СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВОЛНОВОЙ ЭНЕРГИИ ПОВЕРХНОСТИ ОКЕАНА В ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2021 года по МПК F03B13/20 

Настоящее предлагаемое изобретение относится к обеспечению электроэнергией морских средств передвижения.

Известен способ преобразования энергии качки плавающего средства, в котором по бортам расположены цистерны с жидкостью, соединенные трубопроводом с турбинами (см. RU 2046884 C1, 27.10.1995, F03B13/12) (1).

Известен стержневой гидроволновой генератор, содержащий перемещающийся постоянный магнит, и использующий электромагнитную индукцию (см. RU 2413089 C1, 27.02.2011, F03B13/12) (2). Существует множество других способов и устройств, позволяющих получать электроэнергию от морского волнения (см RU 2549006 C2, 20.04.2015, F03B13/22, RU 2580994 C1, 10.04.2016, F03B13/12) (3, 4, 5). Всем им присущи разные недостатки, главным из которых является низкий КПД и трудности при их использовании на уже построенном судне.

Целью настоящего предложения является достижение максимального КПД при любом направлении перемещения судна относительно морского волнения и использование его на любом плавсредстве. За прототип использовано устройство из источника (2).

Поставленная цель в способе, заключающимся в использовании электромагнитной индукции, возбуждаемой движущимся магнитом, достигается тем, что, направление его движения определяют путем расположения линии его перемещения на вращающейся плоскости в гравитационном поле Земли во время качки, кроме того, токовую нагрузку индукционного преобразователя регулируют по минимальной скорости перемещения в конечных точках перемещения магнита.

В устройстве, содержащим перемещающийся постоянный магнит, последний представляет собой набор магнитных колец с осевой намагниченностью, разделенных свинцовыми шайбами, и расположенных последовательно на стержне перемещения, находящимся в центре секционной катушки, толщина секций которой, равна толщине магнитных колец, а расстояние между ними равно расстоянию между магнитными кольцами. Кроме того, все секции катушки присоединены последовательно к регулятору токовой нагрузки, управляющий вход которого соединен с выходом регистратора напряжения крайних секций катушки, соединенных с ним, а выход - с аккумулятором и фиксатором перемещения набора колец. Секционная катушка закреплена на вращающемся диске, имеющего электромагнитные фиксаторы по краям, подключенные к регулятору времени фиксации, соединенному с выходом регистратора напряжения крайних секций катушки, а ось диска перпендикулярна палубе судна.

Возможность практической реализации

На чертеже - Фиг.1 показан главный элемент устройства, преобразующего энергию волнения поверхности океана в электричество. Он состоит из секционной катушки-1, состоящих из секций с намотанным в них проводом-2. Катушка-1 помещена в цилиндрический корпус-3 с закрепленным на его боковых стенках стерженем-4, который проходит сквозь трубку-5, на которой последовательно закреплены свинцовые шайбы-6, и кольцевые магниты-7. Намагниченность дисков осевая и их полюса последовательно чередуются на трубке-5. Трубка выполнена из немагнитного материала, и имеет смазку длина трубки-5 равна, примерно, половине длины корпуса катушки-1.

Между краями дисков и внутренней поверхностью катушки желательно иметь минимальный зазор. В этом случае ЭДС, наводимая машитами-7 в обмотках секций-2 при движений по оси катушки будет максимальной. С той же целью толщина внутреннего цилиндра катушки должна быть минимальной. Трубка-5 с нанизанными на нее шайбами и магнитами скользит по стержню-4 синхронно с волновым воздействием на судно. Как это происходит будет пояснено позднее. В случае сильной качки, на боковых сторонах корпуса закреплены пружины-8, предохраняющие от поломок.

Как известно, напряжение, возникающее в проводнике при электромагнитной индукции пропорционально скорости изменения магнитного поля. Волновые же процессы в океане достаточно медленные, они измеряются единицами секунд, и прямая механическая связь волнового движения и движения магнита внутри катушки даст ничтожный КПД. Именно по указанной причине главный элемент преобразователя выполнен секционным и, например, при лине катушки 0,2 м., и числе секций 10 односекундная волна даст скорость с взаимодействия одной секции 0,2 сек, а их 10. Ширина каждой секции равна толщине магнитного кольца. Шайбы-6 изготовлены из свинца с целью получения максимальной мощности.

Цилиндрический корпус-3 закреплен на диске-9, показанным на Фиг. 2. Диск-9 вращается на шариковом подшипнике-10, установленным на платформе-11, которая крепится к палубе судна. Диаметрально, по краям диска установлены подпружиненные электромагнитные фиксаторы-12. Стержни фиксаторов-13 практически всегда прижаты к краям диска, что не позволяет ему вращаться вокруг своей оси-А. Обмотки фиксаторов соединены с установщиком времени фиксации-14, к которому подключен управляющий регистратор напряжения-16.

На чертеже - Фиг. 3 показана схема последовательных соединений секции обмоток-2 к регулятору токовой нагрузки-15. Управляющий вход регулятора соединен с выходом регистратора напряжения-16, а регулятор токовой нагрузки подключен к аккомулятору-17, от которого осуществляется питание потребителей, и фиксатору-18, который не показан на фиг. 1, и может иметь любое исполнение, например в виде штыря, перемещенного в теле корпуса катушки, и препятствующего осевому перемещению кольцевых магнита в-7

Работа преобразователя волновой энергии.

Итак, диск-9, свободно вращающийся на платформе-11, закрепленной горизонтально на палубе, при максимальном крене, занимает положение при котором корпус-3 повернут к направлению крена с секцией катушки-1, в которой находится край наборного магнита-7. При его движении к какому-либо краю катушки-1 и одновременного поворота диска-9 в угловое положение, соответствующего нижнему крену палубы, в крайней секции, где движется крайний магнит-7 (регулятор токовой нагрузки еще не нагружает катушку в первые периоды колебательного напряжения на ней), возникает командный импульс напряжения на выходе установщика времени фиксации-16, который снимает напряжение с обмоток фиксаторов-12, и стержни-13 фиксируют диск-9, при котором осевая линия катушки-1 проходит в плоскости максимальной качки судна. Тем самым, перемещающийся по стержню-4 пакет магнитов-7 достигает максимальной скорости.

Необходимо пояснить еще одно важное качество предлагаемого устройства. После фиксации диска регистратор напряжения-16 переходит в режим управления токовой нагрузки обмоток катушки-1. В этом режиме он увеличивает ток отбора из секций катушки, и тем самым увеличивает тормозящее магнитное поле, препятствующее перемещению пакета постоянных магнитов внутри катушки. Его алгоритм действия заключается в том, чтобы пакет магнитов имел максимальную амплитуду перемещения по стержню при волновой обстановке, в которой находится судно. Тем самым достигается максимальный отбор мощности в точке нахождения (движения) судна.

Установщик времени фиксации имеет ручное управление, и может задавать любые интервалы настройки и фиксации диска-9. Обычно, курс судна, или параметры волнения меняются один раз за несколько часов, что не обременяет капитана судна и стоящих на вахте. В тоже время, при грамотном техническом исполнении от одного небольшого устройство при качке 3-4 балла, можно получать сотни ватт электрической мощности.

В принципе, диск-9 не обязательно фиксировать. Предложенное механическое решение будет неизбежно располагать ось перемещения пакета магнитов в плоскости качки судна, но бывает, что качка судна происходит по разным осям одновременно (например, и от воздействия ветра). В этом случае будет одновременно происходить и вращение диска и перемещение магнитов по оси катушки-4. Следствием такого случая будет уменьшение отбираемой от преобразователя мощности, и повышенный износ его элементов.

Группа изобретений относится к обеспечению электроэнергией морских средств передвижения. Способ преобразования волновой энергии поверхности океана в электричество заключается в том, что используют электромагнитную индукцию, возбуждаемую движущимся магнитом, в котором направление движения магнита определяют путем расположения линии его перемещения на вращающейся плоскости в гравитационном поле Земли во время качки. Группа изобретений направлена на достижение максимального КПД при любом направлении перемещения судна относительно морского волнения и использование его на любом плавсредстве. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ преобразования волновой энергии поверхности океана в электричество, заключающийся в использовании электромагнитной индукции, возбуждаемой движущимся магнитом, отличающийся тем, что направление движения магнита определяют путем расположения линии его перемещения на вращающейся плоскости в гравитационном поле Земли во время качки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что с целью максимального отбора энергии от локального места, токовую нагрузку индукционного преобразователя регулируют по минимальной скорости перемещения в конечных точках траектории магнита.

3. Источник электрической энергии, использующий волновую энергию поверхности океана по п. 1 или 2, содержащий перемещающийся постоянный магнит, отличающийся тем, что магнит представляет собой набор магнитных колец с осевой намагниченностью, разделенных свинцовыми шайбами и расположенных последовательно на оси перемещения, находящейся в центре секционной катушки, толщина секций которой равна толщине магнитных колец, а расстояние между ними равно расстоянию между магнитными кольцами.

4. Источник электрической энергии по п. 3, отличающийся тем, что все секции катушки соединены последовательно и подключены к регулятору токовой нагрузки, управляющий вход которого соединен с выходом регистратора напряжения крайних секций катушки, соединенных с ним, а выход с аккумулятором, и фиксатором перемещения набора колец.

5. Источник электрической энергии по п. 3, отличающийся тем, что секционная катушка закреплена на вращающемся диске, имеющем электромагнитные фиксаторы по краям, подключенные к регулятору времени фиксации, соединенному с выходом регистратора напряжения крайних секций катушки, а ось диска перпендикулярна палубе судна.