Преобразователь вибраций в элетрическое напряжение

Изобретение относится к электротехнике, к электромагнитным генераторам и может быть использовано для получения электрической энергии от любого вибрирующего тела, в том числе для электропитания устройств и подзарядки аккумуляторов во время движения транспортного средства (автомобиль, железнодорожный вагон и др.). Технический результат состоит в повышении мощности. Преобразователь вибраций содержит неподвижный магнитопровод с обмотками возбуждения и генераторной, подвижный магнитопровод с упругим элементом, конденсатор и диоды. Подвижный магнитопровод выполнен из высокоуглеродистой стали и перемещается в направлении магнитного потока. Упругий элемент имеет жесткость, определяющую частоту собственных колебаний подвижного магнитопровода преобразователя примерно равной частоте собственных колебаний транспортного средства. Конденсатор имеет емкостное сопротивление, примерно равное максимальному индуктивному сопротивлению генераторной обмотки. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромагнитным генераторам, которые служат автономными источниками питания. Предлагаемый преобразователь вибраций в электрическое напряжение может быть использован для получения электрической энергии от любого вибрирующего тела, в том числе для электропитания устройств и подзарядки аккумуляторов во время движения транспортного средства (автомобиль, железнодорожный вагон и др.).

Известны электрические генераторы возвратно-поступательного движения, содержащие магнитопроводы с обмоткой, закрепленные неподвижно, и постоянные магниты, приведенные в возвратно-поступательное движение посторонним источником энергии (Хитерер М.Я., Овчинников И.Е. Синхронные электрические машины возвратно-поступательного движения, СПб: Корона принт, 2004. - 368 с.). Основными недостатками рассмотренных конструкций являются сложность устройства и применение постоянных магнитов, а также невозможность использования генератора при малых перемещениях подвижного элемента (например, при вибрациях).

Известен вибрационный генератор электрической энергии (патент РФ 2439771), содержащий постоянный магнит, магнитопровод, рабочую обмотку, подвижное средство изменения магнитного потока в магнитопроводе, отличающийся тем, что подвижное средство изменения магнитного потока в магнитопроводе выполнено в виде шунта, состоящего из чередующихся магнитопроводящих и магнитонепроводящих слоев, расположенных перпендикулярно направлению колебания шунта. Недостатки такого генератора заключаются в сложности конструкции и повышенной стоимости постоянных магнитов, а также малой мощности выходного сигнала, обусловленной малой массой подвижного средства и небольшим изменением магнитного потока (постоянный магнит и два рабочих зазора не позволяют получить индукцию в зазорах больше 0,1 Тл).

Наиболее близким по конструкции и принципу действия является линейный генератор возвратно-поступательного движения Потапова Л.А. и Сморудовой Т.В. (заявка №2012108778/07 от 7.03.2012), в котором подвижный магнитопровод выполнен из углеродистой стали, сохраняющей остаточную индукцию (вместо дорогих постоянных магнитов), и организована система самовозбуждения. Недостатками этого генератора являются сложность конструкции и необходимость движения подвижного магнитопровода перпендикулярно магнитным потокам, что не позволяет его использовать при малых перемещениях магнитопровода (например, при вибрациях).

Задача изобретения - упрощение конструкции и получение максимальной мощности устройства.

Предлагается преобразователь вибраций в электрическое напряжение, содержащий неподвижный магнитопровод с обмотками возбуждения и генераторной, подвижный магнитопровод с упругим элементом, конденсатор и диоды, отличающийся тем, что с целью упрощения конструкции и получения максимальной мощности устройства подвижный магнитопровод выполнен из высокоуглеродистой стали и перемещается в направлении магнитного потока, упругий элемент имеет жесткость, определяющую частоту собственных колебаний подвижного магнитопровода преобразователя примерно равной частоте собственных колебаний транспортного средства, а конденсатор имеет емкостное сопротивление, примерно равное максимальному индуктивному сопротивлению генераторной обмотки.

В предлагаемой конструкции преобразователя перемещение подвижного магнитопровода происходит в направлении магнитных потоков, при этом изменяется рабочий зазор между подвижным и неподвижным магнитопроводами, изменяется магнитная индукция и поток в магнитной цепи и наводится ЭДС в генераторной обмотке. Подвижный магнитопровод закреплен на упругих элементах и вместе с ними образует колебательную систему. Жесткость упругого элемента и масса подвижного магнитопровода определяют частоту собственных колебаний этой колебательной системы. Для повышения эффективности преобразователя частоту его собственных колебаний приближают к частоте собственных колебаний вибрирующего тела (например, транспортного средства), т.к. вблизи резонанса амплитуда колебаний будет наибольшей. Выходную мощность преобразователя определяет масса подвижного элемента (а ее можно выполнить достаточно большой) и диапазон изменения магнитной индукции в рабочем зазоре (при изменении рабочего зазора от 0,1 мм до 0,6 мм магнитная индукция может изменяться от 1 до 0,2 Тл).

Подвижный магнитопровод имеет простую форму (без выступов) и выполнен из более дешевого материала - высокоуглеродистой стали (вместо постоянных магнитов). Для обеспечения самовозбуждения и повышения зарядного тока емкостное сопротивление конденсатора приближено к индуктивному сопротивлению генераторной обмотки, т.к. вблизи резонанса напряжений ток в цепи приближается к максимально возможному.

На чертеже представлена конструкция преобразователя вибраций.

Преобразователь вибраций содержит корпус 1 с закрепленным к нему неподвижным П-образным магнитопроводом 2, на котором имеются обмотки возбуждения 3 и генераторные обмотки 4.

Подвижный магнитопровод 5 закреплен на упругих элементах 6. На подвижном магнитопроводе закреплены два уголка 7 с амортизирующими прокладками 8, исключающих прилипание подвижного магнитопровода к неподвижному и уменьшающих шум при вибрациях. Концы уголков 7 входят в пазы ограничителей хода 9, закрепленных на корпусе 1. С помощью ограничителей хода регулируются минимальный и максимальный зазоры в магнитной цепи. Выводы генераторной обмотки подключены через диодный мост 10 к конденсатору 11. Выводы обмотки возбуждения тоже подключены к конденсатору через диод 12. Конденсатор подключен к клеммам 13 или разъему 14, расположенным снаружи корпуса 1, при этом корпус 1 может быть выполнен герметичным.

Работает преобразователь вибраций следующим образом. При подсоединении преобразователя вибраций к вибрирующему телу подвижный магнитопровод в преобразователе вибраций тоже будет совершать колебания с собственной частотой, определяемой жесткостью упругого элемента и массой подвижного магнитопровода. Если собственная частота колебаний подвижного магнитопровода будет близка к частоте вибрирующего тела (приближаясь к резонансу), то амплитуда колебаний подвижного магнитопровода будет стремиться к наибольшему значению. При колебаниях подвижного магнитопровода относительно неподвижного будет изменяться зазор между ними, что приведет к изменению напряженности магнитного поля и магнитной индукции в магнитной цепи и создаст ЭДС в генераторной обмотке, пропорциональную скорости изменения потокосцепления E = w d Ф d t , где w - число витков генераторной обмотки, Ф=BS, Ф и В - поток и магнитная индукция в неподвижном магнитопроводе, S - сечение полюса этого магнитопровода. В генераторной обмотке 4 формируется знакопеременная ЭДС, которая диодным мостом 10 выпрямляется и конденсатором 11 сглаживается. С конденсатора 11 снимается выходное напряжение Uвых на внешний разъем 14 или клеммы 13 (для подключения внешних устройств), а также напряжение для питания обмотки возбуждения 3. При этом последовательно с обмоткой возбуждения в прямом направлении включен диод D, отсекающий ту переменную составляющую тока, наведенного в этой обмотке изменяющимся магнитным потоком, которая направлена встречно основному току возбуждения. Для увеличения тока, отдаваемого генераторной обмоткой, емкостное сопротивление конденсатора выполняют примерно равным индуктивному сопротивлению генераторной обмотки, т.к. вблизи резонанса напряжений ток будет стремиться к наибольшему значению. При этом преобразователь вибраций будет работать в режиме самовозбуждения.

Самовозбуждение преобразователя вибраций осуществляется следующим образом. В нерабочем состоянии подвижный магнитопровод 5, выполненный из углеродистой стали, сохраняет остаточную намагниченность. При этом в магнитной цепи сохраняется некоторый остаточный магнитный поток. При возникновении вибраций перемещение подвижного магнитопровода 5 от первоначального (устойчивого) положения приведет к изменению магнитного потока, возникновению в генераторной обмотке 4 ЭДС, увеличению напряжения на конденсаторе 11, появлению тока в обмотке возбуждения 3. При этом магнитный поток в магнитопроводе 2 увеличится и при дальнейших возвратно-поступательных движениях подвижного магнитопровода 5 ЭДС в генераторной обмотке 4 будет постепенно возрастать, напряжение на конденсаторе 11 и ток в обмотке возбуждения 3 тоже будут возрастать. Все это приведет к постепенному увеличению магнитного потока в магнитопроводе 2 до тех пор, пока отдельные участки магнитопровода 2 не войдут в режим насыщения. При насыщении магнитопровода 2 максимальное значение магнитного потока будет оставаться неизменным и при сохранении частоты возвратно-поступательных движений напряжение на выходе генератора будет оставаться неизменным.

Преобразователь вибраций в электрическое напряжение, содержащий неподвижный магнитопровод с обмотками возбуждения и генераторной, подвижный магнитопровод с упругим элементом, конденсатор и диоды, отличающийся тем, что подвижный магнитопровод выполнен из высокоуглеродистой стали и перемещается в направлении магнитного потока, упругий элемент имеет жесткость, определяющую частоту собственных колебаний подвижного магнитопровода преобразователя примерно равной частоте собственных колебаний транспортного средства, а конденсатор имеет емкостное сопротивление, примерно равное максимальному индуктивному сопротивлению генераторной обмотки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению. Электрогенератор содержит двигатель внутреннего сгорания (ДВС), электрическую машину, электрические конденсаторы и аккумулятор, электрические блоки для преобразования электроэнергии и электронный блок управления.

Изобретение относится к области энергомашиностоения. В способе адаптации частоты колебаний якорь-поршней насос-генератора к резонансной частоте контура линейного генератора при рекуперации энергии торможения система управления после каждого цикла генерирования импульса электроэнергии при движении якорь-поршня насос-генератора из одной крайней точки движения в другую крайнюю точку движения система управления переводит клапаны управления потоком жидкости в противоположные положения с задержкой.

Изобретение относится к электротехнике, к электромагнитным генераторам, служащим автономными источниками питания, и может быть использовано совместно с двигателями внутреннего сгорания без кривошипно-шатунного механизма, в устройствах, преобразующих вибрацию в напряжение (например, в подвеске экипажей), а также в автономных устройствах с ручным приводом.

Изобретение относится к волноэнергетической установке для производства электроэнергии. .

Изобретение относится к области электротехники и гидроэнергетике, в частности к производству электроэнергии путем преобразования энергии вертикального волнения воды в электрическую энергию.

Изобретение относится к области электротехники и гидроэнергетики, в частности к устройствам, представляющим собой электрогенераторы для производства электроэнергии путем преобразования энергии вертикального волнения воды в электрическую энергию.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и касается особенностей выполнения генераторов электрического тока. .

Изобретение относится к переносным электрическим устройствам и может быть использовано во многих областях, в которых требуется электрическое устройство с автономным источником питания, обладающее возможностью подзарядки аккумулятора, но не требующее соблюдения условий электробезопасности при подзарядке аккумулятора.

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к области производства электрической энергии и может быть использовано в устройствах с автономным питанием, размещаемых на движущихся объектах. Заявленное изобретение направлено на решение задачи упрощения и повышения эффективности производства электрической энергии для маломощных автономных устройств, установленных на движущихся объектах. Поставленная задача возникает при разработке и создании автономных приемо-передающих устройств, спутниковых трекеров и пр. Устройство состоит из сообщающихся сосудов с жидкостью 1, поплавков 2i, i=1, …, 2, соединителей 3i, i=1, …, 2, преобразователей механической энергии в электрическую 4i, i=1, …, 2. 1 ил.

Изобретение относится к области производства электрической энергии и может быть использовано в устройствах с автономным питанием, размещаемых на движущихся объектах. В устройство, расположенное на движущемся объекте, введены сообщающиеся сосуды с жидкостью, два соединителя, два преобразователя механической энергии в электрическую, два поплавка, расположенных в левом и правом сообщающихся сосудах, над которыми расположены соединенные с поплавками через соединители преобразователи механической энергии, выходы которых объединены и подключены к выходу устройства. Изобретение направлено на упрощение и повышение эффективности производства электрической энергии для маломощных автономных устройств, установленных на движущихся объектах. 1 ил.

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.
Наверх