczami rotora:

<=N/S¹<= =>cewka¹=> <=cewka²<= =>S/N²=> <=cewka³<= =>cewka⁴=> <=N/S³

Oddziaływanie magnesu nr 1 (N/S¹) generuje w cewce nr 1 (cewka¹) przeciwstawne pole magnetyczne w stosunku do pola magnetycznego N/S¹, co jest powszechnie znanym zjawiskiem. Analogiczna sytuacja zachodzi dla zestawów par: cewka² - S/N², S/N² - cewka³ oraz cewka⁴ - N/S³.

Oddziaływanie pól magnetycznych par N/S¹ - cewka¹ i cewka² - S/N², wywołuje przeciwstawne pola magnetyczne pomiędzy cewkami nr 1 i nr 2 (cewka¹ i cewka²), gdzie średnia wartość natężenia pól magnetycznych dla obu tych cewek jest bliska zeru (wektory pól magnetycznych wzajemnie się

PL 232 872 B1 znoszą) co powoduje, że hamujący wpływ w stosunku do obracających się tarcz rotora z magnesami N/S¹ i S/N² zostanie zminimalizowany prawie do zera. Ponadto jak można zauważyć, pola magnetyczne wygenerowane przez parę N/S¹ i cewka² posiadają ten sam zwrot pola magnetycznego, przez co następuje ich zsumowanie i wspólne silniejsze oddziaływanie na znajdującą się pomiędzy nimi cewkę nr 1 (cewka¹), w wyniku czego w cewce nr 1 (cewka¹) indukowany jest znacznie większy prąd elektryczny.

Analogiczne oddziaływanie występuje dla cewki nr 2 (cewka²), w przypadku której istnieje oddziaływanie pól magnetycznych pary cewka1 i S/N² posiadających ten sam zwrot pola magnetycznego, przez co następuje zsumowanie tych pól magnetycznych i wspólne silniejsze oddziaływanie na znajdującą się między nimi cewkę nr 2 (cewka²), w wyniku czego w cewce nr 2 (cewka²) indukowany jest znacznie większy prąd elektryczny. Jak z powyższego opisu wynika, zachodzi tu zjawisko naprzemiennego i wielokrotnego zwiększania generowanej energii elektrycznej w obu cewkach nr 1 i nr 2 jednocześnie, powodując znaczne zwiększenie sprawności prądnicy.

Opisany powyżej sposób działania prądnicy, potwierdza powstawanie zjawiska zwiększenia prądu lub napięcia w obu sprzężonych magnetycznie cewkach nr 1 i nr 2, a także analogicznie we wszystkich następnych parach cewek nr 3 i nr 4 oraz we wszystkich kolejnych znajdujących się parach cewek w stojanie, a także w innych modułach cewek i innych sekcjach jeżeli są zastosowane. Należy także zaznaczyć, że oprócz występowania zjawiska zwiększenia prądu lub napięcia, rotor prądnicy nie jest wyhamowywany z powodu wzajemnego znoszenia się wektorów pól magnetycznych wszystkich par cewek stojana i całej prądnicy.

Stwierdzono, że w działającym prototypowym urządzeniu prądnicy ilość generowanej energii elektrycznej, powoduje zaledwie minimalny wzrost obciążenia silnika napędzającego tę prądnicę.

W celu zwiększenia efektu wzrostu prądu lub napięcia, opisana w powyższych przykładach prądnica, zaopatrzona jest w bloki rezonansowe zawierające kondensatory prądu przemiennego, które połączone są odpowiednio z cewkami bloków cewek roboczych stojana tak, by w cewkach tych wzbudzić rezonans elektryczny szeregowy albo równoległy, pierwszego stopnia. Rezonans ten uzależniony jest od liczby uzwojeń i magnesów rotora, a także prędkości obrotowej rotora prądnicy. Stwierdzono, że dla zastosowanych elementów w prototypie prądnicy korzystnie jest aby rezonans pierwszego stopnia wahał się w granicach od 600 do 800 Hz. Dodatkowo bloki rezonansowe oraz cewki bloków 3 cewek roboczych stojana połączone są odpowiednio z tranzystorami kluczującymi tak, by w cewkach wzbudzić rezonans elektryczny drugiego stopnia, przy czym korzystnie jest jeśli częstotliwość rezonansu drugiego stopnia jest co najmniej dziesięciokrotnie większa od częstotliwości rezonansu pierwszego stopnia. Uzwojenia bloków sparowanych cewek 3.4 i 3.5 (fig. 6) roboczych zespołu 14 cewek roboczych stojana z odpowiednimi cewkami 3.4 i 3.5 innego zespołu 14 cewek roboczych stojana usytuowanego symetrycznie po drugiej stronie zestawu blach transformatorowych 6 separujących pola magnetyczne sąsiadujących tarcz 1 rotora, są naprzemiennie obciążane podczas rezonansu drugiego stopnia, gdzie indukowana jest energia elektryczna z wykorzystaniem magnesów trwałych oraz z wykorzystaniem rezonansu pierwszego stopnia.

Sparowane uzwojenia sprzężone magnetycznie, generują dodatkowy prądu lub napięcie w naprzemiennie nieobciążonych w danej chwili cewkach roboczych powodując kontrolowane przepięcia i wzrost wzajemnie generowanej energii podczas ich kolejnego cyklu obciążania.

Stwierdzono, że korzystnie jest aby częstotliwość rezonansu drugiego stopnia była większa co najmniej dziesięć razy od rezonansu pierwszego stopnia.

Generator opisany powyżej w przykładach wykonania, zaopatrzony jest dodatkowo w zespół napędowy, moduł elektroniki sterującej, moduł elektroniki pomiarowej, moduł przekształtnikowy mocy, moduł akumulacji energii oraz dołączony zewnętrzny odbiornik, których połączenia mechaniczne, tory sygnałów pomiarowego i sterującego oraz magistrali mocy przedstawiono przykładowo na fig. 23 do fig. 26. W jednym wykonaniu, moduł akumulacji energii jest modułem odrębnym co zilustrowano na fig. 25 i fig. 26 a w innym wykonaniu moduł przekształtnikowy mocy zawiera wewnętrzny moduł akumulacji energii, co ilustruje fig. 23 i fig. 24.

Zespół napędowy generatora może być zasilany energią ze źródła zewnętrznego albo wygenerowaną energią elektryczną z prądnicy generatora i energią zgromadzoną w module akumulacji energii. W przypadku użycia wewnętrznego źródła napędu prądnicy, zewnętrzne tarcze skrajnych sekcji prądnicy, patrząc od strony ich zewnętrznych pól magnetycznych magnesów trwałych, nie wykorzystywanych przez prądnicę do generowania energii elektrycznej, mogą być wykorzystywane do napędu

PL 232 872 B1 rotora prądnicy, poprzez zastosowanie wewnętrznych zespołów napędowych działających jako neodymowe silniki prądu przemiennego.

Wytwarzana przez generator energia może być gromadzona w wewnętrznym module akumulacji energii i może wspomagać wewnętrzny układ napędowy prądnicy. Generator może działać autonomicznie i zasilać wewnętrzny układ napędowy całkowicie z wewnętrznego źródła zasilania do czasu wyczerpania energii elektrycznej zgromadzonej w wewnętrznym module akumulacji energii oraz energii elektrycznej wygenerowanej przez prądnicę.

Claims (32)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Generator energii elektrycznej, zawierający prądnicę prądu przemiennego, która zawiera rotor z zamocowanymi do niego magnesami oraz stojan z cewkami roboczymi pozostającymi pod wpływem pól magnetycznych magnesów rotora, gdzie rotor stanowią co najmniej dwie tarcze osadzone na wale z których każda zaopatrzona jest w magnesy usytuowane tak, że po każdej ze stron każdej tarczy rotora znajdują się tylko bieguny jednoimienne magnesów, przy czym sąsiadujące ze sobą tarcze rotora zwrócone są do siebie biegunami jednoimiennymi magnesów, znamienny tym, że w przestrzeni pomiędzy magnesami (4) sąsiadujących ze sobą tarcz (1) rotora usytuowane są co najmniej dwa zespoły (14) cewek roboczych stojana, z których każdy zespół (14) zawiera bloki (3) cewek roboczych stojana w ilości co najwyżej równej połowie ilości magnesów (4) sąsiadującej z nim tarczy (1) rotora, a każdy blok (3) cewek roboczych stojana zawiera co najmniej jedną cewkę roboczą, przy czym zewnętrzny i wewnętrzny obrys każdego bloku (3) cewek roboczych stojana ma kształt wycinka koła z zaokrąglonymi wierzchołkami.
2. 2. Generator według zastrz. 1, znamienny tym, że długość (1) magnesów (4) tarczy (1) rotora jest co najmniej równa długości (d) pola ograniczonego wewnętrznym obrysem bloku (3) cewek roboczych stojana.
3. 3. Generator według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że magnesy (4) na tarczy (1) rotora rozmieszczone są równomiernie, przy czym wielkość odstępu pomiędzy sąsiednimi magnesami (4) na tarczy (1) rotora jest równa wielkości magnesu (4), a szerokość uzwojenia bloku (3) cewek roboczych stojana stanowi połowę szerokości wewnętrznego obrysu tego bloku w najszerszym jego miejscu (D).
4. 4. Generator według któregokolwiek spośród zastrz. od 1 do 3, znamienny tym, że do obudowy (2) stojana zamontowane są rdzenie ferromagnetyczne (8) bloków (3) cewek roboczych stojana, które okalają bloki (3) cewek roboczych stojana wokół wewnętrznego ich obrysu.
5. 5. Generator według któregokolwiek spośród zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że do obudowy (2) stojana zamontowane są osłony ferromagnetyczne (12) bloków (3) cewek roboczych stojana, które okalają bloki (3) cewek roboczych stojana od ich strony czołowej po wewnętrznym obrysie, do której, jako pierwszej w ruchu obrotowym tarczy (1) rotora, zbliżają się magnesy (4) usytuowane na tej tarczy (1).
6. 6. Generator według zastrz. 5, znamienny tym, że osłony ferromagnetyczne (12) bloków (3) cewek roboczych stojana które okalają te bloki (3) od ich strony czołowej po wewnętrznym obrysie, odizolowane są warstwą izolacji ochronnej (19) od tych bloków (3) i rdzeni ferromagnetycznych (8) które okalają te bloki (3) wokół ich wewnętrznego obrysu.
7. 7. Generator według któregokolwiek spośród zastrz. od 1 do 6, znamienny tym, że bloki (3) cewek roboczych stojana w danym zespole (14), stykają się ze sobą powierzchniami czołowymi.
8. 8. Generator według zastrz. 7, znamienny tym, że do obudowy (2) stojana zamontowane są rdzenie ferromagnetyczne (9) które okalają zespoły (14) bloków (3) cewek roboczych stojana wokół ich zewnętrznego obrysu.
9. 9. Generator według zastrz. 7 albo 8, znamienny tym, że do obudowy (2) stojana zamontowane są rdzenie ferromagnetyczne (10) które okalają zespoły (14) bloków (3) cewek roboczych stojana wokół ich wewnętrznego obrysu.
10. 10. Generator według któregokolwiek spośród zastrz. od 1 do 6, znamienny tym, że do obudowy (2) stojana zamontowane są rdzenie ferromagnetyczne (7) bloków (3) cewek roboczych stojana które okalają bloki (3) cewek roboczych stojana wokół zewnętrznego ich obrysu.

    PL 232 872 B1
11. 11. Generator według któregokolwiek spośród zastrz. od 1 do 6 albo 10, znamienny tym, że do obudowy (2) stojana zamontowane są osłony ferromagnetyczne (11) bloków (3) cewek roboczych stojana które okalają bloki (3) cewek roboczych stojana od ich strony czołowej po zewnętrznym obrysie, do której, jako pierwszej w ruchu obrotowym tarczy (1) rotora, zbliżają się magnesy (4) usytuowane na tej tarczy (1).
12. 12. Generator według zastrz. 11, znamienny tym, że osłony ferromagnetyczne (11) bloków (3) cewek roboczych stojana które okalają te bloki (3) od ich strony czołowej po zewnętrznym obrysie, odizolowane są warstwą izolacji ochronnej (19) od tych bloków (3) i rdzeni ferromagnetycznych (7) które okalają te bloki (3) wokół ich zewnętrznego obrysu.
13. 13. Generator według któregokolwiek spośród zastrz. od 1 do 12, znamienny tym, że do tarczy (1) rotora zamontowane są osłony ferromagnetyczne (13) magnesów (4) które okalają magnesy (4) od strony czołowej, która w ruchu obrotowym tarczy (1) rotora zbliża się jako pierwsza do bloku (3) cewek roboczych stojana.
14. 14. Generator według zastrz. 13, znamienny tym, że osłony ferromagnetyczne (13) magnesów (4) które okalają te magnesy (4) od ich strony czołowej odizolowane są od tych magnesów (4) warstwą izolacji ochronnej (16).
15. 15. Generator według któregokolwiek spośród zastrz. od 1 do 14, znamienny tym, że blok (3) cewek roboczych stojana tworzy para cewek (3.4 i 3.5) sprzężonych ze sobą magnetycznie, nawijanych dwoma drutami nawojowymi w taki sposób, że pierwsza i następne warstwy uzwojenia nawijane są równocześnie, przy czym każda następna warstwa uzwojenia nawijana jest naprzemiennie dwoma drutami nawojowymi tak, że poprzeczny przekrój tych uzwojeń tworzy wzór pola szachownicy.
16. 16. Generator według któregokolwiek spośród zastrz. od 1 do 15, znamienny tym, że pomiędzy sąsiadującymi zespołami (14) cewek roboczych stojana usytuowanymi najbliżej środka odległości pomiędzy tarczami (1) rotora, zamontowany jest do obudowy (2) stojana zestaw blach transformatorowych (6) separujących pola magnetyczne sąsiadujących tarcz (1) rotora zaopatrzony w otwory (17) o kształcie odpowiadającym wewnętrznemu obrysowi bloków (3) cewek roboczych stojana, usytuowane w położeniu odpowiadającym położeniu bloków (3) cewek roboczych stojana.
17. 17. Generator według zastrz. 16, znamienny tym, że zestaw blach transformatorowych (6) separujących pola magnetyczne sąsiadujących tarcz (1) rotora ma postać tarczy której zewnętrzny i wewnętrzny obrys odpowiada odpowiednio zewnętrznemu i wewnętrznemu obrysowi zespołu (14) bloków (3) cewek roboczych stojana.
18. 18. Generator według zastrz. 16 albo 17, znamienny tym, że zestaw blach transformatorowych (6) separujących pola magnetyczne sąsiadujących tarcz (1) rotora usytuowany jest w połowie odległości pomiędzy sąsiednimi tarczami (1) rotora.
19. 19. Generator według któregokolwiek spośród zastrz. od 16 do 18, znamienny tym, że po obu stronach zestawu blach transformatorowych (6) separujących pola magnetyczne sąsiadujących tarcz (1) rotora zamontowane są do obudowy (2) stojana tarcze ferromagnetyczne (5) zaopatrzone w otwory (18) o kształcie odpowiadającym wewnętrznemu obrysowi bloków (3) cewek roboczych stojana, usytuowane w położeniu odpowiadającym położeniu bloków (3) cewek roboczych stojana.
20. 20. Generator według zastrz. 19, znamienny tym, że zewnętrzny i wewnętrzny obrys tarczy ferromagnetycznej (5) odpowiada odpowiednio zewnętrznemu i wewnętrznemu obrysowi zespołu (14) bloków cewek (3) roboczych stojana.
21. 21. Generator według któregokolwiek spośród zastrz. od 1 do 20, znamienny tym, że ilość zwojów cewek roboczych stojana usytuowanych pomiędzy jedną tarczą (1) rotora a pierwszą połową odległości do sąsiedniej tarczy (1) rotora jest taka sama jak ilość zwojów cewek roboczych stojana usytuowanych pomiędzy drugą tarczą (1) rotora a drugą połową wspomnianej odległości.
22. 22. Generator według któregokolwiek spośród zastrz. od 1 do 21, znamienny tym, że prądnica zaopatrzona jest w bloki rezonansowe zawierające kondensatory prądu przemiennego, które połączone są odpowiednio z cewkami bloków (3) cewek roboczych stojana tak, by w cewkach tych wzbudzić rezonans elektryczny szeregowy albo równoległy, pierwszego stopnia, korzystnie o tej samej wartości częstotliwości.

    PL 232 872 B1
23. 23. Generator według zastrz. 22, znamienny tym, że bloki rezonansowe oraz bloki (3) cewek roboczych stojana danego zespołu (14) cewek roboczych stojana połączone są z analogicznymi blokami rezonansowymi i blokami (3) cewek roboczych stojana innego zespołu (14) cewek roboczych stojana oraz z tranzystorami kluczującymi mocy, elektroniką sterującą oraz modułami przekształtnikowymi mocy tak, że w tych cewkach roboczych wzbudzany jest rezonans elektryczny drugiego stopnia.
24. 24. Generator według zastrz. 23, znamienny tym, że wzbudzane częstotliwości drugiego stopnia są sobie równe i co najmniej dziesięciokrotnie wyższe od wzbudzanych częstotliwości rezonansowych pierwszego stopnia.
25. 25. Generator według któregokolwiek spośród zastrz. od 1 do 24, znamienny tym, że zaopatrzony jest w zewnętrzny lub wewnętrzny zespół napędowy, moduł elektroniki sterującej, moduł elektroniki pomiarowej, moduł przekształtnikowy mocy zawierający zewnętrzny lub wewnętrzny moduł akumulacji energii oraz dołączony do generatora odbiornik.
26. 26. Generator według zastrz. 25, znamienny tym, że zespół napędowy zasilany jest energią ze źródła zewnętrznego albo wspomagany ze źródła wewnętrznego.
27. 27. Generator według zastrz. 25, znamienny tym, że zespół napędowy zasilany jest wygenerowaną energią elektryczną w prądnicy oraz energią elektryczną zgromadzoną w wewnętrznym module akumulacji energii.
28. 28. Sposób generowania energii elektrycznej prądu przemiennego, znamienny tym, że generuje się przeciwstawne siły elektromagnetyczne w sąsiadujących ze sobą cewkach w sposób polegający na umieszczeniu tych cewek pomiędzy przeciwstawnymi strumieniami zmiennych pól magnetycznych rotacji wzajemnie się odpychających, pomiędzy którymi wszystkie nieruchome cewki, w których indukuje się prąd elektryczny, usytuowane są symetrycznie względem tych pól magnetycznych i pracują synchronicznie w jednej fazie, przy czym w sąsiadujących ze sobą cewkach indukowany w nich prąd elektryczny generuje przeciwstawne wzajemnie pola magnetyczne, które jednocześnie są zbieżne z przeciwległymi polami magnetycznymi rotacji.
29. 29. Sposób według zastrz. 28, znamienny tym, że odkształca się asymetrycznie i osłabia oddziaływanie zbliżających się do siebie przeciwstawnych względem siebie pól magnetycznych magnesów rotora indukujących prąd elektryczny w cewkach roboczych stojana oraz pól magnetycznych w cewkach roboczych stojana i pomiędzy cewkami roboczymi stojana generowanych przez indukowany w nich prąd elektryczny.
30. 30. Sposób według zastrz. 28 albo 29, znamienny tym, że rozdziela się strumień pól magnetycznych wzajemnie się odpychających, który wzajemnie indukuje w cewkach prąd elektryczny i jednocześnie przyciąga się te pola tak, by przenikały równomiernie przez wszystkie cewki w których indukuje się prąd elektryczny, powodując jednocześnie wzajemną neutralizację przeciwstawnych wektorów tych pól magnetycznych, które wzajemnie się przenikają.
31. 31. Sposób według któregokolwiek spośród zastrz. od 28 do 30, znamienny tym, że w cewkach w których indukuje się prąd elektryczny wzbudza się rezonans elektryczny pierwszego stopnia, szeregowy lub równoległy, korzystnie o tej samej wartości we wszystkich układach rezonansowych pierwszego stopnia.
32. 32. Sposób według zastrz. 31, znamienny tym, że odpowiednio połączone cewki w których indukuje się prąd elektryczny, obciąża się naprzemiennie wykorzystując energię elektryczną indukowaną w tych cewkach oraz działający rezonans elektryczny pierwszego stopnia jako źródło zasilania dla wzbudzanego w tych cewkach rezonansu elektrycznego drugiego stopnia, którego wartość częstotliwości korzystnie jest co najmniej dziesięciokrotnie wyższa od częstotliwości rezonansu pierwszego stopnia.