Генератор возвратно-поступательного движения Российский патент 2024 года по МПК H02K35/02 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромагнитным генераторам, и может быть использовано в автономных системах электроснабжения.

Известен генератор возвратно-поступательного движения, включающий корпус, подвижные и неподвижные части, выпрямитель, контакты. (RU 2496216 C1, 20.10.2013).

Недостатками известного генератора являются недостаточно высокий КПД, невысокий уровень удобства эксплуатации

Известен в качестве ближайшего аналога магнитоэлектрический генератор колебательного движения, содержащий корпус с основаниями, ротор, статор, электропроводящие контура, элементы упругой подвески и балансировочный груз, причем генератор содержит, по меньшей мере, два статора, которые размещены на нижнем основании вдоль нижнего электропроводящего контура равноудаленно друг от друга вокруг центральной вертикальной оси генератора и обращены к ней одноименными полюсами, в состав каждого из дополнительных статоров введены два линейных постоянных магнитных элемента, установленных осевой магнитной линией перпендикулярно горизонтальной плоскости нижнего основания и ориентированных к нижнему основанию генератора противоположными полюсами, при этом каждая пара нижних и верхних противоположных полюсов плотно соединены с парой, соответственно, нижних и верхних обращенных друг к другу магнитопроводов, между которыми размещены витки проводников обмотки, соответственно, нижнего и верхнего электропроводящих контуров. (RU 2368056 C1, 20.09.2009).

Недостатками известного магнитоэлектрического генератора колебательного движения являются высокая вероятность разрушения магнитов в процессе эксплуатации генератора, по причине того, что нагрузка от вагона через корпус генератора передается непосредственно на магниты, жестко закрепленные на корпусе генератора, кроме того необходимо выборочно изменять массы балансировочных грузов после первичной сборки для устранения дисбаланса в вертикальном колебательном движении электропроводящих контуров, возникающего вследствие несимметричности и неплотности укладки электрических проводников в многовитковой катушке контуров, кроме того резонанс достигается установкой необходимого количества балансировочных грузиков, при этом частота собственных механических колебаний электропроводящих контуров требует корректировки при сборке или настройке как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения, числом и жесткостью элементов упругой подвески, что усложняет конструкцию, ее сборку, эксплуатацию и обслуживание.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении удобства эксплуатации и повышении КПД выработки электроэнергии за счет обеспечения возможности колебаний подвижной части относительно неподвижной во всех направлениях осей декартовой системы координат за счет упругих элементов, в качестве которых использованы пружинные элементы определенной конструкции, формы и толщины, кроме того упрощении сборки изобретения, что достигается уменьшением количества деталей и операций по их установке, обеспечении защиты магнитов от вибрационных и ударных нагрузок со стороны вагона, что достигается за счет подпружиненной их установке относительно корпуса генератора, причем конструкция, форма и толщина исполнения верхнего и нижнего уровней-блоков упругих элементов обеспечивает необходимую упругую деформацию в радиальном направлении в плоскости расположения верхнего и нижнего уровней-блоков упругих элементов, кроме того в увеличении ресурса, за счет жесткой фиксации катушки и проводов, отходящих от катушки, на корпусе генератора, при этом магниты перемещаются относительно катушки и основания генератора.

Указанный технический результат достигается тем, что в генераторе возвратно-поступательного движения, включающем подвижную и неподвижную части, магнитопроводы, выпрямитель, контакты, неподвижная часть образована основанием, имеющим, по меньшей мере, одно отверстие для крепления неподвижной части генератора на транспортном средстве, укрепленные на нем шпильки с длинными и короткими втулками, верхнюю и нижнюю крепежные пластины и, по меньшей мере, комплектом состоящим из двух или более уровней-блоков катушек, каждая из которых выполнена из единой медной проволоки, соединена с выпрямителем и зафиксирована между оправкой стыковочной и оправкой крепежной и плоскостями удержания катушек от перемещения их как вдоль оси симметрии генератора, так и в направлении от оси симметрии, при этом каждый из двух или более уровней-блоков катушек закреплен одним концом между собой, а другим концом закреплен на верхней крепежной и нижней крепежной пластине, причем каждая из пластин имеет отверстие для установки в них уровней блоков катушек путем размещения в отверстиях крепежных оправок, при этом оправки стыковочные соседних уровней блоков катушек зафиксированы между собой посредством стыковочных пазов, выполненных на них, причем верхняя крепежная пластина размещена на промежуточных втулках, каждая из которых одним концом контактирует с ней, а вторым концом - с нижней крепежной пластиной, которая через нижние опорные втулки размещена на основании; подвижная часть образована магнитной системой, включающей внешнюю и внутреннюю части, соединенные между собой пластиной, имеющей отверстия, причем каждая из внешней и внутренней частей состоит, по меньшей мере, из двух или более уровней магнитов, расположенных по кругу, центр которого находится на оси симметрии генератора, причем одноименные полюса магнитов в внешней части и магнитов в внутренней части направлены в разные стороны вдоль оси, и магниты распределены между собой посредством сепаратора внешней части и сепаратора внутренней части, выполненных из диэлектрического материала, и имеет магнитопроводы для скрепления в каждой из внешней и внутренней частей магнитов и сепараторов, причем подвижная часть установлена на шпильках в неподвижной части и сопряжена с ней с минимальным технологическим зазором между подвижной частью и неподвижной частью; при этом генератор снабжен системой упругих элементов для обеспечения колебательных движений подвижной части относительно неподвижной части, состоящей из верхнего уровень-блока упругих элементов и нижнего уровень-блока упругих элементов, каждый верхний и нижний уровень-блоки упругих элементов выполнены составным или единым упругим элементом таким образом, что обеспечивается возможность возвратно поступательного пружинящего перемещения подвижной части генератора в осевом направлении и частичного пружинящего перемещения подвижной части генератора в радиальном направлении и, по меньшей мере, одной шпилькой соединен с неподвижной частью, а другой шпилькой соединен с подвижной частью, причем между подвижной частью и верхним уровень-блоком упругих элементов и нижним уровень-блоком упругих элементов установлены длинные втулки, а между неподвижной частью и нижним уровень-блоком упругих элементов установлены короткие втулки. При этом верхний и нижний уровень-блоки упругих элементов могут быть выполнены составными: из трех и более упругих элементов по форме и с возможностью соединения по осям крепления; или верхний и нижний уровень-блоки упругих элементов выполнены составными: из трех и более упругих элементов по форме и с возможностью соединения по осям крепления.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где

На фиг. 1 изображен генератор;

На фиг. 2 изображен вид А на фиг. 1 с системой упругих элементов с частотой 8 Гц;

На фиг. 3 изображен вид Б на фиг. 1;

На фиг. 4 изображено сечение В-В на фиг. 1;

На фиг. 5 изображено сечение Г-Г на фиг. 2;

На фиг. 6 изображено сечение Д-Д на фиг. 3;

На фиг. 7 изображено сечение Е-Е на фиг. 2;

На фиг. 8 изображен генератор вид аксонометрия;

На фиг. 9 изображена схема генератора с выпрямителем тока;

На фиг. 10 изображен вид А на фиг. 1 с системой упругих элементов с частотой 10 Гц;

На фиг. 11 изображен вид А на фиг. 1 с системой упругих элементов с частотой 12 Гц;

На фиг. 12 изображен уровень-блок системы упругих элементов, выполненный цельно;

На фиг. 13 изображен уровень-блок системы упругих элементов, выполненный составным из упругих элементов 38, крепление которых реализовано на осях 30;

На фиг. 14 изображен уровень-блок системы упругих элементов, выполненный составным из упругих элементов 39, крепление которых реализовано на осях 31;

На фиг. 15 изображена система упругих элементов 3, выполненная из верхнего уровня-блока 27 и нижнего уровня-блока 28 системы упругих элементов 3 одинаковых по частоте (каждый уровень-блок системы упругих элементов условно показан в цельном исполнении);

На фиг. 16 изображен первый вариант исполнения системы упругих элементов 3, выполненной из верхнего уровня-блока 27 и нижнего уровня-блока 28 системы упругих элементов 3 различных по частоте (каждый уровень-блок системы упругих элементов условно показан в цельном исполнении);

На фиг. 17 изображен второй вариант исполнения системы упругих элементов 3, выполненной из верхнего уровня-блока 27 и нижнего уровня-блока 28 системы упругих элементов 3 различных по частоте (каждый уровень-блок системы упругих элементов условно показан в цельном исполнении).

В предпочтительном исполнении генератор возвратно поступательного движения состоит из подвижной части 1, неподвижной части 2, системы упругих элементов 3, обеспечивающих колебания подвижной части относительно неподвижной части и оси 4, причем генератор 1 выполнен с минимальным технологическим зазором между подвижной частью 1 и неподвижной частью 2.

Подвижную часть 1 образует магнитная система 5, включающая внешнюю часть 6 и внутреннюю часть 7, соединенных между собой пластиной 8 с отверстиями и установленных на ней. Каждая из частей состоит из двух или более уровней 9 магнитов 10, расположенных по кругу, центр которого находится на оси 4, причем магниты 10 расположены таким образом, что одноименные полюса магнитов, расположенных в внешней части 6, и магнитов, расположенных в внутренней части 7, направлены в разные стороны вдоль оси, разделены сепаратором внешней части 11 и сепаратором внутренней части 12, выполненных из диэлектрического материала, пластины магнитопровода внешние 13 и пластины магнитопровода внутренние 14, каждая из которых закрепляет между собой магниты 9, сепаратор внешней части 11 и сепаратор внутренней части 12, соответственно.

Неподвижную часть 2 образует комплект из двух или более уровней-блоков 15 катушек. Каждый уровень-блок 15 представляет собой катушку 16, которая выполнена из единой медной проволоки и электрически соединена с выпрямителем. Катушка 16 зафиксирована между оправкой стыковочной 17 на плоскостях 40 и 41 и оправкой крепежной 18 на плоскостях 42 и 43. Причем плоскости 40 и 42 удерживают уровень-блок 15 катушек от перемещения по оси 10, а плоскости 41 и 43 - от перемещения в плоскости, перпендикулярной оси 10. В состав неподвижной части 2 входит верхняя крепежная пластина 19 и нижняя крепежная пластина 20, втулки промежуточные 21, втулки нижние 22, установленных на шпильках 25, каждая из которых закреплена на основании 23. При этом основание 23 имеет, по меньшей мере, одно отверстие 44 для крепления неподвижной части 2 генератора (и в целом всего генератора) к транспортному средству или к транспортируемому составу.

Каждый комплект из двух или более уровней-блоков 15 катушек закреплен одним концом между собой, а другим концом закреплен на верхней крепежной пластине 19 и нижней крепежной пластине 20. В каждой из крепежной пластине выполнено отверстие 24 для установки в них уровней-блоков 15 катушек путем размещения в отверстии 24 крепежных оправок 18. При этом оправки стыковочные 17 соседних уровней-блоков 15 катушек зафиксированы между собой посредством выполненных на них стыковочных пазов. Верхняя крепежная пластина 19 блока катушки закреплена на втулках промежуточных 21, каждая из которых одним концом контактируют с верхней крепежной пластиной 19, а другим концом контактирует с нижней крепежной пластиной 20. Крепежная пластина 20 через втулки нижние 22 закреплена на основании 23. При этом пластину крепежную верхнюю 19 вместе с втулками промежуточными 21, пластину крепежную нижнюю 20, с втулками нижними 22 предпочтительно фиксировать с помощью шпилек 25, закрепленных в основании 23 и гаек 26, прижимающих вместе пластину блока катушки верхнюю 19, втулки промежуточные 21, пластину катушки нижнюю 20, втулки нижние 22 к основанию 23 и удерживающих эти детали.

Систему упругих элементов 3 образуют верхний уровень-блок упругих элементов 27 и нижний уровень-блок упругих элементов 28, выполненных предпочтительно из металлических пружин, расположенных и прикрепленных сверху и снизу к подвижной части 1. Верхний уровень-блок упругих элементов 27 и нижний уровень-блок упругих элементов 28 могут быть выполнены составным или единым упругим элементом таким образом, что обеспечивается возможность возвратно поступательного пружинящего перемещения подвижной части 1 генератора в осевом направлении и частичного пружинящего перемещения подвижной части 1 генератора в радиальном направлении, или составленным из трех и более упругих элементов 38, соединенных посредством соединительных элементов, размещенных по осям крепления 30, или составленными из трех и более упругих элементов 39, соединяемых посредством соединительных элементов, размещенных по осям крепления 31. Верхний уровень-блок упругих элементов 27 и нижний уровень-блок упругих элементов 28 выполнены с возможностью соединения с неподвижной частью 2 посредством соединительного элемента, размещенного, как минимум, на одной оси крепления 30, и с возможностью соединения с подвижной частью 1 посредством соединительного элемента, размещенного, как минимум, на одной оси крепления 31.

Между подвижной частью 1 и верхним уровень-блоком упругих элементов 27 установлены втулки длинные 32 упругих элементов. Между подвижной частью 1 и нижним уровень-блоком упругих элементов 28 установлены втулки длинные 32 упругих элементов. При этом предпочтительно иметь три оси крепления 31 подвижной части 1 с верхним уровень-блоком упругих элементов 27, а также предпочтительно иметь три оси крепления 31 подвижной части 1 с нижним уровень-блоком упругих элементов 28. Между неподвижной частью 2 и нижним уровень-блоком упругих элементов 28 установлены втулки короткие 33 упругих элементов. Также предпочтительно иметь три оси крепления 30 неподвижной части 2 с верхним уровень-блоком упругих элементов 27 и предпочтительно иметь три оси крепления 30 неподвижной части 2 с нижним уровень-блоком упругих элементов 28.

Значение частоты колебаний магнитов относительно катушки системы упругих элементов 3 заявленного генератора может находиться в диапазоне от 1 до 30 Гц. Конструкция системы упругих элементов 3 отдельно взятого генератора может быть образована верхним уровнем-блоком упругих элементов 27 и нижним уровнем блоком упругих элементов 28 одинаковой частоты, как показано на фиг. 16, или различной частоты, как показано на фиг. 17 и 18. При этом конструкция предусматривает возможность изменения частоты и амплитуды колебания подвижной части 1 относительно неподвижной части 2 путем изменения геометрии и размеров упругих элементов 29, или упругих элементов 38, или упругих элементов 39.

Работает заявленный генератор следующим образом.

Перемещение магнитов 9 вдоль оси 10, установленных в подвижной части 1, относительно медных катушек 16, установленных в неподвижной части 2, возникающее вследствие вызванного внешним воздействием на неподвижную часть 2 генератора со стороны транспортного средства, на котором установлен генератор, вызывает изменение магнитного потока, проходящего через каждую катушку 16, что способствует возникновению явления электромагнитной индукции. Вследствие чего в катушках 16 возникает переменный электрический ток. С помощью диодного моста 34 переменный ток преобразуется в постоянный, далее конденсатор 35 сглаживает характеристику полученного постоянного тока, после чего ток, выведенный на контакты 36 и 37, может использоваться для питания компонентов системы или запасания электрической энергии в системах хранения электроэнергии. За счет конструкции, формы и толщины нижнего уровня-блока упругих элементов 28 и верхнего уровня-блока упругих элементов 27, имеющих возможность упруго деформироваться в радиальном направлении в плоскости расположения упругих элементов нижнего уровня-блока упругих элементов 28 и верхнего уровня-блока упругих элементов 27, обеспечивается защита от разрушения магнитов 9, установленных в подвижной части 1, от вибрационных и ударных внешних нагрузок.

Таким образом, именно такое конструктивное исполнение предложенного генератора и размещение его элементов конструкции, в процессе работы позволяет реализовать условия, обеспечивающие достижение указанного выше технического результата, а именно: повышение удобства эксплуатации и повышение КПД за счет обеспечения возможности колебаний подвижной части относительно неподвижной во всех направлениях осей декартовой системы координат за счет упругих элементов.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат – повышение надежности и КПД генератора. Генератор возвратно-поступательного движения включает подвижную и неподвижную части, выпрямитель, контакты. Подвижную часть образует магнитная система, включающая внешнюю и внутреннюю части, соединенные между собой пластиной. Каждая из частей состоит из двух или более уровней магнитов, расположенных по кругу. Одноименные полюса магнитов внешней и внутренней частей направлены в разные стороны. Неподвижную часть образует комплект из двух или более уровней-блоков катушек. Генератор снабжен системой упругих элементов, состоящей из верхнего и нижнего уровень-блока упругих элементов, расположенных и прикрепленных сверху и снизу к подвижной части. Такое конструктивное исполнение обеспечивает защиту магнитов от вибрационных и ударных внешних нагрузок и возможность регулирования частоты резонанса подвижных частей и амплитуды колебания магнитов в осевом направлении относительно катушки за счет конструкции, формы и толщины верхнего и нижнего уровней-блоков упругих элементов, имеющих также возможность упруго деформироваться в радиальном направлении в плоскости расположения верхнего и нижнего уровней-блоков упругих элементов. 17 ил.

Генератор возвратно-поступательного движения, включающий размещенные в одном кожухе подвижную и неподвижную части, магнитопроводы, выпрямитель, контакты, отличающийся тем, что неподвижная часть образована основанием, имеющим по меньшей мере одно отверстие для крепления неподвижной части генератора на транспортном средстве, укрепленные на нем шпильки с длинными и короткими втулками, верхнюю и нижнюю крепежные пластины и по меньшей мере комплектом, состоящим из двух или более уровней-блоков катушек, каждая из которых выполнена из единой медной проволоки, соединена с выпрямителем и зафиксирована между оправкой стыковочной и оправкой крепежной и плоскостями удержания катушек от перемещения их как вдоль оси симметрии генератора, так и в направлении от оси симметрии, при этом каждый из двух или более уровней-блоков катушек закреплен одним концом между собой, а другим концом закреплен на верхней крепежной и нижней крепежной пластине, причем каждая из пластин имеет отверстие для установки в них уровней-блоков катушек путем размещения в отверстиях крепежных оправок, при этом оправки стыковочные соседних уровней-блоков катушек зафиксированы между собой посредством стыковочных пазов, выполненных на них, причем верхняя крепежная пластина размещена на промежуточных втулках, каждая из которых одним концом контактирует с ней, а вторым концом - с нижней крепежной пластиной, которая через нижние опорные втулки размещена на основании; подвижная часть образована магнитной системой, включающей внешнюю и внутреннюю части, соединенные между собой пластиной, имеющей отверстия, причем каждая из внешней и внутренней частей состоит по меньшей мере из двух или более уровней магнитов, расположенных по кругу, центр которого находится на оси симметрии генератора, причем одноименные полюса магнитов внешней части и магнитов внутренней части направлены в разные стороны вдоль оси, и магниты распределены между собой посредством сепаратора внешней части и сепаратора внутренней части, выполненных из диэлектрического материала, и имеет магнитопроводы для скрепления в каждой из внешней и внутренней частей магнитов и сепараторов, причем подвижная часть установлена на шпильках в неподвижной части и сопряжена с ней с минимальным технологическим зазором между подвижной частью и неподвижной частью; при этом генератор снабжен системой упругих элементов для обеспечения колебательных движений подвижной части относительно неподвижной части, состоящей из верхнего уровень-блока упругих элементов и нижнего уровень-блока упругих элементов, каждый верхний и нижний уровень-блоки упругих элементов выполнены составным или единым упругим элементом таким образом, что обеспечивается возможность возвратно-поступательного пружинящего перемещения подвижной части генератора в осевом направлении и частичного пружинящего перемещения подвижной части генератора в радиальном направлении, и по меньшей мере одним соединительным элементом соединен с неподвижной частью, а другим соединительным элементом соединен с подвижной частью, причем между подвижной частью и верхним уровень-блоком упругих элементов и нижним уровень-блоком упругих элементов установлены длинные втулки, а между неподвижной частью и нижним уровень-блоком упругих элементов установлены короткие втулки, причем верхний и нижний уровень-блоки упругих элементов обеспечивают защиту магнитов от вибрационных и ударных нагрузок со стороны транспортного средства за счет подпружиненной их установки относительно корпуса генератора, причем конструкция, форма и толщина исполнения верхнего и нижнего уровней-блоков упругих элементов обеспечивает необходимую упругую деформацию в радиальном направлении в плоскости расположения верхнего и нижнего уровней-блоков упругих элементов.