Преобразователь вибраций в элетрическое напряжение

Авторы патента:

H02K35/00 - Генераторы с возвратно-поступательным, колебательным или вибрационным движением системы катушек, магнита, якоря или какого-либо иного элемента магнитной цепи (устройства для управления механической энергией, конструктивно сопряженные с двигателями, H02K 7/00, например H02K 7/06)

Владельцы патента RU 2540413:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к электротехнике, к электромагнитным генераторам и может быть использовано для получения электрической энергии от любого вибрирующего тела, в том числе для электропитания устройств и подзарядки аккумуляторов во время движения транспортного средства (автомобиль, железнодорожный вагон и др.). Технический результат состоит в повышении мощности. Преобразователь вибраций содержит неподвижный магнитопровод с обмотками возбуждения и генераторной, подвижный магнитопровод с упругим элементом, конденсатор и диоды. Подвижный магнитопровод выполнен из высокоуглеродистой стали и перемещается в направлении магнитного потока. Упругий элемент имеет жесткость, определяющую частоту собственных колебаний подвижного магнитопровода преобразователя примерно равной частоте собственных колебаний транспортного средства. Конденсатор имеет емкостное сопротивление, примерно равное максимальному индуктивному сопротивлению генераторной обмотки. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромагнитным генераторам, которые служат автономными источниками питания. Предлагаемый преобразователь вибраций в электрическое напряжение может быть использован для получения электрической энергии от любого вибрирующего тела, в том числе для электропитания устройств и подзарядки аккумуляторов во время движения транспортного средства (автомобиль, железнодорожный вагон и др.).

Известны электрические генераторы возвратно-поступательного движения, содержащие магнитопроводы с обмоткой, закрепленные неподвижно, и постоянные магниты, приведенные в возвратно-поступательное движение посторонним источником энергии (Хитерер М.Я., Овчинников И.Е. Синхронные электрические машины возвратно-поступательного движения, СПб: Корона принт, 2004. - 368 с.). Основными недостатками рассмотренных конструкций являются сложность устройства и применение постоянных магнитов, а также невозможность использования генератора при малых перемещениях подвижного элемента (например, при вибрациях).

Известен вибрационный генератор электрической энергии (патент РФ 2439771), содержащий постоянный магнит, магнитопровод, рабочую обмотку, подвижное средство изменения магнитного потока в магнитопроводе, отличающийся тем, что подвижное средство изменения магнитного потока в магнитопроводе выполнено в виде шунта, состоящего из чередующихся магнитопроводящих и магнитонепроводящих слоев, расположенных перпендикулярно направлению колебания шунта. Недостатки такого генератора заключаются в сложности конструкции и повышенной стоимости постоянных магнитов, а также малой мощности выходного сигнала, обусловленной малой массой подвижного средства и небольшим изменением магнитного потока (постоянный магнит и два рабочих зазора не позволяют получить индукцию в зазорах больше 0,1 Тл).

Наиболее близким по конструкции и принципу действия является линейный генератор возвратно-поступательного движения Потапова Л.А. и Сморудовой Т.В. (заявка №2012108778/07 от 7.03.2012), в котором подвижный магнитопровод выполнен из углеродистой стали, сохраняющей остаточную индукцию (вместо дорогих постоянных магнитов), и организована система самовозбуждения. Недостатками этого генератора являются сложность конструкции и необходимость движения подвижного магнитопровода перпендикулярно магнитным потокам, что не позволяет его использовать при малых перемещениях магнитопровода (например, при вибрациях).

Задача изобретения - упрощение конструкции и получение максимальной мощности устройства.

Предлагается преобразователь вибраций в электрическое напряжение, содержащий неподвижный магнитопровод с обмотками возбуждения и генераторной, подвижный магнитопровод с упругим элементом, конденсатор и диоды, отличающийся тем, что с целью упрощения конструкции и получения максимальной мощности устройства подвижный магнитопровод выполнен из высокоуглеродистой стали и перемещается в направлении магнитного потока, упругий элемент имеет жесткость, определяющую частоту собственных колебаний подвижного магнитопровода преобразователя примерно равной частоте собственных колебаний транспортного средства, а конденсатор имеет емкостное сопротивление, примерно равное максимальному индуктивному сопротивлению генераторной обмотки.

В предлагаемой конструкции преобразователя перемещение подвижного магнитопровода происходит в направлении магнитных потоков, при этом изменяется рабочий зазор между подвижным и неподвижным магнитопроводами, изменяется магнитная индукция и поток в магнитной цепи и наводится ЭДС в генераторной обмотке. Подвижный магнитопровод закреплен на упругих элементах и вместе с ними образует колебательную систему. Жесткость упругого элемента и масса подвижного магнитопровода определяют частоту собственных колебаний этой колебательной системы. Для повышения эффективности преобразователя частоту его собственных колебаний приближают к частоте собственных колебаний вибрирующего тела (например, транспортного средства), т.к. вблизи резонанса амплитуда колебаний будет наибольшей. Выходную мощность преобразователя определяет масса подвижного элемента (а ее можно выполнить достаточно большой) и диапазон изменения магнитной индукции в рабочем зазоре (при изменении рабочего зазора от 0,1 мм до 0,6 мм магнитная индукция может изменяться от 1 до 0,2 Тл).

Подвижный магнитопровод имеет простую форму (без выступов) и выполнен из более дешевого материала - высокоуглеродистой стали (вместо постоянных магнитов). Для обеспечения самовозбуждения и повышения зарядного тока емкостное сопротивление конденсатора приближено к индуктивному сопротивлению генераторной обмотки, т.к. вблизи резонанса напряжений ток в цепи приближается к максимально возможному.

На чертеже представлена конструкция преобразователя вибраций.

Преобразователь вибраций содержит корпус 1 с закрепленным к нему неподвижным П-образным магнитопроводом 2, на котором имеются обмотки возбуждения 3 и генераторные обмотки 4.

Подвижный магнитопровод 5 закреплен на упругих элементах 6. На подвижном магнитопроводе закреплены два уголка 7 с амортизирующими прокладками 8, исключающих прилипание подвижного магнитопровода к неподвижному и уменьшающих шум при вибрациях. Концы уголков 7 входят в пазы ограничителей хода 9, закрепленных на корпусе 1. С помощью ограничителей хода регулируются минимальный и максимальный зазоры в магнитной цепи. Выводы генераторной обмотки подключены через диодный мост 10 к конденсатору 11. Выводы обмотки возбуждения тоже подключены к конденсатору через диод 12. Конденсатор подключен к клеммам 13 или разъему 14, расположенным снаружи корпуса 1, при этом корпус 1 может быть выполнен герметичным.

Работает преобразователь вибраций следующим образом. При подсоединении преобразователя вибраций к вибрирующему телу подвижный магнитопровод в преобразователе вибраций тоже будет совершать колебания с собственной частотой, определяемой жесткостью упругого элемента и массой подвижного магнитопровода. Если собственная частота колебаний подвижного магнитопровода будет близка к частоте вибрирующего тела (приближаясь к резонансу), то амплитуда колебаний подвижного магнитопровода будет стремиться к наибольшему значению. При колебаниях подвижного магнитопровода относительно неподвижного будет изменяться зазор между ними, что приведет к изменению напряженности магнитного поля и магнитной индукции в магнитной цепи и создаст ЭДС в генераторной обмотке, пропорциональную скорости изменения потокосцепления $E = w - \frac{d Ф}{d t}$ , где w - число витков генераторной обмотки, Ф=BS, Ф и В - поток и магнитная индукция в неподвижном магнитопроводе, S - сечение полюса этого магнитопровода. В генераторной обмотке 4 формируется знакопеременная ЭДС, которая диодным мостом 10 выпрямляется и конденсатором 11 сглаживается. С конденсатора 11 снимается выходное напряжение U_вых на внешний разъем 14 или клеммы 13 (для подключения внешних устройств), а также напряжение для питания обмотки возбуждения 3. При этом последовательно с обмоткой возбуждения в прямом направлении включен диод D, отсекающий ту переменную составляющую тока, наведенного в этой обмотке изменяющимся магнитным потоком, которая направлена встречно основному току возбуждения. Для увеличения тока, отдаваемого генераторной обмоткой, емкостное сопротивление конденсатора выполняют примерно равным индуктивному сопротивлению генераторной обмотки, т.к. вблизи резонанса напряжений ток будет стремиться к наибольшему значению. При этом преобразователь вибраций будет работать в режиме самовозбуждения.

Самовозбуждение преобразователя вибраций осуществляется следующим образом. В нерабочем состоянии подвижный магнитопровод 5, выполненный из углеродистой стали, сохраняет остаточную намагниченность. При этом в магнитной цепи сохраняется некоторый остаточный магнитный поток. При возникновении вибраций перемещение подвижного магнитопровода 5 от первоначального (устойчивого) положения приведет к изменению магнитного потока, возникновению в генераторной обмотке 4 ЭДС, увеличению напряжения на конденсаторе 11, появлению тока в обмотке возбуждения 3. При этом магнитный поток в магнитопроводе 2 увеличится и при дальнейших возвратно-поступательных движениях подвижного магнитопровода 5 ЭДС в генераторной обмотке 4 будет постепенно возрастать, напряжение на конденсаторе 11 и ток в обмотке возбуждения 3 тоже будут возрастать. Все это приведет к постепенному увеличению магнитного потока в магнитопроводе 2 до тех пор, пока отдельные участки магнитопровода 2 не войдут в режим насыщения. При насыщении магнитопровода 2 максимальное значение магнитного потока будет оставаться неизменным и при сохранении частоты возвратно-поступательных движений напряжение на выходе генератора будет оставаться неизменным.

Преобразователь вибраций в электрическое напряжение, содержащий неподвижный магнитопровод с обмотками возбуждения и генераторной, подвижный магнитопровод с упругим элементом, конденсатор и диоды, отличающийся тем, что подвижный магнитопровод выполнен из высокоуглеродистой стали и перемещается в направлении магнитного потока, упругий элемент имеет жесткость, определяющую частоту собственных колебаний подвижного магнитопровода преобразователя примерно равной частоте собственных колебаний транспортного средства, а конденсатор имеет емкостное сопротивление, примерно равное максимальному индуктивному сопротивлению генераторной обмотки.

Похожие патенты:

Электрогенератор // 2533385

Изобретение относится к машиностроению. Электрогенератор содержит двигатель внутреннего сгорания (ДВС), электрическую машину, электрические конденсаторы и аккумулятор, электрические блоки для преобразования электроэнергии и электронный блок управления.

Способ адаптации частоты колебаний якорь-поршней насос-генератора к резонансной частоте контура линейного генератора // 2508594

Изобретение относится к области энергомашиностоения. В способе адаптации частоты колебаний якорь-поршней насос-генератора к резонансной частоте контура линейного генератора при рекуперации энергии торможения система управления после каждого цикла генерирования импульса электроэнергии при движении якорь-поршня насос-генератора из одной крайней точки движения в другую крайнюю точку движения система управления переводит клапаны управления потоком жидкости в противоположные положения с задержкой.

Линейный генератор возвратно-поступательного движения // 2496216

Изобретение относится к электротехнике, к электромагнитным генераторам, служащим автономными источниками питания, и может быть использовано совместно с двигателями внутреннего сгорания без кривошипно-шатунного механизма, в устройствах, преобразующих вибрацию в напряжение (например, в подвеске экипажей), а также в автономных устройствах с ручным приводом.

Волноэнергетическая установка // 2467199

Изобретение относится к волноэнергетической установке для производства электроэнергии. .

Электрогенератор гидроволновой штоковый сердечниковый // 2413868

Изобретение относится к области электротехники и гидроэнергетике, в частности к производству электроэнергии путем преобразования энергии вертикального волнения воды в электрическую энергию.

Электрогенератор гидроволновой стержневой сердечниковый // 2413089

Изобретение относится к области электротехники и гидроэнергетики, в частности к устройствам, представляющим собой электрогенераторы для производства электроэнергии путем преобразования энергии вертикального волнения воды в электрическую энергию.

Генератор электрического тока, его варианты и способы их установки // 2396673

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и касается особенностей выполнения генераторов электрического тока. .

Переносное электрическое устройство, сосуд с декоративной подсветкой и зарядное устройство // 2387920

Изобретение относится к переносным электрическим устройствам и может быть использовано во многих областях, в которых требуется электрическое устройство с автономным источником питания, обладающее возможностью подзарядки аккумулятора, но не требующее соблюдения условий электробезопасности при подзарядке аккумулятора.

Автономный источник электрической энергии с ручным гидравлическим приводом // 2312447

Изобретение относится к области электротехники. .

Автономный источник электрической энергии с ручным пневматическим приводом // 2312446

Изобретение относится к области электротехники. .

Инерционный генератор // 2553968

Изобретение относится к области производства электрической энергии и может быть использовано в устройствах с автономным питанием, размещаемых на движущихся объектах. Заявленное изобретение направлено на решение задачи упрощения и повышения эффективности производства электрической энергии для маломощных автономных устройств, установленных на движущихся объектах. Поставленная задача возникает при разработке и создании автономных приемо-передающих устройств, спутниковых трекеров и пр. Устройство состоит из сообщающихся сосудов с жидкостью 1, поплавков 2i, i=1, …, 2, соединителей 3i, i=1, …, 2, преобразователей механической энергии в электрическую 4i, i=1, …, 2. 1 ил.

Инерционный маятниковый генератор // 2564478

Изобретение относится к области производства электрической энергии и может быть использовано в устройствах с автономным питанием, размещаемых на движущихся объектах. В устройство, расположенное на движущемся объекте, введены сообщающиеся сосуды с жидкостью, два соединителя, два преобразователя механической энергии в электрическую, два поплавка, расположенных в левом и правом сообщающихся сосудах, над которыми расположены соединенные с поплавками через соединители преобразователи механической энергии, выходы которых объединены и подключены к выходу устройства. Изобретение направлено на упрощение и повышение эффективности производства электрической энергии для маломощных автономных устройств, установленных на движущихся объектах. 1 ил.

Способ генерирования переменной эдс при возвратно-поступательном движении // 2570897

Изобретение относится к электротехнике, к получению электрической энергии при колебании различных механических устройств и может быть использовано, в частности, для генерирования переменного тока при колебании некоторых узлов транспортных средств. Технический результат состоит в получении энергии при колебании конструктивных элементов, расположенных в одном устройстве, вне зависимости от других его частей. На обмотку возбуждения 6 подается электропитание, в результате чего создается замкнутое магнитное поле, стремящееся сжать секции 2 и 3 между собой, чему способствует пружина сжатия 17. При нажатии на толкатель 18 силой F последний входит в зазор 14 и раздвигает плечи рычагов 8 и 9, преодолевая силу пружины 17 и силу магнитного взаимодействия между секциями 2 и 3. В момент размыкания магнитной цепи возникает электродвижущая сила ЭДС в обмотке якоря, которую можно вычислить по формуле. При наличии минимального зазора 5 даже при небольшом его изменении происходит резкое изменение потока и, следовательно, ЭДС. 5 ил.

Плавучая прибрежная гидроволновая электростанция // 2603847

Изобретение относится к области гидроволновой энергетики. Технический результат - повышение эффективности выработки электрической энергии. Плавучая прибрежная гидроволновая электростанция содержит генераторы электрического тока, обеспечивающие выработку электрического тока при циклических поворотах-качаниях статоров волнами на угол ±α. Центры масс роторов смещены ниже оси их качания. Роторы или статоры закреплены в плавающем средстве в один или более ярусов. При установке генераторов в плавающем средстве вдоль оси его корпуса ось их качания совмещена с продольной осью корпуса плавающего средства, секторы статора и связанные с ними секторы ротора отведены к бортам корпуса, а плавающее средство развернуто бортом к фронту подхода волн и закреплено якорями. При установке генераторов в плавающем средстве фронтально к продольной оси его корпуса с осью их качания по нормали к этой оси радиус и высота дуговых секторов генератора выполнены с учетом заполнения ими всего пространства в корпусе, плавающее средство развернуто носом или кормой к фронту подхода волн и закреплено якорями. 20 з.п. ф-лы, 9 ил.

Плавучая прибрежная гидроволновая электростанция // 2603849

Изобретение относится к области гидроволновой энергетики. Технический результат - повышение эффективности выработки электрической энергии. Плавучая прибрежная гидроволновая электростанция содержит установленные в трюме генераторы электрического тока, обеспечивающие выработку электрического тока при циклических поворотах-качаниях ротора или статора за счет наклона корпуса плавающего средства на угол ±α фронтом набегающих на него волн. Генераторы установлены с возможностью свободного качения на закрепленных в различных комбинациях поперек или вдоль оси корпуса плавающего средства парах параллельных зубчатых реек с горизонтальным расположением зубьев, с которыми введены в зацепление реверсивные и/или нереверсивные шестерни, установленные в различных комбинациях на торцах корпусов генераторов и на концах валов их роторов. Количество установленных на рейках генераторов может быть более одного, за счет объединения концов их валов связующими планками, а генераторы и рейки могут быть установлены в корпусе плавающего средства в несколько ярусов. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 12 ил.

Маятниковый гидроволновой генератор электрического тока // 2615288

Изобретение относится к области электричества и электрических машин, в частности - к генераторам электрического тока. Маятниковый гидроволновой генератор 1 электрического тока содержит статор 2 и ротор, у которых сердечники с катушками и системой их возбуждения обеспечивают выработку электрического тока при свободном подвесе статора 2 в плавающем средстве. Плавающее средство имеет возможность циклических колебаний на угол ±α при движении волн воды и выполнении таких же циклических колебаний генератором 1 в поперечной плоскости относительно вертикальной оси за счет его постоянной ориентации к центру тяготения Земли. Ось 5 подвеса статора 2 совмещена с осью его свободного качания и смещена относительно оси 5 вращения ротора. Между собой оси 5 и 7 связаны кинематически через систему зубчатых передач. Изобретение направлено на увеличение частоты вращения и мощности вырабатываемого электрического тока генератором со свободным вращением ротора относительно статора. 24 з.п. ф-лы, 34 ил.

Плавучая прибрежная гидроволновая электростанция // 2626188

Изобретение относится к сфере гидроволновой энергетики, в частности к генераторам, элементам их конструкций, корпусов и опор, к устройствам для регулирования механической энергии, конструктивно сопряженным с электрическими машинами. Плавучая прибрежная гидроволновая электростанция, использующая энергию качки ее корпуса (1) волнами и ветром, содержит перемещающиеся относительно корпуса (1) грузы (2), кинематически связанные с валами роторов электрогенераторов, для чего основания грузов (2) выполнены по дуге окружности и имеют возможность дугового перемещения в корпусе (1). Грузы (2) свободно установлены вдоль и/или поперек оси корпуса (1) своими боковыми цилиндрическими поверхностями на параллельные им опорные ролики (5) с возможностью устойчивой ориентации грузов (2) к центру Земли в вертикальной плоскости и их свободного поворота по дуге их основания при качке корпуса (1) волнами и ветром. С роторами и статорами электрогенераторов кинематически связаны опорные ролики (5). Изобретение направлено на обеспечение эффективного снятия мощности при широком диапазоне параметров и энергии волн. 24 з.п. ф-лы, 22 ил.

Способ получения электрической энергии во время движения железнодорожных объектов и автономный вибрационный источник электропитания автоматики железнодорожного транспорта // 2628620

Группа изобретений относится к путевым устройствам, взаимодействующим с поездом. Способ получения электрической энергии во время движения железнодорожных объектов заключается в том, что под рельсом или рядом с рельсом располагают круглый постоянный магнит и катушку с электрической обмоткой, расположенную внутри этого магнита. Катушку и постоянный магнит соединяют с помощью мягкого сочленения, обеспечивающего возможность пространственного перемещения катушки относительно магнита. При возникновении вибраций от проходящего состава за счет разности масс катушка и магнит вибрируют с разной частотой, что приводит к пространственному перемещению катушки относительно магнита. В электрической обмотке катушки генерируется напряжение, которое аккумулируют с помощью накопителя электрической энергии. Автономный необслуживаемый вибрационный источник электропитания элементов автоматики железнодорожного транспорта содержит катушку и постоянный магнит, которые имеют мягкое сочленение и помещены в общий корпус. Технический результат заключается в повышении эффективности получения электроэнергии при движении железнодорожного транспорта. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Электромеханический генератор и способ для преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию // 2644573

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для питания интеллектуальных сенсорных систем, используемых в областях. Техническим результатом является повышение срока службы и уменьшение потерь энергии. Электромеханический генератор для преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию содержит массу, упруго подсоединенную к телу посредством смещающего устройства и выполненную с возможностью совершать колебания у точки равновесия относительно тела с амплитудой колебаний; преобразователь, выполненный с возможностью преобразования колебаний массы у точки равновесия относительно тела в электрическую энергию, упругое устройство, расположенное между смещающим устройством и одним из массы и тела. Упругое устройство выполнено с возможностью быть деформированным между смещающим устройством и одним из массы и тела только тогда, когда амплитуда колебаний превышает предопределенную ненулевую пороговую амплитуду. Упругое устройство может содержать одно из винтовой пружины, уплотнительного кольца и пружинной шайбы, такой как тарельчатая шайба, криволинейная дисковая пружина, волнистая шайба и разрезная шайба. 5 н. и 37 з.п. ф-лы, 5 ил.