СПОСОБ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОЙ ЭДС ПРИ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОМ ДВИЖЕНИИ Российский патент 2015 года по МПК H02K35/00 

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.

Известен способ получения электрической энергии при колебании механических устройств, заключающийся в том, что формируют замкнутую магнитную цепь, состоящую из двух участков, первый из которых совершает вертикальные колебания, а вторая часть располагается неподвижно между первой и второй частями магнитной цепи, выполняют зазоры, изменяющиеся при давлении на первую часть, и изменение магнитного поля в указанной замкнутой магнитной цепи используют для генерирования электромагнитной индукции. Способ описан в патенте RU 2444458 С1 (10.03.2012).

Недостаток известного способа заключается в том, что он имеет специфическое применение и предназначен исключительно для генерирования электрической энергии при колебаниях рельсов.

Более близким по технической сущности, по мнению авторов, и принятым за прототип является способ генерирования переменной ЭДС, при колебаниях механических элементов, описанный в патенте RU 2468491 С1 (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.

Его недостаток 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 способа, обеспечивающего получение полезной энергии при колебании конструктивных элементов, расположенных в одном устройстве, вне зависимости от других его частей.

Техническим результатом является повышение КПД, ЭДС и надежности преобразования колебаний механических звеньев в полезную энергию для устройств, выполненных по данному способу.

Технический результат достигается за счет того, что в способе генерирования переменной ЭДС при колебании механических устройств, при котором формируют замкнутую магнитную цепь, возбуждают в ней магнитное поле и механически воздействуют на нее, согласно изобретению формируют замкнутую магнитную цепь с минимальным (нулевым) зазором в начальном положении между подвижными полюсами, обеспечивают самовозврат магнитной системы в начальное положение и механически воздействуя знакопеременной силой на указанные полюса, получают электромагнитную индукцию.

Формирование замкнутой магнитной цепи с минимальным зазором в начальном положении между подвижными полюсами, с самовозвратом магнитной системы в начальное положение и механическое воздействие знакопеременной силой на указанные полюса позволяют получить максимальную величину электромагнитной индукции, поскольку при даже небольших изменениях величины зазора от его нулевого значения обеспечивается резкое изменение магнитного потока.

Способ генерирования переменной ЭДС при колебании механических устройств иллюстрируется пятью фигурами.

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

На фиг.2 представлена механическая схема воздействия на магнитные полюса.

Фиг.3 демонстрирует состояние магнитной системы при механическом воздействии на нее.

На фиг.4 показана зависимость магнитного потока «ф» от зазора (δ)-ф=f(δ)).

На фиг.5 имеется принципиальная электрическая схема.

Система, иллюстрирующая предлагаемый способ генерирования переменной ЭДС при колебании механических устройств, устроена следующим образом. Магнитопровод 1 (фиг.1) электромагнитного генератора выполнен из двух секций 2, 3, формирующих замкнутую магнитную цепь, разделенную минимальным (нулевым) двойным зазором «δ» 4 и 5. Эти внутренние накладки выполнены из магнитопроводящего материала. Магнитопровод должен быть предварительно намагничен и содержать остаточный магнитны поток. На секциях магнитопровода 1 размещены две обмотки 6 и 7. Одна из них - обмотка 6 является обмоткой возбуждения, вторая обмотка 7 выполняет функции обмотки якоря. Каждая секция закреплена на плечах рычагов 8 и 9 второго рода, с осями 10 и 11 соответственно, допускающих поворот в вертикальной плоскости. На плечах рычагов между осями 10 и 11 и секциями магнитопроводов 2 и 3 выполнены внутренние накладки 12 и 13, разделенные зазором 14. В свою очередь, внешние поверхности секций магнитопровода снабжены жесткими накладками 15 и 16, между которыми установлена пружина сжатия 17, обеспечивающая самовозврат магнитной системы в исходное состояние и стремящаяся сомкнуть секции магнитопровода 1.

В зазор 14 между внутренними накладками 12 и 13 входит конусный толкатель 18 (фиг.1, 2), который выполняет задачу разомкнуть между собой магнитные накладки и создать зазор между ними. На толкатель 18 оказывает знакопеременное давление внешняя сила F.

Состояние магнитной системы при механическом воздействии на нее толкателя 18 резко меняется, что отражено на фиг.3, где все элементы системы обозначены аналогично фиг.1.

Зависимость магнитного потока «ф» от зазора (δ)-ф=f(δ)) представляет собой кривую 19 (фиг.4), напоминающую равнобочную гиперболу, вытянутую вдоль координатных осей «ф» и «δ», с той разницей, что, в отличие от идеальной, ветви, представленные на фиг.4, смыкаются с координатными осями в некоторой области.

Обмотка якоря 7 включена на вход двухполупериодного мостового выпрямителя 20 (фиг.5), от которого напряжение поступает во внешнюю сеть потребителю энергии. В свою очередь обмотка возбуждения 6 подключена параллельно на зажимы выпрямителя 20.

Система, иллюстрирующая предлагаемый способ генерирования переменной ЭДС при колебании механических устройств, действует следующим образом. На обмотку возбуждения 6 подается электропитание, в результате чего создается замкнутое магнитное поле «ф», 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 (фиг.3). В момент размыкания магнитной цепи в обмотке якоря 7 возникает электродвижущая сила ЭДС «е», которую можно вычислить по формуле

е=w×(dф/dt), где w - число витков в обмотке якоря, dф/dt - изменение магнитного потока за определенный период времени. Определяющим фактором, влияющим на эффективность предлагаемого способа, является наличие минимального зазора δ. Фиг.4 демонстрирует связь между изменением зазора и магнитного потока. Для наглядности, график, приведенный на фиг.4, рассчитан для конкретной магнитной цепи с сечением S сердечника 2, 3, равным S=12×10^-4 м² (3,5 см²), с индукцией, равной 1,2 Тл. График показывает, что когда воздушный зазор минимален, то даже при небольшом его изменении происходит резкое изменение магнитного потока «ф» и, следовательно, ЭДС. Очевидно, что аналогичный, пропорциональный эффект будет иметь место и при других значениях сечения сердечника и индукции.

Полученное напряжение от обмотки якоря 7 поступает на вход двухполупериодного мостового выпрямителя 20 (фиг.5), от которого напряжение поступает во внешнюю сеть потребителю энергии. В свою очередь обмотка возбуждения 6 подключена параллельно на зажимы выпрямителя 20, таким образом обеспечивается самовобуждение системы.

Если зазор не превышает некоторого максимального значения, то наличие пружины 17 не обязательно.

За счет остаточного магнитного потока система может работать в автономном режиме, т.е. без начального тока возбуждения. В процессе работы при многократных циклах нажатия внешней силы на толкатель 18 идет процесс повышения магнитного потока самоподмагничивания.

В зависимости от технических требований расположение пружины 17, накладок 12 и 13 с зазором 14 может быть изменено. Например, пружина 17 может быть установлена на месте накладок 12 и 13, а накладки 12, 13 с зазором 14 и толкателем 18 могут располагаться на месте пружины 17.

Достоинством способа является возможность получать значительные ЭДС даже при относительно небольших колебаниях зазора,

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.

Способ генерирования переменной ЭДС при колебании механических устройств, в котором формируют магнитную цепь, возбуждают в ней магнитное поле и механически воздействуют на нее, отличающийся тем, что магнитную цепь выполняют замкнутой, состоящей из двух секций, разделенных минимальным двойным зазором, упомянутые секции располагают в виде внутренних накладок на плечах рычагов второго рода, между которыми установлена пружина сжатия, обеспечивающая самовозврат магнитной системы в исходное состояние, между рычагами вводят конусный толкатель, размыкающий магнитные накладки, на толкатель воздействуют знакопеременной внешней силой.