Электрогенерирующее напольное покрытие Российский патент 2023 года по МПК F03G7/08 

Изобретение относится к электромеханическим системам генерирования энергии в целом и, в частности, относится к устройствам, преобразующим кинетическую энергию и гравитационную потенциальную энергию движения человека в электричество.

Известно многослойное генерирующее дорожное покрытие [патент US20030034652A1, US06/931042, 2001-08-16], состоящее из множества функциональных слоёв, устанавливаемое в автомагистралях для выработки трёхфазного электрического тока с помощью движения автомобильного транспорта. Устройство содержит большое количество сжимаемых устройств, преобразующих силу нажатия во вращающий момент, расположенных между верхними и нижними пластинами, помещённых в толщe дорожного автомагистрального полотна, приводимых в действие сжимающей массой движущегося транспортного средства по поверхности проезжей части.

Недостатком такого устройства является невозможность применения для объектов с небольшой, относительно автотранспорта, массой и сравнительно невысокий КПД установки. Кроме того, покрытие требует комплексных строительных работ и может быть установлено только на автодорогах со специально подготовленной электрической инфраструктурой.

Известна конструкция для выработки электроэнергии за счёт движения транспортных средств по поверхности дороги [патент WO2011027355A1, F3G7/08, 2010-06-22]. Эта конструкция, приводимая в движение проезжающими автомобилями, встраивается в дорожное покрытие при его создании. Система не работает до тех пор, пока по ней не проедет транспортное средство. Скользящие стержни, соединённые с множеством шестерен, преобразуют вертикальное давление автомобиля во вращательное движение и предают его на генератор, вырабатывающий электроэнергию.

Недостатками такой конструкции являются сложная реализация, связанная с необходимостью интегрировать системы генерации на стадии строительства автодорог. Кроме того, низкая надежность, связанная с большим количеством механических элементов, участвующих в процессе преобразования линейного усилия во вращательное. Следующим недостатком является небольшая развиваемая электрическая мощность, вызванная применением традиционных методов создания электрогенераторов.

Известна конструкция лежачего полицейского, производящая электроэнергию [патент KR20080081886A, E01F9/529, 2008-08-22]. Она предназначена для получения напряжения за счёт вращения приводного вала генератора под действием вращательно – инерционной силы, получаемой от транспорта. Под давлением автомобиля, проезжающего через конструкцию, на генератор, посредством некоторого количества механизмов, передаётся вращательное усилие, вращающее генератор до его полной остановки естественным путём.

Недостатком такой конструкции является инерционность процесса с малым сбором энергии нажатия, в случае высокой частоты нажатия. Кроме того, множество механических частей конструкции значительно понижают надежность и КПД. Конструкция работоспособна только при взаимодействии с колёсным транспортом, затраты и сложность её адаптации к человеческому шагу может превысить получаемую выгоду.

Известна система выработки электроэнергии [патент US9670912В2, F03G7/002, 2006-04-03], состоящая из множества сжимаемых гидравлических каналов, установленных в покрытии проезжей части таким образом, что каналы сдавливаются шинами транспортных средств, движущихся по проезжей части. Выпускной коллектор собирает жидкость, вытесняемую через стороны каналов, и направляет её по трубопроводу к гидромотору и сопряжённому с ним электрогенератору. Жидкость поступает в поддон, из которого может быть возвращена в дорожные каналы.

Недостатком такой системы является сложность реализации, связанная с высокими требованиями к качеству исполнения гидросистемы. Кроме того, количество вытесняемой жидкости стремится к малым значениям, что не даёт в приемлемом количестве собирать энергию движущихся объектов. Для получения достаточного количества энергии необходима большая площадь конструкции, многократно превышающая площадь среднестатистических мест скопления людей.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является механизм сбора энергии от движения людей и/или транспортных средств [патент CN102906422A, F03G7/08, 2011-05-04], состоящий из плиточного покрытия, кинематического преобразователя линейного усилия во вращательное, вращающегося электрогенератора, состоящего из магнитной системы, статора, содержащего множество витков обмоток, при этом магнитная система выполнена сочлененной с кинематическим преобразователем линейного усилия во вращательное.

Недостатками ближайшего аналога является невысокая надежность, из-за большого количества движущихся частей кинематического преобразователя линейного усилия во вращательное. Кроме того, большое количество вращающихся подвижных частей существенно снижает КПД установки, а традиционная магнитная система генератора не позволяет преобразовать всю мощность, приходящуюся на пластину при нажатии.

Задача изобретения – увеличение надёжности генерирующего напольного покрытия, а также увеличение производимой одним сегментом мощности за счет перехода к магнитной сборке Хальбаха и увеличении КПД, вызванного переходом к линейной схеме генератора.

Технический результат - обеспечение продолжительной стабильной работы генерирующего покрытия, а также увеличение максимального значения мощности, получаемого от одного шага.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что электрогенерирующее напольное покрытие, состоящее из плиточного покрытия, электрогенератора, включающего в себя магнитную систему, статор, содержащий множество витков обмоток, согласно изобретению, напольное покрытие выполнено из нескольких сегментов, каждый сегмент выполнен с возможностью оказывать давление и смещать в линейном направлении магнитную систему электрогенератора, при этом сам электрогенератор выполнен в виде электрической машины возвратно-поступательного действия, в которой магнитная система выполнена в виде n-полюсной магнитной сборки Хальбаха, которая помещена в каркас из прочного непроводящего материала и крепится к основанию плитки с помощью пружин, при этом пружины выполняют роль упругостно-механического накопителя энергии, параллельно магнитной системе размещен статор генератора, со стороны максимальной магнитной индукции, создаваемой сборкой Хальбаха.

Существо изобретения поясняется чертежом, на котором изображен поперечный разрез электрогенерирующего напольного покрытия на примере трёх сегментов генерирующего покрытия с индивидуальным линейным генератором каждого сегмента

Напольное покрытие содержит сегментную плитку 1, на которой расположен выступ 2. Магнитная система электрогенератора с постоянными магнитами 3, выполненная в виде n-полюсной магнитной сборки Хальбаха, которая помещена в каркас из прочного непроводящего материала 4, который крепится с помощью пружин 5 к основанию плитки. В пазах статора электрогенератора 6, расположена обмотка 7.

Предложенное электрогенерирующее напольное покрытие работает следующим образом. Человек, проходя по напольному покрытию, наступает на один из сегментов плитки 1, при этом под действием веса и усилия движения шага, плитка опускается на некоторое расстояние, и через торчащий выступ 2 передает усилие от нажатия магнитной системе 3, которая смещается вертикально вниз, тем самым сжимая пружину 5, при перемещении магнитной системы относительно неподвижной обмотки 7 статора 6, в ней наводится ЭДС. Когда человек поднимает ногу от плитки, пружина 5 перемещает магнитную систему 4 в обратном направлении, высвобождая накопленную энергию, остатки накопленной энергии преобразуются за счет дальнейшего колебания магнитной системы относительно неподвижного статора 6, тем самым обеспечивая электрогенерацию.

Итак, заявляемое изобретение обеспечивает длительную надёжность электрогенерирующего напольного покрытия, а также позволяет увеличить развиваемую сегментом покрытия мощность, получаемую от каждого шага, за счёт применения магнитной сборки Хальбаха и линейной системы генератора.

Изобретение относится к электромеханическим системам генерирования энергии, в частности к устройствам, преобразующим кинетическую энергию и гравитационную потенциальную энергию движения человека в электричество. Электрогенерирующее напольное покрытие состоит из плиточного покрытия и электрогенератора. Напольное покрытие выполнено из нескольких сегментов. Каждый сегмент выполнен с возможностью оказывать давление и смещать в линейном направлении магнитную систему электрогенератора. Электрогенератор выполнен в виде электрической машины возвратно-поступательного действия, в которой магнитная система выполнена в виде n-полюсной магнитной сборки Хальбаха, которая помещена в каркас из прочного непроводящего материала и крепится к основанию плитки с помощью пружин. Пружины выполняют роль упругостно-механического накопителя энергии. Параллельно магнитной системе размещен статор генератора, со стороны максимальной магнитной индукции, создаваемой сборкой Хальбаха. Изобретение направлено на обеспечение продолжительной стабильной работы генерирующего покрытия и минимальные повреждения активных элементов, а также увеличение максимального значения мощности, получаемого от одного шага. 1 ил.

Электрогенерирующее напольное покрытие, состоящее из плиточного покрытия, электрогенератора, включающего в себя магнитную систему статора, содержащую множество витков обмоток, отличающееся тем, что напольное покрытие выполнено из нескольких сегментов, каждый сегмент выполнен с возможностью оказывать давление и смещать в линейном направлении магнитную систему электрогенератора, при этом сам электрогенератор выполнен в виде электрической машины возвратно-поступательного действия, в которой магнитная система выполнена в виде n-полюсной магнитной сборки Хальбаха, которая помещена в каркас из прочного непроводящего материала и крепится к основанию плитки с помощью пружин, выполняющих роль упругостно-механического накопителя энергии, при этом параллельно магнитной системе, со стороны максимальной магнитной индукции, создаваемой сборкой Хальбаха, размещён статор генератора.