Способ получения электрической энергии в индукторном генераторе с гибким статором

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, в частности рессор или других элементов подвески, например амортизаторов. Технический результат состоит в упрощении, повышении надежности и к.п.д. Во время движении транспортного средства его элементы подвески совершают возвратно-поступательное движение. При воздействии на накладки 10, 11 на прямолинейных участках 4 и 5 знакопеременной силой, последние приходят в движение, сгибая статор в области дуги 3, заставляя полюса 8 и 9 приближаться, или удаляться друг от друга. За счет остаточной намагниченности или за счет постоянного магнита в статоре 1 образуется магнитное поле Ф. При изменении зазора напряженность магнитного поля меняется, то увеличивается, то уменьшается. Это приводит к изменению индукции и, следовательно, к изменению магнитного потока Ф. В соответствии с формулой Максвелла в обмотке якоря 7 наводится э.д.с., которая после выпрямителя поступает в бортовую сеть, в качестве которой может быть использован аккумулятор. За счет генерируемой ЭДС появляется и ток в обмотке возбуждения 6, что приводит к увеличению магнитного потока в статоре. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к способам получения электрической энергии при колебании различных механических устройств и может быть использовано, в частности, для генерирования переменного тока при колебании некоторых узлов транспортных средств, в частности рессор или других элементов подвески, например, амортизаторов.

Известен способ получения электрической энергии в индукторном генераторе, преобразующем колебания различных механических устройств, в частности некоторых узлов транспортных средств в электрическую энергию (см., например, патент RU №2444458, C1, (27.11.2012).

Недостаток известного способа заключается в том, что устройства, выполненные по данному способу, могут быть использованы лишь для генерации энергии при колебании рельсов, и их конструкция не предусматривает встраивание в элементы подвески транспортных средств (ТС).

Более близким по технической сущности, по мнению авторов, и принятый за прототип, является способ для генерирования переменной ЭДС, при колебаниях механических элементов, реализованный в устройстве, описанном в патенте RU №2468491 C1 (27.11.2012).

Известный способ предназначен для получения электрической энергии при механическом колебании различных элементов относительно друг друга, и заключается в том, что для генерирования переменной ЭДС формируют подвижную замкнутую магнитную цепь с зазором между полюсами и механически воздействуют знакопеременной силой на указанные полюса.

Достоинство способа состоит в том, что он является, по существу, универсальным и может быть использован для получения электрической энергии для различных систем, состоящих из двух колеблющихся между собой элементов.

Недостаток известного способа заключается в том, что для его применения необходимо наличие колеблющихся, независимо друг от друга, различных конструктивных элементов, преимущественно транспортных средств.

Задачей данного изобретения является создание простого и надежного преобразователя колебательной энергии в электрическую энергию, достаточную для промышленного применения.

Техническим результатом является повышение КПД и надежности преобразователя энергии колебаний в электрическую энергию, а также обеспечение универсальности и упрощение конструкции.

Технический результат достигается за счет того, что в способе для получения электрической энергии при механическом колебании различных элементов ходовой части ТС, передающих нагрузку с одной его части на другую, путем воздействия знакопеременной силой на магнитную систему из обращенных друг к другу полюсов с источником намагничивания и приемником электрической энергии, согласно изобретению, магнитную систему выполняют гибкой, состоящей из полос материала, обладающего ферромагнитными свойствами, изогнутых в виде дуги с равными по длине прямолинейными участками, являющимися продолжением упомянутой дуги, и способной изгибаться в области дуги, полосы покрывают с двух сторон лаком, причем знакопеременной силой воздействуют на прямолинейные участки, содержащие магнитные полюса.

В качестве источника намагничивания может быть применен постоянный магнит, располагаемый на прямолинейном участке магнитной системы.

Выполнение магнитной системы гибкой и состоящей из полос материала, обладающего ферромагнитными свойствами, изогнутых в виде дуги с равными по длине прямолинейными участками, являющимися продолжением упомянутой дуги, и способной изгибаться в области дуги, позволяет, воздействуя на прямолинейные участки, содержащие магнитные полюса, изменять зазор между полюсами и, тем самым, генерировать переменную ЭДС в приемнике электрической энергии.

Покрытие полос с двух сторон лаком способствует снижению вихревых токов в магнитной системе.

Применение в качестве источника намагничивания постоянного магнита, располагаемого на прямолинейном участке магнитной системы, позволяет минимизировать обмотку возбуждения.

Способ получения электрической энергии в индукторном генераторе с гибким статором иллюстрируется пятью фигурами.

На фиг.1 изображена замкнутая магнитная цепь устройства, выполненная по данному способу.

На фиг.2 представлено состояние зазора при полном сгибании магнитной системы.

Фиг.3 демонстрирует накладки, стягивающие полосы материала, из которого изготовлена магнитная система.

На фиг.4 показана принципиальная электрическая схема образованного таким образом электромагнитного генератора.

На фиг.5 нарисована магнитная система, содержащая вставку из постоянного магнита.

Система, иллюстрирующая предлагаемый способ получения электрической энергии в индукторном генераторе с гибким статором, устроена следующим образом. Статор магнитной системы 1 (фиг.1) выполнен из полос 2 материала, обладающего ферромагнитными свойствами. Эти полосы могут быть изготовлены из тонких, гибких, широких полос пружинистой стали, идущей, например, на изготовление рессор. В средней своей части полосы 2 изогнуты в виде дуги 3 и должны быть способны изгибаться в области дуги. С двух сторон от дуги имеются равные по длине прямолинейные участки 4, 5, являющиеся продолжением упомянутой дуги. Полосы, в свою очередь, с двух сторон покрыты электроизоляционным лаком (на фиг. не обозначен), препятствующим возникновению электрического контакта между полосами. На прямолинейном участке 4 размещена обмотка самовозбуждения 6. Кроме того, на противоположном прямолинейном участке 5 размещена обмотка якоря 7, предназначенная для генерации электрической энергии при воздействии на магнитную систему 1. На концах прямолинейных участков выполняют обращенные навстречу друг другу полюсные наконечники 8, 9. Эти наконечники могут быть получены путем изгибания полос 2 или быть накладными. Прилегающие поверхности наконечников 8, 9 скошены под углом так, чтобы при полном изгибании полос, при котором зазор становится близким к нулю, эти поверхности были параллельны друг другу (фиг.2).

На прямолинейных участках установлены накладки 10, 11 (см. также фиг.3), которые стягивают полосы, не давая им распушиться при движении. Накладки являются и местом приложения внешних сил. Одна из накладок крепится к лонжерону 12 транспортного средства. Вторая накладка крепится к элементу 13 подвески ТС, совершающему возвратно-поступательное движение по отношению к лонжерону 12.

Генерирующая обмотка 7 подключена на вход двухполупериодного выпрямительного моста 14, выходом которого является приемник электрической энергии. Обмотка намагничивания 6 подключена к входу выпрямительного моста 14. В схеме используется также обратный диод 15.

В варианте технического решения прямолинейный участок магнитной системы 4 содержит вставку в виде постоянного магнита 16 (фиг.5), который фиксируется удлиненной накладкой 17. При этом обмотка намагничивания 6 может вообще отсутствовать, или иметь меньшие размеры в сравнении с системой, не содержащей магнит.

Способ получения электрической энергии в индукторном генераторе с гибким статором действует следующим образом. Во время движения транспортного средства его элементы подвески совершают возвратно-поступательное движение. При воздействии знакопеременной силой на накладки 10, 11 на прямолинейных участках 4 и 5, последние приходят в движение, сгибая статор в области дуги 3, заставляя полюса 8 и 9 приближаться, или удаляться по отношению друг к другу (фиг.2). За счет остаточной намагниченности или за счет постоянного магнита 16 в статоре 1 (фиг.1) образуется магнитное поле «ф». При изменении зазора напряженность магнитного поля меняется, то увеличивается, то уменьшается. Это приводит к изменению индукции и, следовательно, к изменению магнитного потока ф. В соответствии с формулой Максвелла в обмотке якоря 7 возникает электродвижущая сила ЭДС:

где w - число витков в обмотке якоря 7, dф/dt - изменение магнитного потока dф за время dt. Таким образом, имеет место колебание ЭДС. Эта переменная ЭДС после выпрямителя 14 (фиг.4) поступает в бортовую сеть, в качестве которой может быть использован аккумулятор. За счет генерируемой ЭДС появляется и ток в обмотке возбуждения 6, что приводит к увеличению магнитного потока в статоре 1. Самовозбуждение способствует нарастанию ЭДС до момента, когда происходит насыщение железа статора. После чего автономное электропитание от генератора выходит на постоянный режим.

Для того, чтобы не повредить полюсные наконечники, необходимо заранее определить минимальное изменение просвета между поверхностями полюсов с тем, чтобы не допустить соударений между ними.

Достоинство данного способа заключается в том, что на его основании удается изготавливать простые и надежные генераторы собственных нужд ТС, в которых используется дармовая энергия колебаний амортизирующих подвесок. Этот способ может быть применен в любых транспортных системах, в которых используется система амортизации корпуса и будет способствовать повышению энергетических возможностей в ТС.

1. Способ для получения электрической энергии при механическом колебании различных элементов ходовой части транспортного средства, передающих нагрузку с одной его части на другую, путем воздействия знакопеременной силой на магнитную систему из обращенных друг к другу полюсов с источником намагничивания и приемником электрической энергии, отличающийся тем, что магнитную систему выполняют гибкой, состоящей из полос материала, обладающего ферромагнитными свойствами, изогнутых в виде дуги с равными по длине прямолинейными участками, являющимися продолжением упомянутой дуги, и способной изгибаться в области дуги, полосы покрывают с двух сторон лаком, причем знакопеременной силой воздействуют на прямолинейные участки, содержащие магнитные полюса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника намагничивания применен постоянный магнит, располагаемый на прямолинейном участке магнитной системы.