PL232262B1 - Przetwornik drgań na energię elektryczną - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest przetwornik drgań na energię elektryczną, znajdujący zastosowanie wszędzie tam, gdzie masa drgająca oddziałuje na powierzchnię stałą, a jej ruch musi być tłumiony dla zapewnienia stabilności i komfortu pracy, przydatny zwłaszcza w różnego typu pojazdach odbywających ruch po drodze, narażonych na drgania własne, mające swe źródło w kołach, siedzeniach, bagażniku itp. Ponadto może przetwarzać drgania kinetyczne na energię elektryczną w pojazdach nie będących w ruchu, w których mikrodrgania wywołuje na przykład przejeżdżający obok inny pojazd, czy też wsiadający do pojazdu kierowca lub pasażer, inicjujący energię. Rozwiązanie to może znaleźć zastosowanie zwłaszcza w samochodach elektrycznych albo w hybrydowych, co nie wyklucza jednak możliwości stosowania go w innych, tradycyjnych samochodach osobowych i ciężarowych, autobusach, pojazdach terenowych, a także w pojazdach szynowych, w tym w pociągach metra, czy w tramwajach.

W celu poprawy sprawności napędu pojazdu mechanicznego i jego osiągów, a także zapewnienia komfortu i bezpieczeństwa podróżowania, stosuje się różne sposoby odzyskiwania energii, głównie kinetycznej. Od lat specjaliści pracujący zwłaszcza na rzecz wielkich koncernów samochodowych próbują znaleźć najlepsze rozwiązania, które pomogłyby odzyskać energię traconą przez pojazd w układzie wylotowym silnika, układzie zawieszenia i układzie hamowania pojazdu.

Energia, mająca wpływ na ruch pojazdu względem podłoża, jest dostępna podczas całej pracy pojazdu - od momentu otwarcia pojazdu, poprzez wejście do jego wnętrza, uruchomienie silnika, ruszanie, zmianę biegów, przejazd po nierównościach, przechył na zakrętach, kończąc na hamowaniu, gaszeniu silnika i wysiadaniu.

Jednym z pomysłów na odzyskiwanie energii pojazdu jest użycie amortyzatorów hydraulicznych i podłączonych do odbiorników (na przykład baterii akumulatorów), turbogeneratorów zanurzonych w płynie. Za każdym razem, gdy amortyzator jest ściskany, powstałe ciśnienie powoduje skierowanie przepływu płynu hydraulicznego przez łopatki turbiny, generując energię elektryczną. Przepływ płynu w czasie sprężania odbywa się przez dwa zawory Z1 i Z3, o małym oporze przepływu oraz przez turbogenerator. Z kolei, w czasie rozprężania jest silnie tłumiony na trzecim zaworze Z2. Pozyskiwana energia z jednej strony zasila układy elektroniczne amortyzatorów, dzięki czemu jazda staje się bardziej płynna, a z drugiej zasila sam pojazd, a jeśli mamy do czynienia z hybrydą lub pojazdem elektrycznym, to zasila jego zespół napędowy.

Innym sposobem odzyskiwania energii jest wykorzystanie amortyzatora pneumatycznego, na co zwrócili uwagę naukowcy z Politechniki Łódzkiej - Kuchar Maciej oraz Siczka Krzysztof - w artykule „Ocena możliwości odzyskiwania energii z układu zawieszenia przy wykorzystaniu amortyzatora pneumatycznego”, zamieszczonym na stronie internetowej pod adresem www.academia.edu. W tym przypadku tłoczenie powietrza odbywa się dzięki posuwisto-zwrotnemu ruchowi tłoka w cylindrze amortyzatora pneumatycznego i zaworom zwrotnym. Taki zespół amortyzatorów podczas jazdy samochodu jest źródłem sprężonego powietrza. Już sam fakt, że działają cztery amortyzatory niezależnie, powoduje pewną stabilizację strumienia tłoczonego powietrza. Zbiornik w układzie pełni rolę zasadniczego elementu stabilizującego ciśnienie. W celu zamiany strumienia sprężonego powietrza na energię elektryczną w układzie umieszczono turbogenerator. Prąd z turbogeneratora może być wykorzystany do ładowania akumulatora pojazdu lub napędu urządzeń pomocniczych, takich jak na przykład wycieraczki.

Konstrukcja takiego amortyzatora powinna być zwarta, mieścić się wewnątrz sprężyny używanej w kolumnie M'Persona, średnica amortyzatora nie powinna zbytnio odbiegać od średnicy klasycznego amortyzatora hydraulicznego, co zostało pokazane na rysunku Pos. 1. Umieszczenie zaworów zwrotnych powinno być przewidywane na korpusie amortyzatora. Jeśli ich wielkość na to nie pozwala - powinny być zastosowane jak najkrótsze przewody między zbiornikiem i amortyzatorem. Zbiornik powinien być połączony bezpośrednio z turbiną.

W czasie rzeczywistego sprężania i rozprężania powietrza w cylindrze amortyzatora pneumatycznego zachodzi wymiana ciepła ze ściankami cylindra, jednak odbywa się ona relatywnie krótko. Dlatego można dla uproszczenia przyjąć, że proces ten przebiega w sposób adiabatyczny. W efekcie zamiana energii kinetycznej ruchu tłoka, połączonego z kołem pojazdu, na pracę sprężania czy rozprężania powietrza jest połączona jedynie ze stosunkowo małymi stratami. Straty te wynikają z oporów tarcia tłoka o ścianki cylindra i tłoczyska o powierzchnię otworu pokrywy amortyzatora. Po osiągnięciu pewnego ciśnienia w komorze cylindra, w której zachodzi sprężanie powietrza, zostaje otwarty zawór zwrotny Z4 (Z2) łączący poprzez przewód komorę z kolektorem. Podczas przepływu przez zawór powstają straty dławienia, uzależnione od konstrukcji zaworu. Są one szacowane na kilka procent energii

PL 232 262 B1 sprężania powietrza. Straty te są tym wyższe, im wyższe jest ciśnienie otwarcia zaworu, ale ich udział procentowy w energii sprężanego gazu maleje. Kolektor kieruje sprężone powietrze do bezpośrednio połączonego kanału, w którym umieszczona jest turbina T i w nim następuje zamiana części energii sprężystej powietrza na energię kinetyczną turbiny. Straty związane z przepływem sprężonego gazu w kolektorze i na łopatkach turbiny stanowią kilka procent energii sprężonego powietrza w cylindrze amortyzatora. Energia turbiny zostaje w generatorze G zamieniona na energię elektryczną, która poprzez przewody kierowana jest na przykład do akumulatora. Straty związane z wytwarzaniem i przepływem prądu są stosunkowo małe, zwykle poniżej 3%. Otwarcie zaworu Z4 zachodzi po wykonaniu ponad połowy drogi tłoka w cylindrze.

Jeśli w tym czasie nie zostanie osiągnięte ciśnienie otwarcia zaworu, przepływ powietrza do kolektora nie występuje. Nie ma wtedy możliwości zamiany jego energii sprężystej na energię. Podczas ruchu tłoka, gdy w jednej komorze cylindra zachodzi sprężanie, w drugiej zachodzi rozprężanie, aż do osiągnięcia ciśnienia na wyjściu z generatora G. Po jego osiągnięciu zostaje otwarty zawór zwrotny Z1 (Z3) do kanału łączącego komorę cylindra z wylotem powietrza za turbogeneratorem i zaczyna być zasysane to powietrze do komory cylindra. Występujące straty przepływu powietrza przez ten zawór są stosunkowo niewielkie. Podczas rozprężania nie ma możliwości zamiany energii sprężystej powietrza, zgromadzonego w komorze cylindra, na energię elektryczną. Wynika stąd, że odzyskiwanie energii odbywa się tylko podczas sprężania powietrza w poszczególnych komorach cylindra, a i to dopiero po osiągnięciu wartości ciśnienia otwarcia zaworu zwrotnego. Nawet i wtedy występują straty. Szacowana sprawność odzyskania energii kinetycznej koła w postaci energii elektrycznej, gromadzonej na przykład w akumulatorze wynosi poniżej 50%. Jednak i tak stanowi to pewien zysk w porównaniu z energią traconą bezpowrotnie w przypadku klasycznych amortyzatorów hydraulicznych.

Z artykułu pt.: „Rekuperator energii drgań pojazdu mechanicznego” Wojciecha Korzybskiego i Henryka Rode, zamieszczonym w czasopiśmie „Logistyka 6/2014”, ISNN 1231-5478, s. 5710-5715, znany jest także rekuperator energii drgań pojazdu mechanicznego. Nie ingeruje on w żaden element układu napędowego pojazdu, przez co nie pogarsza jego niezawodności. Montowany jest pod fotelem operatora pojazdu mechanicznego. Pozwala on zamieniać energię kinetyczną drgającego siedziska fotela operatora na energię elektryczną. Zespół ten wspomaga pracę amortyzatora gazowego. Jak pokazano na rysunku Pos. 2 składa się on z dwóch sprzężonych ze sobą listew zębatych zamieniających, poprzez koła zębate, ruch posuwisto-zwrotny fotela operatora na ruch obrotowy wałków napędowych dwóch sprzęgieł jednokierunkowych. Sprzęgła te połączone są z głównym kołem zębatym zazębionym z kołem zębatym wałka prądnicy. Każde sprzęgło przekazuje moment w inną stronę. Dzięki temu jedna listwa napędza wałek prądnicy podczas ruchu siedziska w dół, druga - ruchu w górę. Generowany w prądnicy prąd magazynowany jest w osobnym akumulatorze lub doładowuje akumulator pojazdu.

W celu zapewnienia stałego kontaktu listwy dociskane są do kół zębatych za pomocą pierścieniowych rolek dociskowych wykonanych z tekstolitu i montowanych przesuwnie w ramie rekuperatora. Wałki sprzęgłowe, wykonane ze stali, połączone są wpustami ze sprzęgłami jednokierunkowymi i łożyskowane w ramie rekuperatora. Zastosowane sprzęgła jednokierunkowe są sprzęgłami kulkowymi. Uzyskana energia elektryczna może zostać wykorzystana do zasilania innych urządzeń elektronicznych np. telefonu komórkowego lub przy zastosowaniu innego układu elektronicznego do ładowania kondensatorów zdolnych do szybkich, impulsowych ładowań i rozładowań. Kondensatory takie doskonale nadają się do zastosowań, wymagających krótkich impulsów dużej mocy, przedzielanych dłuższymi przerwami.

Specyfika budowy i sposób funkcjonowania rekuperatora determinuje jego wykorzystanie w pojazdach poruszających się po drogach nieutwardzonych lub bezdrożach np. w ciągnikach rolniczych lub pojazdach terenowych.

Znany jest mechaniczny system do magazynowania energii i zastosowanie tego systemu w pojazdach silnikowych, ujawniony w amerykańskim opisie zgłoszeniowym wynalazku US4813509 (A1) i pokazany na rysunku (Pos. 3). System ten magazynuje energię w sprężynie (resorze) 20, gdy pojazd hamuje, jak w przypadku zatrzymania lub zjazdu, i uwalnia energię zmagazynowaną, by wspomóc silnik pojazdu podczas uruchamiania lub gdy wjeżdża pod górę.

Na obu końcach sprężyny 20 znajdują się elektryczne sprzęgła 44 i 46. Sprzęgła te umożliwiają mocowanie końców sprężyny 20 do ramy i wału selektywnie: pierwszy koniec do ramy i drugi k oniec do wału, i na odwrót, aby wybrać tryb transferu energii.

PL 232 262 B1

W prostej wersji wynalazku jako inklinometr (pochyłomierz) może służyć przełącznik 82 zawierający rtęć. Gdy przełącznik 82 zawierający rtęć jest przechylony w kierunku zjazdu, uruchamia się sprzęgło 34, a w przypadku hamowania, łączy się pierwszy koniec sprężyny śrubowej 20 z wałem napędowym 22 silnika, a drugi koniec sprężyny śrubowej z ramą pojazdu, do nawijania cewki sprężyny 20 (resoru) w hamowaniu i kierowania energii hamowania na cewkę sprężyny 20.

Gdy przełącznik 82 zawierający rtęć jest przechylony na wzniesieniu (w kierunku pod górę), uruchamia się sprzęgło 34 tak, że odłącza się pierwszy koniec sprężyny śrubowej 20 z wałem napędowym silnika 22 i łączy ją z ramą pojazdu, oraz rozłącza się drugi koniec sprężyny śrubowej 20 z ramą pojazdu i łączy się z wałem napędowym 22 silnika, pomagając zasilać pojazd. Neutralny i sterowany ręcznie system, może zgodnie z przepisami być zmieniony przez kierowcę pojazdu, gdy jest to pożądane lub kierowca może wyłączyć działanie systemu.

Z opisu chińskiego zgłoszenia patentowego CN101954863 (A1) znany jest przetwornik energii, pokazany na rysunku Pos. 4 posiadający własny system pobierania energii w postaci drgań i przetwarzania ich na energię elektryczną, przy czym urządzenie zbierające energię jest umieszczone pomiędzy podwoziem pojazdu 4, a ruchomym elementem w postaci obudowy osi 7. Obudowa osi 7 przenosi drgania na dwa końce pasa napędowego 45, ponieważ drgania są powodowane głównie przez nierówności nawierzchni na drodze i przenoszone przez koła pojazdu, przy czym górny koniec pasa napędowego 45 jest zamocowany do górnego końca sprężyny napinającej 5, połączonego z kolei ze wspornikiem 50, przymocowanym do podwozia pojazdu 4, a dolny koniec pasa napędowego 45 przechodzi przez koło pasowe 1 i łączy się z masztem 47, z kolei maszt 47 w centralnym punkcie podparcia 48 jest zawiasowo połączony z prętem nośnym 49 podtrzymującym podwozie pojazdu 4 . Pas napędowy 45 wchodzi w interakcję z kołem pasowym 1 zamocowanym na wsporniku 3, połączonym trwale z podwoziem pojazdu 4.

W omawianym chińskim rozwiązaniu przetwornik energii posiada co najmniej jedną przekładnię, przy czym przekładnia sprzężona jest za pośrednictwem sprzęgła poprzez duże koło zębate tej przekładni, połączonej za pomocą układu zębatego z kołem napędowym co najmniej jednej prądnicy.

Mechanizm działa w ten sposób, że po uderzeniu pojazdu o nierówność na drodze dochodzi do przemieszczenia między podwoziem pojazdu 4 a obudową osi przedniej 7 i obudową osi tylnej, pod wpływem działania górnych i dolnych wahań masztu 47 oraz wydłużenia lub skracania sprężyny 5. Pas napędowy 45 jest przeciągany w górę i w dół, aby napędzać koło pasowe 1, obracając je w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara lub w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, aby uzyskać moc wyjściową.

Koło pasowe 1 wytwarza moc po lewej stronie, kiedy obraca się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, to znaczy moc jest wysyłana wówczas, gdy odległość między podwoziem pojazdu 4, a obudową przedniej osi i obudową tylnej osi 7 jest zmniejszona.

Z kolei koło pasowe 1 po prawej stronie wytwarza moc, kiedy obraca się w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, to znaczy moc jest wyprowadzana, gdy odległość między podwoziem pojazdu 4 a obudową przedniej osi i obudową tylnej osi 7 jest zmniejszona.

Pewną niedogodnością omawianego rozwiązania jest to, że jest w nim wykorzystywana tylko jednokierunkowa praca mechanizmu, a mechanizm „wracając” wykonuje ruch jałowy, nie dając efektu energetycznego.

Celem wynalazku było opracowanie konstrukcji efektywnego przetwornika drgań, które odzyskuje energię, jaką dysponuje pojazd oddziałując grawitacyjnie na powierzchnię poruszania się.

Przetwornik drgań na energię elektryczną, będący przedmiotem wynalazku, stanowi system odzysku energii kinetycznej, w którym zamiana energii kinetycznej na elektryczną realizowana jest za pomocą generatora prądu, a podczas odzyskiwania zebrana energia gromadzona jest w urządzeniu do magazynowania energii i/lub wykorzystywana na bieżąco.

Przetworzenie drgań na energię elektryczną jest realizowane przez zamianę ruchu posuwisto-zwrotnego drgających części urządzenia, zwłaszcza pojazdu, na ruch obrotowy wałka napędowego generatora prądu elektrycznego, posiadający co najmniej jeden zespół napędowy zawierający przekładnię zębatą i co najmniej jedno sprzęgło jednokierunkowe. Zgodnie z wynalazkiem, przetwornik posiada ruchomy element przenoszący drgania na dwie końcówki łańcucha napędowego zakończonego elementami mocującymi z nakrętkami służącymi do regulacji naciągu i sprężynami napinającymi. Łańcuch współpracuje z małym kółkiem zębatym co najmniej jednej przekładni, sprzężonym za pośrednictwem sprzęgła jednokierunkowego z dużym kołem zębatym tej przekładni, połączonym krótkim łańcuchem napędowym z kółkiem napędowym co najmniej jednego generatora prądu. Przy tym zarówno oś przekładni jak i generator są zamocowane do podstawy stanowiącej element stały.

PL 232 262 B1

Zespół napędowy połączony jest ze stałym elementem, nie drgającym w trakcie pracy urządzenia lub ruchu pojazdu oraz z ruchomym elementem, zawieszonym elastycznie, zmieniającym swe położenie w stosunku do stałego elementu, wykonującym ruchy góra-dół.

Ruchomy element ma postać korpusu, na którego dwóch ramionach rozpięty jest napędowy łańcuch, albo jest trwale połączony z ramieniem elementu dźwigniowego, stanowiącego dźwignię dwuramienną, którego drugie ramię posiada dwa otwory do osadzenia mocujących elementów z nakrętkami i sprężynami łańcucha napędowego.

Korzystnie, łańcuch napędowy współpracuje z małymi kółkami zębatymi dwóch przekładni, sprzężonymi za pośrednictwem sprzęgieł jednokierunkowych z dużymi zębatymi kołami, połączonymi krótkimi łańcuchami napędowymi z kółkami napędowymi dwóch generatorów prądu.

Przekładnie są rozmieszczone obok siebie, na dwóch osiach albo są rozmieszczone na jednej osi.

Korzystnie, stałym elementem jest część nadwozia pojazdu, najkorzystniej podłoga, natomiast ruchomy element zainstalowany jest między wahaczem, a karoserią pojazdu i stanowi go zawieszenie pojazdu.

W rozwiązaniu według wynalazku łańcuch napędowy, przekazuje całą energię drgań na małe koło zębate przekładni zespołu napędowego generatora prądu elektrycznego. W układzie tym możliwa jest regulacja naciągu dzięki nakrętkom kontrująco-mocującym.

Dzięki rozwiązaniu według wynalazku uzyskano proste urządzenie, które odzyskuje energię, jaką dysponuje pojazd oddziałując grawitacyjnie na powierzchnię poruszania się, a która jest często bezpowrotnie tracona i przemienia energię drgań pojazdu na energię elektryczną, a co z tym związane - zwiększa sprawność pojazdu i jego osiągi, poprawia jednocześnie jego oddziaływanie na środowisko naturalne poprzez niższą emisję zanieczyszczeń.

Przy tym - w przeciwieństwie do dotychczas znanych rozwiązań pozyskujących energię z drgań przede wszystkim na potrzeby wsparcia pracy alternatora lub dodatkowego osprzętu, to rozwiązanie według wynalazku może posłużyć jako główne źródło energii do zasilania na przykład samochodów elektrycznych lub hybrydowych.

Generator, zastosowany w rozwiązaniu według wynalazku, zachowuje się w ten sposób, że po pierwszym uruchomieniu generator się kręci, a każde kolejne drganie go dopędza, powodując jego szybsze obroty, a to powoduje większy uzysk energetyczny. Przy czym bez względu na rodzaj pojazdu - dla każdego z kół pojazdu zostały przewidziane po dwa generatory produkujące prąd przy każdej różnicy odległości pomiędzy nadwoziem a podwoziem. Sumując napięcia z dwóch generatorów otrzymuje się bowiem niemalże nieprzerwany strumień energii, mogący być źródłem zasilania do ładowania pojazdu elektrycznego.

Według tego założenia pojazd wyposażony w cztery koła, będzie posiadał na każdym zawieszeniu takiego koła aż dwa generatory odbierające energię.

Zawieszenie pracując w górę napędza jeden generator, a wracając w dół uruchamia drugi generator. Wobec tego - przykładowo samochód, mając cztery koła napędza jednocześnie osiem generatorów.

Nie bez znaczenia jest także zastosowane w rozwiązaniu według wynalazku co najmniej dwóch napinających sprężyn, z których każda spełnia także dodatkowe funkcje naciągowo-dopędzające, to znaczy:

- po pierwsze sprężyna jest elementem stopniującym dawkowanie energii do generatora, co pozwala na „miękki start” urządzenia (wiadomo bowiem, że drgania mają najczęściej charakter gwałtowny, co przy sztywnej charakterystyce pracy łańcucha skończyłoby się jego zerwaniem przy dużej dziurze w nawierzchni drogi, dlatego też siła z podwozia wprawionego w drgania jest przekazywana na łańcuch poprzez sprężynę, której odpowiednia sztywność zapewnia przekazanie tej siły na mechanizm w sposób miękki),

- po drugie - każda ze sprężyn jest elementem dopędzającym pracę generatora (przy rozprężaniu jednocześnie dopędzają generator do większej prędkości obrotowej niż byłoby to wykonane bez użycia sprężyny).

Ze względu na to, że ruch odbywa się w dwóch kierunkach, sprężyny muszą być dwie, by zapewnić równą pracę obydwu generatorów.

Niewątpliwą zaletą rozwiązania stanowiącego przedmiot wynalazku jest także to, że może ono znaleźć zastosowanie wszędzie tam, gdzie zachodzą drgania pomiędzy elementem stałym, zwłaszcza o znaczącej masie, a elementem drgającym połączonym w sposób trwały a zarazem ruchomy na uwięzi z punktem odniesienia. Przetwornik drgań na energię elektryczną może zostać wykorzystany z równym powodzeniem w przypadku silnika okrętowego i kadłuba statku; jak również do wibroizolacji oraz prze

PL 232 262 B1 twarzania drgań na energię w torowiskach pojazdów szynowych; w mostach, kładkach; czy w budynkach narażonych na hałasy i drgania wywołane oddziaływaniem drgań z pobliskich zakładów produkcyjnych, z linii transportu szynowego naziemnego (tramwaje, kolej) i/lub podziemnego (linie metra), ruchu pojazdów wielkogabarytowych itd.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na schematycznym rysunku, którego Fig. 1 przedstawia przetwornik drgań na energię elektryczną w pierwszym przykładzie wykonania w widoku z przodu, Fig. 2 - przetwornik w drugim przykładzie wykonania w widoku z przodu, Fig. 3 - przetwornik w drugim przykładzie wykonania w widoku z boku, a Fig. 4 - przetwornik w trzecim przykładzie wykonania w widoku z przodu.

Przetwornik drgań na energię elektryczną według wynalazku w pierwszym przykładzie wykonania ma ruchomy element 1, przenoszący drgania pojazdu i stanowiący w tym przykładzie wykonania korpus przetwornika. Między ramionami 2, 2' ruchomego elementu 1 jest rozpięty napędowy łańcuch 3, zakończony mocującymi elementami 4 z nakrętkami 5 służącymi do regulacji naciągu. Między ramionami 2, 2' ruchomego elementu, a nakrętkami 5 umieszczone są napinające sprężyny 6 spełniające także funkcje naciągowo-dopędzające.

Napędowy łańcuch 3 współpracuje z dwoma zębatymi kółkami 7, 7' przekładni PZ, PZ' osadzonymi na wspólnych osiach 8, 8' z dużymi zębatymi kołami 9, 9' i połączonymi z nimi jednokierunkowymi sprzęgłami 10. Osie 8, 8' są zamocowane do stałej podstawy 11, będącej częścią karoserii pojazdu. Duże zębate koła 9, 9' stanowią przekładnię, a zarazem spełniają rolę kół zamachowych. Zębate koła 9, 9' są połączone krótkimi łańcuchami 12, 12' z zębatymi, napędowymi kółkami 13, 13' generatorów 14, 14' prądu stałego.

Napędowy łańcuch 3 i przekładnie PZ, PZ' tworzą zespoły napędowe, generatorów 14, 14' prądu.

Przetwornik w drugim przykładzie wykonania zbudowany jest analogicznie do pierwszego, przy czym napędowy łańcuch 3 współpracuje z jednym zębatym kółkiem 7, wspólnym dla dwóch przekładni PZ, PZ' oraz z kółkiem napinacza 15, natomiast duże zębate koła 9, 9' przekładni PZ, PZ' są rozmieszczone na wspólnej osi 8 z kółkiem 7 i odbierają od niej moment obrotowy poprzez jednokierunkowe sprzęgła 10, 10'. Zębate koła 9, 9' napędzają krótkimi łańcuchami 12, 12' dwa przeciwległe usytuowane napędowe kółka 13, 13' generatorów 14, 14', zamocowanych w podstawie 11.

W trzecim przykładzie wykonania, napędowy łańcuch 3 przetwornika współpracuje z dwoma małymi kółkami 7, 7' przekładni PZ, PZ' osadzonymi na wspólnych osiach 8, 8' z dużymi zębatymi kołami 9, 9' i połączonymi z nimi jednokierunkowymi sprzęgłami 10, 10'. Łańcuch 3 jest poprowadzony poprzez zwrotne kółka 16, 16' w kierunku środka przetwornika i osadzony swymi mocującymi elementami 4, z nakrętkami 5 i napinającymi sprężynami 6 w dwóch otworach dźwigniowego elementu 17 osadzonego obrotowo na podporze 18 i przenoszącego drgania ruchomego elementu 1, np. zawieszenia pojazdu.

Przetworniki drgań na energię elektryczną według wynalazku zastosowano w samochodzie osobowym, przy każdym z kół pojazdu, uzyskując dzięki temu osiem niezależnych dodatkowych źródeł zasilania - generatorów prądu elektrycznego, co okazało się znaczącym źródłem energii w pojeździe.

Każdy przetwornik drgań połączony został trwale z elementem stałym 11, w tym przypadku z podłogą samochodu, nie drgającą w trakcie ruchu pojazdu oraz z ruchomym elementem 1 - zawieszeniem samochodu, zmieniającym swe położenie w stosunku do elementu stałego - podłogi 11, a wykonującym ruchy góra-dół.

Energia w każdym z tych urządzeń powstawała w momencie zmiany położenia elementu ruchomego 1 tj. zawieszenia samochodu w stosunku do elementu stałego 11, w tym przypadku podłogi. Miało to miejsce zarówno wówczas, gdy pojazd był w ruchu, podczas całej jego pracy czyli od momentu otwarcia pojazdu i uruchomienia silnika, poprzez ruszanie, zmianę biegów, przejazd po nierównościach, przechył na zakrętach, kończąc na hamowaniu, gaszeniu silnika i wysiadaniu; jak również w stanie spoczynku, kiedy to mikrodrgania wywoływał na przykład przejeżdżający obok inny pojazd, czy też wsiadający do pojazdu kierowca lub pasażerowie, inicjujący energię kinetyczną poprzez drgania. Każdorazowo element ruchomy 1 wykonywał pracę góra-dół. Każdy z tych ruchów został przekazany poprzez łańcuch napędowy 3 na małe koła zębate 7 i 7' dwóch niezależnych systemów napędzania generatorów 14, 14' prądu elektrycznego. Łańcuch napędowy 3 przekazywał całą energię drgań na dwa niezależne systemy. Drgania miały różną amplitudę i szybkość, co mogłoby doprowadzić do zerwania łańcucha przy gwałtownym ruchu. Dlatego do zaczepienia łańcucha napędowego 3 zastosowany został układ składający się z elementu mocującego 4, zakończonego gwintem, dzięki czemu możliwa była regulacja jego naciągu poprzez kontrująco-mocujące nakrętki 5. Z kolei każda z dwóch sprężyn 6 napinających, a zara

PL 232 262 B1 zem rozruchowo-dopędzających, pełniła istotne funkcje. Pierwsza, podczas startu systemu amortyzowała gwałtowny start ściskając się. Druga - ściśnięta sprężyna, po osiągnięciu swojego maksimum ścisku rozprężała się oddając płynnie zakumulowaną energię, potęgując tym oddziaływanie systemu na generatory 14, 14' prądu elektrycznego, co skutkowało większą wydajnością systemu niż to samo rozwiązanie bez użycia sprężyn.

Gdy element ruchomy 1 tj. w tym przypadku zawieszenie samochodu wykonywało ruch w górę, wówczas sprężyna 6 sprężała się pomiędzy zawieszeniem 1, a nakrętkami kontrująco-mocującymi 5, następnie rozprężała się i wprawiała w ruch małe koło zębate 7, połączone poprzez jednokierunkowe sprzęgło 10 z dużym zębatym kołem 9. Wprawione w ruch duże zębate koło 9 przekazywało ruchem obrotowym poprzez krótki łańcuch 12 energię na napędowe kółko 13, zainstalowane na osi generatora 14. Taki układ sprawiał, że mimo tego, iż ruch w górę już ustał, to system pracował dalej, zmniejszając swą siłę działania hamowany oporami wewnętrznymi systemu i odbiornikiem energii z generatora 14. Działanie było podtrzymane lub zainicjowane kolejnym ruchom elementu ruchomego 1 tj. zawieszenia samochodu w górę.

Analogicznie system zachowywał się przy ruchu elementu ruchomego 1 w dół. Sprężyna 6 zainstalowana pomiędzy ruchomym elementem 1 tj. zawieszeniem samochodu, a kontrująco-mocującymi nakrętkami 5 sprężała się, gdy energia ściskania sprężyny stawała się mniejsza niż opór systemu, zaczynało się jej rozprężanie inicjujące ruch małego zębatego koła 7' osadzonego na wspólnej osi z dużym zębatym kołem 9' i połączone poprzez jednokierunkowe sprzęgło 10'. Zębate koło 9' przekazywało swą energię poprzez krótki łańcuch 12' na napędowe kółko 13' generatora 14', co spowodowało, że generator 14' wytworzył prąd elektryczny będący owocem pracy systemu.

Użycie krótkich łańcuchów 12, 12' napędzających generator 14, przedstawionych w powyższych przykładach, me wyczerpuje możliwości zastosowania innych rozwiązań - na przykład wspomniane łańcuchy mogłyby być zastąpione przekładnią innego rodzaju. Jednak w podanych przykładach wykonania został użyty łańcuch ze względu na swą najwyższą sprawność jaki przekaźnik energii.

Ponadto wspomniane generatory 14, 14' mogą produkować prąd stały lub przemienny (zmienny), w zależności ud zapotrzebowania. Przy tym prąd ten może hyc przekazany cło akumulacji, jak w powyższych przykładach, co wcale nie wyklucza możliwości wykorzystania wyprodukowanego prądu na bieżąco.

Zastrzeżenia patentowe

Claims (10)

1. Przetwornik drgań na energię elektryczną, przez zamianę ruchu posuwisto-zwrotnego drgających części pojazdu na ruch obrotowy wałka napędowego generatora prądu elektrycznego, umieszczony pomiędzy podwoziem pojazdu, a przednią i/lub tylną osią kół i składający się z mechanizmu posiadającego ruchomy element, który przenosi drgania, z co najmniej jednego zespołu napędowego zawierającego co najmniej jedną przekładnię i co najmniej jedno sprzęgło jednokierunkowe, na generator, znamienny tym, że posiada ruchomy element (1) przenoszący drgania na dwie końcówki napędowego łańcucha (3), zakończonego mocującymi elementami (4) z nakrętkami (5) służącymi do regulacji naciągu i napinającymi sprężynami (6), który współpracuje z małym zębatym kółkiem (7) co najmniej jednej przekładni (PZ), sprzężonym za pośrednictwem jednokierunkowego sprzęgła (10) z dużym zębatym kołem (9) tej przekładni, połączonym krótkim łańcuchem (12) z napędowym kółkiem (13) co najmniej jednego generatora (14) prądu, przy czym zarówno oś (8) przekładni (PZ) jak i generator (14) są zamocowane do podstawy (11) stanowiącej element stały.

2. Przetwornik drgań według zastrz. 1, znamienny tym, że jego ruchomy element (1) ma postać korpusu, na którego dwóch ramionach (2, 2') rozpięty jest napędowy łańcuch (3).

3. Przetwornik drgań według zastrz. 1, znamienny tym, że jego ruchomy element (1) jest trwale połączony z ramieniem dźwigniowego elementu (17), stanowiącego dźwignię dwuramienną, którego drugie ramię posiada dwa otwory do osadzenia mocujących elementów (4) z nakrętkami (5) i sprężynami (6) napędowego łańcucha (3).

4. Przetwornik drgań według zastrz. 1, albo 2, albo 3, znamienny tym, że jego napędowy łańcuch 3 współpracuje z małymi zębatymi kółkami (7, 7') przekładni (PZ, PZ') sprzężonymi za pośrednictwem jednokierunkowych sprzęgieł (10, 10') z dużymi zębatymi kołami (9, 9'), połączonymi krótkimi łańcuchami (12, 12') z napędowymi kółkami (13, 13') generatorów (14, 14') prądu.

PL 232 262 Β1

5. Przetwornik drgań według zastrz. 4, znamienny tym, że jego przekładnie (PZ, PZ’) są rozmieszczone obok siebie, na dwóch osiach (8, 8’).

6. Przetwornik drgań według zastrz. 4, znamienny tym, że jego przekładnie (PZ, PZ’) są rozmieszczone na jednej osi (8).

7. Przetwornik drgań według zastrz. 1 lub 2, lub 3, znamienny tym, że zespół napędowy połączony jest ze stałym elementem (11), nie drgającym w trakcie ruchu pojazdu oraz z ruchomym elementem (1), zawieszonym elastycznie, zmieniającym swe położenie w stosunku do stałego elementu (11), wykonującym ruchy góra-dół.

8. Przetwornik drgań według zastrz. 7, znamienny tym, że stałym elementem (11) jest część nadwozia pojazdu, korzystnie podłoga.

9. Przetwornik drgań według zastrz. 7, znamienny tym, że ruchomy element (1) zainstalowany jest między wahaczem, a karoserią pojazdu.

10. Przetwornik drgań według zastrz. 9, znamienny tym, że ruchomym elementem (1) jest zawieszenie pojazdu.