Электроэнергетическая машина с мышечным приводом
Предложена электроэнергетическая машина с мышечным приводом. Она содержит раму, на которой подвижно установлено пассажирское сиденье, закрепленное на остове с опорными колесами, которые имеют возможность свободного вращения и возвратно-поступательного движения в параллельно спаренных полозьях рамы. При этом опорные колеса жестко закреплены на осях, введенных с возможностью их свободного вращения в отверстия остова сиденья или в закрепленные на остове опоры с подшипниками, а эти оси кинематически связаны с валами роторов генераторов электрического тока, статоры которых закреплены на остове пассажирского сиденья. Вращение и возвратно-поступательные движения опорных колес сиденья реализованы путем отталкивания ногами и/или руками и подтягивания руками пассажира при возвратном ходе, для чего на раме выполнены упоры. 20 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к средствам выработки электрического тока и сфере удовлетворения жизненных потребностей человека, в частности - к спортивным тренажерам.
Известна электроэнергетическая машина в виде качели, содержащей стойки, соединенные сверху перекладиной, на которой установлены с возможностью качания стержни с прикрепленным к ним сиденьем, а с одной или с двух боковых сторон качели, на ее стержнях, или на стойках, или на перекладине установлен сектор ведущего зубчатого колеса, центр которого связан с центром качания стержней, а с его зубьями введена в зацепление шестерня, связанная с валом ротора электрического генератора, закрепленного на перекладине, или на стойках, или на стержнях, при этом сектор ведущего зубчатого колеса может иметь внутренний или наружный зубчатый венец (см. патент на изобретение Российской Федерации №2492902. МПК A63G 9/00. Качели и их варианты. Заявка №2011139937/20 от 30.09.11. Авт. изобрет. Настасенко В.А. // БИ №26 от 20.10.2013).
Недостатком данной электроэнергетической машины является малая мощность при малых углах раскачивания сиденья с пассажиром.
Известно также устройство для тренировки гребцов, содержащее смонтированную на колесах раму, неподвижно закрепленные к ней стойки, на которые подвижно установлена спинка поясничного упора, подвижное сиденье, подвижные упоры для рук с рукоятками для ног, а рукоятки упоров для рук установлены на концах стоек, жестко закрепленных к тележке, перемещающейся по направляющим, расположенным под направляющими для подвижного упора для ног (см. патент на изобретение Российской Федерации №2153909. МПК А63В 69/06. Устройство для тренировки гребцов. Заявка №99119678/12 от 10.09.1999. Авт. изобрет. Луговой С.И. // БИ №18 от 10.08.2000).
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности преобразования энергии движимого спортсменом сиденья в электрическую энергию.
Задачей данной заявки на изобретение является устранение указанных недостатков путем выполнения электроэнергетической машины с мышечным приводом, имеющей раму, на которую подвижно установлено пассажирское сиденье, закрепленное на остове с боковыми отверстиями или опорами с подшипниками, в которые введены оси, с возможностью их свободного вращения поперек остова, а на концах осей закреплены пары опорных колес, имеющих возможность свободного вращения и возвратно-поступательного движения в параллельно спаренных полозьях рамы, при этом оси опорных колес кинематически связаны с валами роторов генераторов электрического тока, статоры которых закреплены на остове.
Для накопления выработанной электрической энергии использованы аккумуляторы и/или конденсаторы, имеющие возможность разрядки импульсами синусоидальной формы в заданном режиме частот, образованном инверторами или дополнительными электронными приборами, а кинематическая связь оси опорных колес и вала ротора генератора электрического тока создана зубчатой передачей, имеющей закрепленное на этой оси ведущее зубчатое колесо, введенное в зацепление с закрепленной на валу ротора ведомой шестерней.
Для фиксации межосевого расстояния, ось и вал введены, с возможностью свободного их вращения, в отверстия соединительной планки, или кинематическая связь создана цепной передачей, которая имеет закрепленную на этой оси ведущую звездочку, введенную в зацепление цепью с ведомой звездочкой, закрепленной на валу ротора, или клиноременной передачей, имеющей закрепленный на этой оси ведущий шкив, введенный в зацепление клиновым ремнем с ведомым шкивом, закрепленным на валу ротора, или зубчатой ременной передачей, которая имеет закрепленный на этой оси ведущий зубчатый шкив, введенный в зацепление зубчатым ремнем с ведомым зубчатым шкивом, закрепленным на валу ротора.
Для улучшения условий работы пассажира на конце рамы установлены стойки, служащие ограничителем хода пассажирского сиденья, а на стойках закреплена поперечина, служащая опорой для толкания ногами пассажира.
Для улучшения условий работы пассажирами с различными антропологическими параметрами поперечина выполнена с возможностью регулировки высоты ее установки на этих стойках, или в количестве большем, чем одна и эти поперечины установлены на стойках на разной высоте.
Для увеличения энергетического потенциала машины на раме установлены дополнительные стойки с рукоятками для толкания и/или подтягивания сиденья руками пассажира.
Для улучшения условий работы пассажиров с различными антропологическими параметрами рукоятки имеют возможность регулировки высоты их установки на этих стойках, или в количестве, большем чем одна пара, рукоятки на этих стойках установлены на разной высоте, сами стойки выполнены с возможностью смещения вдоль полозьев рамы с последующим их закреплением, а к сиденью подвешены и/или закреплены на нем дополнительные грузы. Кроме этого, сиденья установлены попарно, спинками друг к другу, с соответствующим выполнением дополнительных поперечин для ног и рукояток для рук пассажира.
Для облегчения условий качения сиденья на этапе подтягивания руками ведущее зубчатое колесо или передающая вращение валу ротора электрогенератора ведомая шестерня связаны с кулачковой или обгонной муфтой, которые имеют возможность автоматического выведения их из зацепления в этом направлении движения сиденья и вращения ведущего колеса или шестерни и автоматического введения ее в зацепление при противоположном направлении движения сиденья и вращения ведущего колеса или шестерни, или с такими же муфтами связаны ведущая или ведомая звездочки, или ведущий или ведомый шкивы клиноременной или зубчатой ременной передач, или с возможностью такого же автоматического отключения и включения, выполнены катушки для возбуждения магнитного поля электрогенератора.
Для исключения реверса вала ротора электрогенератора при прямом и обратном движении сиденья и вращении оси опорных колес, связанное с ней ведущее зубчатое колесо, и/или установленные на валу ротора ведомые шестерни, связаны с кулачковыми или обгонными муфтами противоположного зацепления, направление вращения которых обеспечено введенными с ними в зацепление промежуточными паразитными шестернями, при этом на оси опорных колес закреплены два ведущих зубчатых колеса, сдвоенные по ширине, а на валу ротора или на дополнительной оси, связанной с ним соединительной муфтой, установлены две кулачковые или обгонные муфты с одинаковым зацеплением, связанные с ведомыми шестернями, одна из которых введена в зацепление с первым ведущим зубчатым колесом, а вторая - вынесена за ширину ведущих зубчатых колес и введена в зацепление с закрепленной на промежуточной оси второй паразитной шестерней. Первая паразитная шестерня закреплена на той же оси и введена в зацепление со вторым ведущим зубчатым колесом, а между этими шестернями выполнен зазор для соединительной Г-образной планки, в отверстия которой с возможностью свободного вращения введены: ось ведущих зубчатых колес, конец вала ротора или ось ведомых шестерен и ось паразитных шестерен.
Для регулировки мощности электрогенератора, катушки для возбуждения магнитного поля выполнены в парном количестве, с возможностью их подключения в комбинациях по 2, или по 3, или по 4, или по 6, или по 8, или по 12, или по 16, или по 24 и т.д.
Конструкции предлагаемых электроэнергетических машин с мышечным приводом и их варианты исполнений показаны на чертежах.
На фиг. 1 показана электроэнергетическая машина, содержащая раму 1 с параллельно спаренными полозьями 2, на которой подвижно установлено пассажирское сиденье 3, закрепленное на остове 4 с парами опорных колес 5, жестко закрепленных на осях 6, которые введены с возможностью свободного вращения в боковые отверстия в остове или в опоры 7 с подшипниками. Опорные колеса имеют возможность свободного вращения в полозьях рамы при возвратно-поступательном движении пассажирского сиденья, а их оси кинематически связаны с валами роторов генераторов электрического тока, статоры которых закреплены на поперечинах остова пассажирского сиденья.
Для накопления выработанного электрогенераторами электрического тока использованы аккумуляторы 8 и/или конденсаторы с устройством 9 для его разделения и выпрямления, а возможность их разрядки импульсами синусоидальной формы в заданном режиме частот создана инверторами 10 или другими электронными приборами.
В исполнении 1 кинематическая связь оси 6 опорных колес 5 и вала 11 ротора генератора 12, закрепленного на поперечинах 13, создана зубчатой передачей, которая имеет закрепленное на оси 6 ведущее зубчатое колесо 14, введенное в зацепление с закрепленной на валу ротора ведомой шестерней 15.
В исполнении 2, для фиксации межосевого расстояния между осью 16 опорных колес и валом 11 ротора электрогенератора 12, они введены с возможностью свободного вращения в отверстия соединительной планки 17.
В исполнении 3, для повышения частоты вращения вала 11 ротора генератора электрического тока 12 между ведущим зубчатым колесом 14 и ведомой шестерней 15 установлен введенный с ними в зацепление блок 18 зубчатых колес, связанный осью 19, введенной с возможностью свободного вращения в опору 20, Количество сдвоенных блоков может быть увеличено или использован заменяющий их мультипликатор.
В исполнении 4 кинематическая связь оси опорных колес и вала ротора генератора электрического тока создана цепной передачей, которая имеет закрепленную на оси 6 ведущую звездочку 21, введенную адекватной ей цепью 22 в зацепление с ведомой звездочкой 23, закрепленной на валу 11 ротора. Цепи могут быть втулочно-роликовыми, зубчатыми пластинчатыми и др. Для них возможен менее точный монтаж, чем для зубчатых передач.
В исполнении 5 кинематическая связь оси опорных колес и вала ротора генератора электрического тока создана клиноременной передачей, которая имеет закрепленный на оси 6 ведущий шкив 24, введенный в зацепление клиновым ремнем 25 с ведомым шкивом 26, закрепленным на валу 11 ротора.
В исполнении 6 кинематическая связь оси опорных колес и вала ротора генератора электрического тока создана зубчатой ременной передачей, которая имеет закрепленный на оси 6 ведущий зубчатый шкив 27, введенный в зацепление адекватным ему зубчатым ремнем 28 с ведомым зубчатым шкивом 29, закрепленным на валу 11 ротора
Принцип работы машины заключается в следующем. За счет веса Ρ пассажира с сиденьем 3, его остовом 4, четырьмя опорными колесами 5, двумя осями 16, двумя генераторами электрического тока 12, двумя ведущими зубчатыми колесами 14 и введенными с ними в зацепление двумя ведомыми шестернями 15 и соединительными планками 17, их перемещение ногами пассажира на расстояние l создает работу A, которая преобразуется в энергию вращения роторов 11, а ей противодействует энергия электромагнитного поля, создаваемого катушками статоров электрических генераторов 12, что ведет к выработке электрического тока, который далее преобразуется электронными устройствами 9 и накапливается в аккумуляторах 8 или в конденсаторах, с синхронизацией его на выходе инверторами 10 по частоте, амплитуде, форме и другим параметрам. Силы трения качения в подшипниках осей 16 ведут к минимальным потерям в работе А, поэтому она на 98…97% переходит в полезную работу. Ввод в зацепление промежуточных блоков сдвоенных зубчатых колес 18 или мультипликатора увеличивает частоту оборотов ротора электрогенератора, что также повышает эффективность его работы.
Аналогична работа машины - при замене зубчатых передач цепными, клиноременными, зубчатыми ременными и другими подобными передачами.
На фиг. 2 показан новый вариант исполнения 1 электроэнергетической машины с мышечным приводом, имеющей раму 1 с параллельно спаренными полозьями 2, в которых на опорных колесах 5 установлено пассажирское сиденье 3 с возможностью его возвратно-поступательного движения, а для улучшения условий работы пассажира на конце рамы установлены стойки 30, служащие ограничителем хода сиденья, а на этих стойках закреплена поперечная опора 31, служащая упором для толкания ногами пассажира.
В исполнении 2 установленная на стойках 30 поперечная опора 32 для толкания ногами пассажира выполнена с возможностью регулировки высоты ее установки, для чего на концах поперечной опоры выполнены отверстия, а в стойках - продольные прорези 33, в которых поперечная опора закреплена болтами 34 с шайбами 35 и гайками 36.
В исполнении 3 поперечные опоры 31 для толкания ногами пассажира и поперечные опоры 37, в количестве одна и больше, закреплены на стойках 30 на разной высоте, что позволяет изменять положение ног пассажиру и повышать удобства толкания в зависимости от реальных условий работы.
Принцип работы данной машины отличается от предыдущего только улучшением условий работы пассажира, за счет удобного расположения на стойках 30 поперечин 31, 32 или 37, служащих ему опорой для толкания ногами.
На фиг. 3 показан новый вариант исполнения 1 электроэнергетической машины с мышечным приводом, имеющей раму 1 с параллельно спаренными полозьями 2, в которых на опорных колесах 5 установлено пассажирское сиденье 3 с возможностью его возвратно-поступательного движения, а для увеличения энергетического потенциала машины с рамой 1 связана пара дополнительных стоек 38 с рукоятками 39, служащими для толкания и/или подтягивания сиденья руками пассажира, а для улучшения условий работы пассажиров с разными антропологическими параметрами дополнительные стойки 38 установлены с возможностью их продольного смещения вдоль полозьев 2 рамы, для чего у основания стоек выполнена перекладина 40 с прорезью 41, для последующего ее крепления винтами 42 и гайками 43.
В исполнении 2, для регулировки высоты установки при работе пассажиров с разными антропологическими параметрами на вершине стоек 38 выполнен вырез 44, а рукоятки 45 выполнены Г-образными и введены через вырез внутрь профиля стоек, а через боковое отверстие, выполненное у выреза на профиле, они закреплены болтами 46, которые завинчены в гайки 47, закрепленные у этих отверстий, и могут быть зажаты контргайками.
В исполнении 3 рукоятки 39 установлены на стойках 38 в количестве, большем чем одна пара и на разной высоте, что позволяет менять положение рук и повышать удобства толкания или подтягивания, в зависимости от реальных условий работы пассажира.
Принцип работы предлагаемой машины отличается от предыдущего вводом дополнительных стоек 38 с рукоятками 39 или 45 для толкания и/или подтягивания сиденья руками пассажира, что не только увеличивает ее энергетический потенциал при прямом ходе сиденья с пассажиром, но и улучшает условия их возврата в исходное положение при обратном ходе.
На фиг. 4 показан новый вариант исполнения 1 электроэнергетической машины с мышечным приводом, в котором для облегчения условий работы пассажира на этапе обратного хода и подтягивания руками сиденья 3 с колесами 5 ведущее зубчатое колесо 14 или ведомая шестерня 15 связаны с промежуточной кулачковой муфтой 48, которая с помощью пружины 49 имеет возможность автоматического выведения из зацепления ее кулачков 50 в этом направлении ее вращения и введения в зацепление ее кулачков на этапе толкания ногами и в противоположном направлении ее вращения.
В исполнении 2 для облегчения условий работы пассажира на этапе обратного хода с подтягиванием сиденья руками ведущее зубчатое колесо 14 или ведомая шестерня 15 связаны с промежуточной обгонной муфтой 51, например с храповыми зубьями 52 и шариками 53, введенными в их полости, которые обеспечивают возможность автоматического выведения муфты из зацепления в этом направлении движения сиденья и ее вращения и введения муфты в зацепление на этапе противоположного направления ее вращения при толкании пассажиром сиденья ногами.
Аналогичная установка кулачковых или обгонных муфт возможна, как на ведущей, так и на ведомой звездочках или на ведущем, или на ведомом шкивах клиноременной и зубчатой ременных передач. При этом применение маховиков на роторах электрогенераторов позволяет замедлить снижение частот вращения на этапе холостого хода при возврате пассажиром сиденья.
Принцип работы данной машины отличается от предыдущего вводом кулачковых 48 или обгонных муфт 51, которые на этапе подтягивания пассажирского сиденья руками автоматически выводят из зацепления либо ведущие, либо ведомые зубчатые колеса или шестерни, или звездочки, или шкивы для клиноременной и зубчатой ременных передач.
Возможно также облегчение условий работы пассажира на этапе его подтягивания руками путем автоматического отключения питания катушек для возбуждения магнитного поля при этом направлении движения сиденья, вращения оси опорных колес и кинематически связанных с нею роторов электрогенераторов и автоматического их включения при противоположном направлении движения сиденья и вращения оси опорных колес и связанных с ними зубчатых колес, звездочек цепных и шкивов ременных передач.
На фиг. 5 показан новый вариант исполнения 1 электроэнергетической машины с мышечным приводом, имеющей раму 1 с параллельно спаренными полозьями 2, в которых на опорных колесах 5 установлено с возможностью его возвратно-поступательного движения пассажирское сиденье 3, а на нем, и/или на его остове, для увеличения энергетического потенциала подвешены и/или установлены и закреплены дополнительные грузы 54, 55, которыми могут быть выпрямители, аккумуляторы, конденсаторы и инверторы.
В исполнении 2 для увеличения энергетического потенциала машины, сиденья 3 на остове 56 установлены попарно, спинками друг к другу, а на раме 57 дополнительно установлены стойки 30 с поперечинами 31 для ног и стойки 38 с рукоятками 39 для рук пассажира. Аккумуляторы 8, выпрямители 9 и инверторы 10 могут быть размещены на остове 56 или вынесены за него.
В исполнении 3, для исключения реверса ротора электрогенератора при прямом и обратном движении сиденья и вращении опорных колес, связанных общей осью 16, на ней закреплены два ведущих зубчатых колеса 14, сдвоенных по ширине, а на валу 11 ротора, или на дополнительной оси 58, связанной с ним соединительной муфтой 59, установлены две кулачковые или обгонные муфты 51 с одинаковым направлением их зацепления, а на них выполнены ведомые шестерни 15, одна из которых введена в зацепление с первым ведущим зубчатым колесом, а вторая муфта с шестерней вынесена за ширину этих зубчатых колес и введена в зацепление с закрепленной на промежуточной оси 60 второй паразитной шестерней 61, а первая паразитная шестерня жестко закреплена на той же оси и введена в зацепление со вторым ведущим зубчатым колесом 14, а между этими шестернями выполнен зазор для соединительной Г-образной планки 62, в отверстия которой введены с возможностью свободного вращения ось спаренных ведущих зубчатых колес, ось ведомых шестерен, конец вала ротора или ось паразитных шестерен.
Удвоение ведущих колес 14, по сравнению с ранее известной системой исключения реверса, улучшает условия выбора межцентрового расстояния при установке паразитной шестерни за счет возможности доворота второго ведущего колеса в процессе монтажа и крепления его по месту доворота с первым ведущим колесом путем сверления сквозных отверстий в дисках обоих колес и зажима их введением в эти отверстия винтов 63 с гайками 64. Вторым преимуществом является установка Г-образной планки для фиксации осей колес и шестерен, симметрично первой и второй паразитных шестерен, что улучшает условия их контакта в зацеплении с первым ведущим колесом и второй ведомой шестерней.
Принцип работы данной электроэнергетической машины в исполнении 1 отличается от предыдущего увеличением веса пассажирского сиденья и работы по его движению на величину, определяемую уровнем физических способностей пассажира, что повышает энергетический потенциал системы.
В исполнении 2 энергетический потенциал машины увеличивается не только за счет попарной установки сидений 3 спинками друг к другу и увеличения веса системы, но и за счет исключения ее обратного холостого хода (оба пассажира на этапах обратного хода сиденья по очереди отдыхают), что более чем в 2 раза повышает показатели мощности системы. Увеличение веса системы незначительно увеличит силы трения качения в подшипниках, поэтому работа А механического движения уменьшится лишь на 2…3%, а общий КПД системы будет близким к КПД генератора электрического тока.
В исполнении 3 реверс вала 11 ротора генератора 12 электрического тока исключен, т.к. при прямом движении сиденья пассажиром и вращении пары опорных колес 5, связанных общей осью 16 с закрепленными на ней двумя ведущими зубчатыми колесами 14, противоположное направление действия кулачковых или обгонных муфт 51 ведомых шестерен 15 введет в зацепление, например, первую ведомую шестерню, которая контактирует со своим ведущим зубчатым колесом напрямую, и выведет из зацепления вторую ведомую шестерню, имеющую контакт с парным ведущим зубчатым колесом через паразитные шестерни 61, которые вращают ее в противоположном направлении. При обратном движении сиденья пассажиром и вращении в противоположном направлении пары опорных колес 5, связанных осью 16 с закрепленными на ней ведущими зубчатыми колесами 15, кулачковые или обгонные муфты 51 выведут из зацепления первую ведомую шестерню, которая контактирует с первым ведущим зубчатым колесом напрямую, и введет в зацепления вторую ведомую шестерню, которая контактирует с парным ведущим зубчатым колесом через паразитную шестерню 61, дающую ей противоположное направление вращения. Таким образом, направление движения обеих ведомых шестерен 15 и связанного с ними вала 11 ротора электрогенератора остается прежним, а инерция его вращения сглаживает изменение частот колебаний на переходных этапах изменения направления вращения ведущих зубчатых колес.
Для регулировки мощности электрогенератора во всех вариантах исполнения предлагаемой машины катушки для возбуждения магнитного поля могут быть выполнены в парном количестве, с возможностью их подключения в комбинациях по 2, или по 3, или по 4, или по 6, или по 8, или по 12, или по 16, или по 24 и т.д. и их включения по выбору пассажира.
Дополнительным достоинством предлагаемой электроэнергетической машины является применение ее как спортивного тренажера.
Реализация предлагаемых машин во всех вариантах их исполнения, возможна в рамках существующих технологий, электрогенераторы, зубчатые, цепные и ременные передачи также широко применимы в настоящее время, поэтому их изготовление возможно в реальном промышленном производстве. Таким образом, совокупность заявленных признаков машины и вариантов их исполнений являются новыми техническими решениями, которые имеют изобретательский уровень, что подтверждает возможность признания данной заявки изобретением и обеспечивает возможность его широкого внедрения.
Пример конкретного исполнения рассмотрен для двух вариантов, показанных на фиг. 3 и 5.
При одном кресле с пассажиром их общая масса m в среднем составит 100 кг, а прямой ход l при отталкивании ногами составит 0,5 м. Тогда работа А составит величину:
При КПД подшипников η=0,98 энергетический потенциал составит:
При одном прямом движении сиденья за время t=1 секунду и КПД преобразования механической энергии в генераторе машины в электрическую ηэ=75% ее теоретическая мощность Nm составит:
При холостом обратном ходе сиденья за счет размыкания зубчатого зацепления обгонными муфтами и выполнения одного холостого хода за то же время tx=1 секунду, фактическая мощность Nф составит величину:
Однако ограничителем мощности является физическая сила человека. При подъеме его одной ногой по лестнице на 1 ступеньку (n=1) высотой h=0,15 м за время t=1 с и его массе m=80 кг он развивает мощность Nч:
Таким образом, при работе пассажира сидя и двумя ногами, с учетом КПД системы η=75%, ее реальна мощность Np составит величину:
Эта величина удовлетворяет требуемой мощности Nф для системы, однако человек со средней физической подготовкой не сможет ее развивать длительное время. Поэтому считаем, что через 20 с работы он будет 20 с отдыхать, что приведет к снижению мощности Nчр до ½ от исходной:
Данной энергии достаточно для питания 10 экономичных лампочек по 12 Вт, заменяющих лампы накаливания мощностью 60 Вт, что решает проблему освещения при отключении электроэнергии одной комнаты двумя лампочками и накопления в аккумуляторах или конденсаторах до 90 Вт для питания других бытовых электроприборов в остальное время суток.
Полезная работа An за 1 час (или 3600 с) выполнения двойных движений сиденья в режиме 50:50 составляет:
Обеспечивается выработка данной электроэнергии - энергией пищи. Работа An8 за время 4 часа в сутки (½ рабочей смены), составит величину:
Это удовлетворяет нормам питания работников тяжелого физического труда, составляющим 6000…8000 ккал/сутки, и позволяет использовать машину для снижения веса пассажира, а также как тренажер для качания мышц ног, рук, спины, ягодиц и брюшного пресса.
При работе двух пассажиров в двух креслах, развернутых спинками друг к другу, холостой ход будет исключен, что при прочих условиях работы, равных предыдущим, доведет общую выработку электроэнергии до 0,18 кВт, однако дополнительным эффектом является то, что оба пассажира меньше устают, поскольку могут не работать руками при подтягивании кресла.
Частота вращения ротора электрогенератора будет зависеть от частоты n вращения опорных колес и от передаточного отношения между ведущим зубчатым колесом и шестерней вала генератора. При диаметре опорных колес 150 мм или 0,15 м и ходе сиденья 0,5 м за 1 секунду частота составит:
При 35 зубьях ведущего зубчатого колеса и 7 зубьях в шестерне вала ротора частота np его вращения составит:
Применение блока сдвоенных зубчатых колес позволяет повысить ее до 1500 мин-1, что приемлемо для эффективной работы электрогенератора.
При выработке от 0,09 до 0,18 кВт электроэнергии в час стоимостью С=0,2 у.е. по "зеленому" тарифу, суточный экономический эффект Эс будет зависеть от количества часов работы машины, и при 4 часах составит:
При 250 днях работы по 4 часа или 1000 часах в год и стоимости предлагаемой электроэнергетической машины с электрооборудованием в 100 у.е. годовой экономический эффект составит:
Поэтому срок ее окупаемости составит от 3 до 6 лет.
Мощность 0,12 кВт развивают 1 м2 солнечных батарей, работающих только светлое время суток, в среднем 3000 часов в год, что обеспечивает экономический эффект
Поскольку их стоимость с электрооборудованием ≈500 у.е., срок их окупаемости составит 7 лет.
Однако их размещение требует наличия наружных поверхностей, подверженных климатическим воздействиям, что затрудняет их применение жителями обычных многоквартирных домов, а предлагаемые - могут быть использованы в квартирах, поскольку их хранение возможно в разобранном виде и они не требует больше места, чем аналогичный тренажер. При этом наиболее важным является эффект получения электрического тока в нужное время при его отсутствии - аварийном или ином отключении, а также на даче без электрического тока, на пикнике, в охотничьих домиках или в других отдаленных и труднодоступных для подвода электрического тока местах, обсчет которого зависит от конкретных условий получения эффекта.
Предлагаемые энергетические машины значительно эффективнее всех известных в настоящее время электрогенераторов мышечного типа, в т.ч. велосипедных, применяющихся в бомбоубежищах.
Побочный полезный эффект обеспечивает применение предлагаемых машин как тренажера для физического развития пассажира и для снижения его веса, поэтому их можно использовать в спортивных и тренажерных залах и фитнес-клубах. По принципу замены механической электродинамической нагрузки могут быть созданы другие тренажеры.
Совокупность приведенных данных подтверждает целесообразность широкого применения предлагаемых электроэнергетических машин.
1. Электроэнергетическая машина с мышечным приводом, содержащая раму, на которой подвижно установлено пассажирское сиденье, закрепленное на остове с опорными колесами, которые имеют возможность свободного вращения и возвратно-поступательного движения в параллельно спаренных полозьях рамы, отличающаяся тем, что опорные колеса жестко закреплены на осях, введенных с возможностью их свободного вращения в отверстия остова сиденья или в закрепленные на остове опоры с подшипниками, а эти оси кинематически связаны с валами роторов генераторов электрического тока, статоры которых закреплены на остове пассажирского сиденья, а вращение и возвратно-поступательные движения опорных колес сиденья реализованы путем отталкивания ногами и/или руками и подтягивания руками пассажира при возвратном ходе, для чего на раме выполнены упоры.
2. Электроэнергетическая машина с мышечным приводом по п. 1, отличающаяся тем, что для накопления выработанной электрической энергии использованы аккумуляторы и/или конденсаторы, имеющие возможность разрядки импульсами в заданном режиме частот, образованном инверторами.
3. Электроэнергетическая машина с мышечным приводом по п. 1, отличающаяся тем, что кинематическая связь оси опорных колес и вала ротора генератора электрического тока создана зубчатой передачей, которая содержит закрепленное на этой оси ведущее зубчатое колесо, введенное в зацепление с закрепленной на валу ротора ведомой шестерней, а для фиксации межосевого расстояния между осью опорных колес и валом они введены с возможностью их свободного вращения в отверстия соединительной планки.
4. Электроэнергетическая машина с мышечным приводом по п. 1, отличающаяся тем, что кинематическая связь оси опорных колес и вала ротора генератора электрического тока создана зубчатой передачей, которая имеет закрепленное на оси ведущее зубчатое колесо, введенное в зацепление с закрепленной на валу ротора ведомой шестерней через блок или блоки сдвоенных зубчатых колес, а для фиксации межосевого расстояния вал и все оси введены с возможностью вращения в отверстия соединительной планки.
5. Электроэнергетическая машина с мышечным приводом по п. 1, отличающаяся тем, что кинематическая связь оси опорных колес и вала ротора генератора электрического тока создана цепной передачей, которая имеет закрепленную на этой оси ведущую звездочку, введенную адекватной ей цепью в зацепление с ведомой звездочкой, закрепленной на валу ротора.
6. Электроэнергетическая машина с мышечным приводом по п. 1, отличающаяся тем, что кинематическая связь оси опорных колес и вала ротора генератора электрического тока создана клиноременной передачей, которая имеет закрепленный на этой оси ведущий шкив, введенный клиновым ремнем в зацепление с ведомым шкивом, закрепленным на валу ротора.
7. Электроэнергетическая машина с мышечным приводом по п. 1, отличающаяся тем, что кинематическая связь оси опорных колес и вала ротора генератора электрического тока создана зубчатой ременной передачей, которая имеет закрепленный на этой оси ведущий зубчатый шкив, введенный адекватным ему зубчатым ремнем в зацепление с ведомым зубчатым шкивом, закрепленным на валу ротора.
8. Электроэнергетическая машина с мышечным приводом по п. 1, отличающаяся тем, что для улучшения условий работы пассажира на конце рамы установлены стойки, служащие ограничителем хода пассажирского сиденья, а на этих стойках закреплена поперечная опора, служащая упором для толкания пассажирского сиденья ногами пассажира.
9. Электроэнергетическая машина с мышечным приводом по п. 1, отличающаяся тем, что для улучшения условий работы пассажиров с разными антропологическими параметрами на конце рамы установлены стойки с поперечной опорой для толкания ногами пассажира, которая выполнена с возможностью регулировки высоты ее установки на стойках, или поперечные опоры в количестве больше одной закреплены на стойках на разной высоте.
10. Электроэнергетическая машина с мышечным приводом по п. 1, отличающаяся тем, что для увеличения ее энергетического потенциала на раме установлена дополнительная пара стоек с рукоятками для толкания и/или подтягивания пассажирского сиденья руками пассажира.
11. Электроэнергетическая машина с мышечным приводом по п. 1, отличающаяся тем, что для улучшения условий работы пассажиров с разными антропологическими параметрами на раме установлена с возможностью смещения вдоль ее полозьев и последующего закрепления дополнительная пара стоек с рукоятками для толкания и/или подтягивания пассажирского сиденья руками пассажира, а рукоятки выполнены Г-образными и имеют возможность регулировки высоты их установки на дополнительных стойках, или в количестве большем, чем одна пара, рукоятки установлены на этих стойках на разной высоте.
12. Электроэнергетическая машина с мышечным приводом по п. 1, отличающаяся тем, что для увеличения ее энергетического потенциала на пассажирском сиденье и/или на его остове подвешены или установлены и/или закреплены дополнительные грузы.
13. Электроэнергетическая машина с мышечным приводом по п. 1, отличающаяся тем, что для увеличения ее энергетического потенциала на остове сиденья установлены попарно, спинками друг к другу, а для ног и рук второго пассажира дополнительно введены поперечные опоры и рукоятки.
14. Электроэнергетическая машина с мышечным приводом по п. 1, отличающаяся тем, что кинематическая связь оси опорных колес и вала ротора генератора электрического тока создана зубчатой передачей, которая содержит закрепленное на этой оси ведущее зубчатое колесо, введенное в зацепление с закрепленной на валу ротора ведомой шестерней, для фиксации межосевого расстояния между осью опорных колес и валом они введены с возможностью их свободного вращения в отверстия соединительной планки, а для облегчения условий работы пассажира на этапе подтягивания сиденья руками ведущее зубчатое колесо или ведомая шестерня связаны с обгонной или кулачковой муфтой, имеющей возможность автоматического вывода ее из зацепления в этом направлении движения сиденья и вращения ведущего зубчатого колеса или шестерни и ввода ее в зацепление в противоположном направлении движения сиденья и вращения ведущего зубчатого колеса или шестерни.
15. Электроэнергетическая машина с мышечным приводом по п. 1, отличающаяся тем, что кинематическая связь оси опорных колес и вала ротора генератора электрического тока создана цепной передачей, которая имеет закрепленную на этой оси ведущую звездочку, введенную адекватной ей цепью в зацепление с ведомой звездочкой, закрепленной на валу ротора, а для облегчения условий работы пассажира на этапе подтягивания сиденья руками ведущая или ведомая звездочка связана с обгонной или кулачковой муфтой, имеющей возможность автоматического вывода ее из зацепления в этом направлении движения сиденья и вращения звездочек и ввода ее в зацепление в противоположном направлении движения сиденья и вращения звездочек.
16. Электроэнергетическая машина с мышечным приводом по п. 1, отличающаяся тем, что кинематическая связь оси опорных колес и вала ротора генератора электрического тока создана клиноременной передачей, которая имеет закрепленный на этой оси ведущий шкив, введенный клиновым ремнем в зацепление с ведомым шкивом, закрепленным на валу ротора, а для облегчения условий работы пассажира на этапе подтягивания сиденья руками ведущий или ведомый шкив связан с обгонной или кулачковой муфтой, имеющей возможность автоматического вывода ее из зацепления в этом направлении движения сиденья и вращения шкивов и ввода ее в зацепление в противоположном направлении движения сиденья и вращения шкивов.
17. Электроэнергетическая машина с мышечным приводом по п. 1, отличающаяся тем, что кинематическая связь оси опорных колес и вала ротора генератора электрического тока создана зубчатой ременной передачей, которая имеет закрепленный на этой оси ведущий зубчатый шкив, введенный адекватным ему зубчатым ремнем в зацепление с ведомым зубчатым шкивом, закрепленным на валу ротора, а для облегчения условий работы пассажира на этапе подтягивания сиденья руками ведущий или ведомый зубчатый шкив связан с обгонной или кулачковой муфтой, имеющей возможность автоматического вывода ее из зацепления в этом направлении движении сиденья и вращения шкивов и ввода ее в зацепление в противоположном направлении движения сиденья и вращения шкивов.
18. Электроэнергетическая машина с мышечным приводом по п. 1, отличающаяся тем, что на раме установлена дополнительная пара стоек с рукоятками для толкания и/или подтягивания пассажирского сиденья руками пассажира, а для облегчения условий работы пассажира на этапе подтягивания сиденья руками катушки для возбуждения магнитного поля генератора электрического тока выполнены с возможностью их автоматического отключения в этом направлении движения сиденья и вращения опорных колес и их включения в противоположном направлении движения сиденья и вращения опорных колес.
19. Электроэнергетическая машина с мышечным приводом по п. 1, отличающаяся тем, что для увеличения ее энергетического потенциала на остове сиденья установлены попарно, спинками друг к другу, для ног и рук второго пассажира дополнительно введены поперечные опоры и рукоятки, а для исключения реверса вала ротора генератора электрического тока при прямом и обратном движении сидений и вращении оси опорных колес ведущие зубчатые колеса, установленные на осях, и/или ведомые шестерни, установленные на валах роторов, связаны с обгонными или кулачковыми муфтами различного зацепления, направление вращения которых поочередно роздано введенными в зацепление между зубчатыми колесами и шестернями промежуточных паразитных шестерен.
20. Электроэнергетическая машина с мышечным приводом по п. 1, отличающаяся тем, что для увеличения ее энергетического потенциала на остове сиденья установлены попарно, спинками друг к другу, для ног и рук второго пассажира дополнительно введены поперечные опоры и рукоятки, а для исключения реверса вала ротора генератора электрического тока при прямом и обратном движении сидений и вращении оси опорных колес на ней закреплены два сдвоенных по ширине ведущих зубчатых колеса, а на валу ротора или на дополнительной оси, связанной с валом ротора соединительной муфтой, установлены две обгонные или кулачковые муфты с одинаковым направлением зацепления, связанные с ведомыми шестернями, одна из которых введена в зацепление с первым ведущим зубчатым колесом, а вторая вынесена за ширину обоих ведущих зубчатых колес и введена в зацепление с закрепленной на промежуточной оси второй паразитной шестерней, а первая паразитная шестерня закреплена на той же оси и введена в зацепление со вторым ведущим зубчатым колесом, а между этими шестернями выполнен зазор для установки соединительной Г-образной планки, в отверстия которой с возможностью свободного вращения введены оси ведущих зубчатых колес и паразитных шестерен, конец вала ротора или связанная с ним соединительной муфтой ось ведомых шестерен.
21. Электроэнергетическая машина с мышечным приводом по п. 1, отличающаяся тем, что для регулировки мощности работы электрического генератора катушки для возбуждения магнитного поля выполнены в парном количестве, с возможностью их подключения в комбинациях по 2, или по 3, или по 4, или по 6, или по 8, или по 12, или по 16, или по 24 и т.д.
