RU2368056C1 - Magnetoelectric generator of oscillatory motion - Google Patents
Magnetoelectric generator of oscillatory motion Download PDFInfo
- Publication number
- RU2368056C1 RU2368056C1 RU2008122818/09A RU2008122818A RU2368056C1 RU 2368056 C1 RU2368056 C1 RU 2368056C1 RU 2008122818/09 A RU2008122818/09 A RU 2008122818/09A RU 2008122818 A RU2008122818 A RU 2008122818A RU 2368056 C1 RU2368056 C1 RU 2368056C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- generator
- magnetic
- oscillatory motion
- electrically conductive
- stators
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области электротехники, а именно к конструкциям вибрационных электрических генераторов, преобразующих механическую энергию импульсного или периодического колебательного движения (например, транспортных средств, таких как грузовые железнодорожные вагоны, грузовые контейнеры, размещенные на железнодорожных платформах, или другие подобные транспортные средства, не оснащенные автономными источниками электропитания) в электричество, причем конструкция генераторов включает неподвижные магниты и подвижную систему катушек, обеспечивающую вынужденное маятниковое колебание катушек в постоянном силовом магнитном поле.The present invention relates to the field of electrical engineering, namely, to designs of vibrating electric generators that convert mechanical energy of pulsed or periodic oscillatory motion (for example, vehicles, such as freight railway cars, freight containers placed on railway platforms, or other similar vehicles, not equipped with autonomous power sources) in electricity, and the design of the generators includes fixed magnets and IG Petritskaya coil system that provides forced pendulum swings the coils in constant force of the magnetic field.
В настоящее время основное число грузовых железнодорожных вагонов, платформ и контейнеров, предназначенных для дальних грузоперевозок товаров, конструкций и изделий, а также строительных, природных, ископаемых, горюче-смазочных и химических материалов, продуктов и сырья, не оснащены автономными источниками долговременного электропитания современных бортовых микроэлектронных устройств и датчиков, устанавливаемых на элементах конструкции вагонов и контейнеров и предназначенных, например, для текущего контроля тепловых параметров и характеристик букс колесных пар во время движения вагонов; для текущего контроля сохранности грузов посредством электронных пломб на дверях вагонов и контейнеров, функционирующих совместно с локальными радиопередатчиками; электронных идентификационных меток вагонов и контейнеров, функционирующих совместно с радиоустройствами позиционирования транспортируемых грузов (вагонов и контейнеров) посредством международных глобальных систем ГЛОНАС, GPS или GALILEO; радиочастотных, электронных или электромагнитных идентификационных меток вагонов и контейнеров, обеспечивающих оперативность сортировки вагонов и достоверность формирования подвижного состава поездов на узловых железнодорожных станциях и др.Currently, the main number of freight railway cars, platforms and containers intended for long-distance transportation of goods, structures and products, as well as construction, natural, minerals, fuels and lubricants and chemical materials, products and raw materials, are not equipped with autonomous sources of long-term power supply for modern on-board microelectronic devices and sensors installed on the structural elements of cars and containers and designed, for example, for monitoring thermal parameters and x characteristics of axle box wheels during the movement of cars; for current monitoring of cargo safety by means of electronic seals on the doors of cars and containers, functioning in conjunction with local radio transmitters; electronic identification tags for wagons and containers, operating in conjunction with radio devices for positioning transported goods (wagons and containers) through the international global GLONAS, GPS or GALILEO systems; radio-frequency, electronic or electromagnetic identification tags of wagons and containers, ensuring the speed of sorting wagons and the reliability of the formation of rolling stock of trains at junction railway stations, etc.
Известен электрический генератор колебательного движения [1], содержащий дуговой статор с обмоткой и подвешенный на опоре подвижный элемент в виде маятника с магнитной системой возбуждения, ось подвески которого совпадает с продольной осью генератора, причем генерация электрической энергии происходит в результате взаимного относительного механического колебательного движения статора с обмоткой и маятника с магнитной системой возбуждения.Known electric oscillator [1], containing an arc stator with a winding and suspended on a support movable element in the form of a pendulum with a magnetic excitation system, the suspension axis of which coincides with the longitudinal axis of the generator, and the generation of electrical energy occurs as a result of mutual relative mechanical oscillatory motion of the stator with a winding and a pendulum with a magnetic excitation system.
Недостатком генератора является низкая функциональная пригодность его конструкции к использованию на борту железнодорожных вагонов и платформ из-за значительного вертикального габарита генератора и его нечувствительности к вертикальным импульсным или быстрым периодическим колебаниям вагонов. Эффективность формирования электрического тока в данном генераторе возрастает лишь при возникновении медленной горизонтальной составляющей колебательного движения (плавно раскачивающего генератор из стороны в сторону), которая фактически в спектре частот механических колебаний движущегося вагона отсутствует.The disadvantage of the generator is the low functional suitability of its design for use on board railway cars and platforms due to the significant vertical size of the generator and its insensitivity to vertical pulsed or fast periodic oscillations of the cars. The efficiency of electric current generation in this generator increases only when a slow horizontal component of the oscillatory motion (smoothly swinging the generator from side to side) occurs, which is actually absent in the frequency spectrum of mechanical vibrations of a moving car.
Известен также магнитоэлектрический генератор [2], содержащий диэлектрический корпус, внутри которого установлены два краевых неподвижных постоянных магнитных элемента, размещенных на противоположных концах корпуса, два жестко связанных подвижных постоянных магнитных элемента, взаимодействующих с двумя замкнутыми на выпрямители электропроводящими контурами и установленных вблизи краевых неподвижных постоянных магнитных элементов, а также двух магнитных направляющих, состоящих каждая по крайней мере из трех равноудаленных друг от друга постоянных магнитных элементов и охватывающих одноименными полюсами подвижные постоянные магнитные элементы, причем благодаря соответствующей ориентации полюсов магнитов подвижный магнитопровод удерживается в парящем подвешенном состоянии на магнитной подвеске. Генератор обеспечивает формирование электрического тока в электропроводящих контурах (катушках) при возникновении колебательных механических движений подвижного магнитопровода, причем величина формируемого переменного тока возрастает при совпадении собственной частоты колебаний подвижного магнитопровода с частотой внешних возмущений вследствие проявления резонанса. Генерируемый в катушках переменный электрический ток отводится по электрическим проводникам на клеммы диодных выпрямителей и далее на аккумуляторы электрической энергии.Also known is a magnetoelectric generator [2], containing a dielectric housing, inside which are installed two edge fixed magnetic elements located at opposite ends of the housing, two rigidly connected moving permanent magnetic elements interacting with two electrically conductive circuits closed to rectifiers and installed near the edge fixed constants magnetic elements, as well as two magnetic guides, each consisting of at least three equally spaced from other permanent magnetic elements and surrounding the same poles of the moving permanent magnetic elements, and due to the corresponding orientation of the poles of the magnets, the movable magnetic core is held in a floating suspended state on a magnetic suspension. The generator provides the formation of electric current in electrically conductive circuits (coils) in the event of oscillatory mechanical movements of the moving magnetic circuit, and the magnitude of the generated alternating current increases when the natural frequency of the oscillating magnetic circuit coincides with the frequency of external disturbances due to resonance. The alternating electric current generated in the coils is discharged through the electrical conductors to the terminals of the diode rectifiers and then to the electric energy accumulators.
Недостатком данного генератора также является низкая функциональная пригодность его конструкции к использованию на борту железнодорожных вагонов и платформ (контейнеров) из-за значительного вертикального габарита генератора и малоэффективной генерации ЭДС вследствие не оптимального (взаимного неортогонального) пересечения витков проводников электропроводящих контуров (катушек) силовыми магнитными линиями колеблющегося в вертикальной и горизонтальной плоскостях подвижного магнитного элемента. В соответствие с законами электромагнитной индукции наиболее эффективным с точки зрения формирования максимальной по величине ЭДС является взаимно перпендикулярное поперечное движение проводников и силовых линий магнитного поля [3, С.223…227; 4, с.230, С.275…278], которое в данном генераторе не обеспечивается для значительного числа витков проводников, находящихся в обмотке каждой из катушек вблизи полюсов N подвижных магнитных элементов [2, фиг.1]. Кроме того, известно, что для увеличения выходной мощности генератора, преобразующего кинетическую энергию механического движения ротора в электрическую энергию, необходимо увеличивать массу движущейся части ротора, что не предусмотрено в конструкции данного генератора, из-за его наибольшей эффективности в микроисполнении по нанотехнологиям [2, с.1 и с.8].The disadvantage of this generator is also the low functional suitability of its design for use on board railway cars and platforms (containers) due to the significant vertical size of the generator and the ineffective EMF generation due to non-optimal (mutual non-orthogonal) intersection of the turns of conductors of electrically conductive circuits (coils) by magnetic lines oscillating in the vertical and horizontal planes of the moving magnetic element. In accordance with the laws of electromagnetic induction, the mutually perpendicular transverse movement of conductors and magnetic field lines is the most effective from the point of view of forming the maximum EMF [3, C.223 ... 227; 4, p.230, C.275 ... 278], which in this generator is not provided for a significant number of turns of conductors located in the winding of each of the coils near the poles N of the moving magnetic elements [2, FIG. 1]. In addition, it is known that in order to increase the output power of the generator, which converts the kinetic energy of the mechanical motion of the rotor into electrical energy, it is necessary to increase the mass of the moving part of the rotor, which is not provided for in the design of this generator, due to its greatest efficiency in microprocessing by nanotechnology [2, p.1 and p.8].
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является электрический генератор [5], реагирующий на импульсное или периодическое вертикальное механическое колебательное движение транспортного средства и содержащий вертикально установленные стягивающие стойки (пруты), на одном конце которых закреплено верхнее основание с системой подвески из нескольких упругих элементов в виде пружин, обеспечивающих периодическое колебательное движение подвижной системы (ротора), состоящей из соосно плотно прилегающих друг к другу нескольких взаимно параллельных по плоскости электрических катушек (электропроводящих контуров), жестко закрепленных на нижнем конце трубчатого цилиндра, на верхнем конце которого жестко закреплен балансировочный груз, регулируемая масса которого определяет частоту собственных колебаний подвижной системы, причем груз прикреплен к нижним концам пружин подвески. На другом конце стягивающих стоек (прутов) закреплено нижнее основание со статором, сформированным из нескольких чередующихся слоев плотно соединенных соосных взаимно параллельных по плоскости кольцевых постоянных магнитных элементов с осевой магнитной линией, перпендикулярной плоскости нижнего основания, между полюсами которых соосно установлены плоские кольцевые магнитопроводы, концентрически с зазором охватывающие электрические катушки (электропроводящие контура). Сквозь трубчатый цилиндр с балансировочным грузом и электрические катушки (с небольшим зазором, обеспечивающим свободное движение катушек по дополнительному магнитопроводу) проходит осевой неподвижный линейный дополнительный магнитопровод, концы которого закреплены в верхнем и нижнем взаимно параллельных по плоскости основаниях генератора. Стягивающие стойки (пруты) дополняются замкнутым цилиндрическим кожухом (например, герметичным корпусом), к которому прикрепляются нижнее и верхнее основания. Генерируемый в катушках переменный электрический ток отводится по электрическим проводникам и пружинам подвески на клеммы выпрямителей и далее на аккумуляторы электрической энергии.The closest in technical essence to the proposed one is an electric generator [5], which responds to a pulsed or periodic vertical mechanical oscillatory movement of the vehicle and contains vertically mounted pulling racks (rods), at one end of which is fixed the upper base with a suspension system of several elastic elements in in the form of springs, providing periodic oscillatory motion of the moving system (rotor), consisting of several coaxially tightly adjacent to each other of mutually parallel along the plane plane of electric coils (electrically conductive circuits) rigidly fixed on the lower end of the tubular cylinder, on the upper end of which a balancing weight is rigidly fixed, the adjustable mass of which determines the frequency of natural vibrations of the moving system, and the load is attached to the lower ends of the suspension springs. At the other end of the tightening racks (rods), a lower base is fixed with a stator formed of several alternating layers of tightly connected coaxially aligned annular permanent magnetic elements with an axial magnetic line perpendicular to the plane of the lower base, between the poles of which are mounted flat circular magnetic circuits, concentrically concentric with a gap covering electric coils (electrically conductive circuit). An axial motionless linear additional magnetic circuit passes through the tubular cylinder with a balancing weight and electric coils (with a small gap providing free movement of the coils through an additional magnetic circuit), the ends of which are fixed in the upper and lower bases of the generator mutually parallel on the plane. Tightening racks (rods) are complemented by a closed cylindrical casing (for example, a sealed enclosure), to which the lower and upper bases are attached. The alternating electric current generated in the coils is discharged through the electrical conductors and suspension springs to the rectifier terminals and then to the electric energy accumulators.
Недостатком данного генератора является низкая функциональная пригодность его конструкции к использованию на борту железнодорожных вагонов и платформ (контейнеров) также из-за значительного вертикального габарита генератора и потерь энергии на трение скольжения внутренних поверхностей катушек по внешней поверхности осевого линейного магнитопровода, увеличивающихся при возникновении боковых поперечных колебаний генератора в горизонтальной плоскости.The disadvantage of this generator is the low functional suitability of its design for use on board railway cars and platforms (containers) also due to the significant vertical dimension of the generator and energy losses due to sliding friction of the internal surfaces of the coils on the outer surface of the axial linear magnetic circuit, which increase when lateral lateral vibrations occur generator in the horizontal plane.
В предлагаемом изобретении поставлена задача повышения функциональной пригодности конструкции электрического генератора к использованию на борту железнодорожных вагонов и платформ (контейнеров), а именно уменьшение вертикального габарита генератора, повышение эффективности генерации электрического тока и обеспечение возможности плоскопараллельного вертикального перемещения электропроводящих контуров без раскачивающих колебаний, соударений и трения.In the present invention, the task is to increase the functional suitability of the design of the electric generator for use on board railway cars and platforms (containers), namely, reducing the vertical dimension of the generator, increasing the efficiency of generating electric current and enabling plane-parallel vertical movement of electrically conductive circuits without swinging vibrations, collisions and friction .
Поставленная задача решается тем, что в магнитоэлектрический генератор колебательного движения, содержащий корпус с основаниями, ротор, статор, электропроводящие контура, элементы упругой подвески и балансировочный груз, дополнительно введены по меньшей мере два статора, при этом все статоры размещены на нижнем основании вдоль нижнего электропроводящего контура равноудаленно друг от друга вокруг центральной вертикальной оси генератора и обращены к ней одноименными полюсами. Кроме того, 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 линейных постоянных магнитных элементов каждого из статоров 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. Кроме того, в генератор дополнительно введена нижняя система упругой подвески из по меньшей мере трех Ш-образных плоских консольных пружин с двумя прямыми и одним обратным плечами, установленных на нижнем основании вдоль нижнего электропроводящего контура между магнитными элементами статоров равноудаленно друг от друга вокруг центральной вертикальной оси генератора и дополненных соответствующим числом балансировочных грузов, при этом упругий элемент в составе верхней системы упругой подвески выполнен в виде Ш-образной плоской консольной пружины с двумя прямыми и одним обратным плечами, а сама верхняя система упругой подвески дополнена по меньшей мере двумя Ш-образными плоскими консольными пружинами с двумя прямыми и одним обратным плечами и соответствующим числом балансировочных грузов. Оба прямых плеча каждой из Ш-образных плоских консольных пружин верхней и нижней систем упругой подвески жестко закреплены с защемлением на поверхности, соответственно, верхнего и нижнего оснований, а обратное плечо каждой из Ш-образных плоских консольных пружин верхней и нижней систем упругой подвески соединено подвижно через ось вращения, соответственно, с верхним и нижним электропроводящими контурами, и каждый из регулируемых по массе балансировочных грузов установлен на поверхности сочленения прямых и обратных плеч соответствующей Ш-образной плоской консольной пружины. При этом корпус, стягивающие стойки, верхнее и нижнее основания выполнены из немагнитных конструкционных материалов, например из дюралюминия, латуни, силумина и/или ударопрочной пластмассы, соответственно. Магнитопроводы выполнены из магнитного материала в виде пакета изогнутых по окружности и концентрически плотно соединенных между собой листов, например электротехнической стали, с плоскими взаимно ортогональными торцевыми поверхностями. Высота каждого из линейных постоянных магнитных элементов в составе каждого из статоров превышает суммарную величину зазоров между соответствующими парами верхних и нижних магнитопроводов по меньшей мере в два раза, а каждая из Ш-образных плоских консольных пружин выполнена с двумя прямыми и одним обратным плечами одинаковой длины.The problem is solved in that at least two stators are additionally introduced into the magnetoelectric oscillatory motion generator comprising a housing with bases, a rotor, a stator, electrically conductive circuits, elastic suspension elements and a balancing weight, while all the stators are placed on the lower base along the lower electrically conductive contour equidistant from each other around the central vertical axis of the generator and facing it with the same poles. In addition, each of the additional stators contains two linear permanent magnetic elements installed by an axial magnetic line perpendicular to the horizontal plane of the lower base and oriented to the lower base of the generator by opposite poles, with each pair of lower and upper opposite poles of the linear permanent magnetic elements of each of the stators tightly connected to a pair, respectively, of the lower and upper facing each other magnetic cores, between which are placed turns conductors of the winding, respectively, of the lower and upper electrically conductive circuits. In addition, the lower elastic suspension system of at least three W-shaped flat cantilever springs with two straight and one reverse shoulders mounted on the lower base along the lower conductive circuit between the magnetic elements of the stators equidistant from each other around the central vertical axis is additionally introduced into the generator generator and supplemented with an appropriate number of balancing weights, while the elastic element in the upper elastic suspension system is made in the form of a W-shaped flat cantilever Flax spring with two straight lines and one reverse shoulders and upper itself elastic suspension system is supplemented with at least two flat W-shaped cantilever springs with two straight and one reverse shoulders and a corresponding number of balancing weights. Both straight shoulders of each of the U-shaped flat cantilever springs of the upper and lower elastic suspension systems are rigidly fixed with pinching on the surface of the upper and lower bases, respectively, and the back shoulder of each of the U-shaped flat cantilever springs of the upper and lower elastic suspension systems is movably connected through the axis of rotation, respectively, with the upper and lower electrically conductive circuits, and each of the mass-controlled balancing weights is mounted on the joint surface of the forward and reverse arms corresponding th W-shaped flat cantilever spring. At the same time, the housing, the tightening racks, the upper and lower bases are made of non-magnetic structural materials, for example, duralumin, brass, silumin and / or impact-resistant plastic, respectively. The magnetic cores are made of magnetic material in the form of a packet of bent around a circle and concentrically tightly interconnected sheets, for example, electrical steel, with flat mutually orthogonal end surfaces. The height of each of the linear permanent magnetic elements in each of the stators exceeds the total gap between the corresponding pairs of upper and lower magnetic cores by at least two times, and each of the U-shaped flat cantilever springs is made with two straight and one reverse arms of the same length.
Сущность изобретения поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:
фиг.1 - структура (сечение) магнитоэлектрического генератора (на чертеже условно изображен один статор и два упругих элемента подвески, верхний и нижний; стойки, стягивающие верхнее и нижнее основания генератора, условно не показаны);figure 1 - structure (section) of a magnetoelectric generator (the drawing conventionally shows one stator and two elastic suspension elements, upper and lower; racks, tightening the upper and lower bases of the generator, are not shown conventionally);
фиг.2 - структура (вид сверху) магнитоэлектрического генератора с условно снятым верхним основанием;figure 2 - structure (top view) of the magnetoelectric generator with conventionally removed upper base;
фиг.3 - конструкция плоской Ш-образной консольной пружины.figure 3 - design of a flat W-shaped cantilever spring.
На чертежах обозначено: 1 - корпус генератора из немагнитного конструкционного материала; 2 - верхнее основание генератора из немагнитного конструкционного материала; 3 - нижнее основание генератора из немагнитного конструкционного материала; 4 - верхний электропроводящий контур ротора; 5 - нижний электропроводящий контур ротора; 6 - линейный постоянный магнитный элемент статора, ориентированный вертикально вверх; 7 - линейный постоянный магнитный элемент статора, противоположно ориентированный вертикально вниз; 8 и 9 - верхняя пара магнитопроводов статора; 10 и 11 - нижняя пара магнитопроводов статора; 12 - плоская Ш-образная пружина упругой подвески электропроводящего контура; 13 - осевые соединения обратных плеч плоских Ш-образных пружин упругой подвески и электропроводящих контуров; 14 - элемент жесткого крепления (например, винтового) плоской пружины на стойке опоры; 15 и 16 - регулируемые по массе балансировочные грузы; 17 - прямое плечо плоской Ш-образной пружины упругой подвески; 18 - обратное плечо плоской Ш-образной пружины упругой подвески; 19 и 20 - стойки опор крепления прямых плеч плоских Ш-образных пружин упругой подвески, соответственно, на верхнем и нижнем основаниях; 21 - направление колебательного движения генератора, закрепленного на несущих элементах транспортного средства; 22 - направление колебательного движения верхнего электропроводящего контура генератора; 23 - направление колебательного движения нижнего электропроводящего контура генератора; 24 - направление колебательного движения балансировочного груза верхней упругой подвески; 25 - направление колебательного движения балансировочного груза нижней упругой подвески; 26 - силовые линии магнитного поля; 27 - отверстия для жесткого крепления с защемлением прямых плеч плоской Ш-образной пружины к опоре основания; 28 - отверстия для механического крепления регулируемых по массе балансировочных грузов; 29 - поверхность сочленения прямых и обратных плеч Ш-образной плоской консольной пружины, предназначенная для размещения балансировочных грузов; 30 - петля осевого соединения обратного плеча плоской Ш-образной пружины с жесткой локальной консолью электропроводящего контура; 31 - элемент жесткого разъемного крепления (например, винтового) балансировочного груза на плоской пружине; а - длина прямого 17 и обратного 18 плеча плоской Ш-образной пружины 12; b - величина зазора между парой верхних (8 и 9) и нижних (10 и 11) магнитопроводов; h - высота линейного постоянного магнитного элемента 6 (7).In the drawings indicated: 1 - generator housing of non-magnetic structural material; 2 - the upper base of the generator of non-magnetic structural material; 3 - lower base of the generator of non-magnetic structural material; 4 - upper electrically conductive circuit of the rotor; 5 - lower conductive circuit of the rotor; 6 is a linear permanent magnetic element of the stator, oriented vertically upwards; 7 is a linear permanent magnetic element of the stator, oppositely oriented vertically downward; 8 and 9 - the upper pair of stator magnetic circuits; 10 and 11 - the lower pair of stator magnetic circuits; 12 - a flat Sh-shaped spring of an elastic suspension of an electrically conductive circuit; 13 - axial connection of the back shoulders of the flat W-shaped springs of the elastic suspension and electrically conductive circuits; 14 - an element of rigid fastening (for example, screw) of a flat spring on a support column; 15 and 16 - mass-controlled balancing weights; 17 - a straight shoulder of a flat Sh-shaped spring of an elastic suspension; 18 - the reverse shoulder of a flat W-shaped spring of the elastic suspension; 19 and 20 - struts of supports for fastening straight shoulders of flat W-shaped springs of elastic suspension, respectively, on the upper and lower bases; 21 - the direction of the oscillatory movement of the generator, mounted on the supporting elements of the vehicle; 22 - direction of oscillatory motion of the upper electrically conductive circuit of the generator; 23 - the direction of the oscillatory movement of the lower conductive circuit of the generator; 24 - the direction of the oscillatory movement of the balancing load of the upper elastic suspension; 25 - the direction of the oscillatory movement of the balancing load of the lower elastic suspension; 26 - magnetic field lines; 27 - holes for rigid fastening with pinching of the straight shoulders of a flat W-shaped spring to the base support; 28 - holes for mechanical fastening of mass-controlled balancing weights; 29 - the articulation surface of the direct and reverse shoulders of a W-shaped flat cantilever spring, designed to accommodate balancing weights; 30 - loop axial connection of the return shoulder of a flat W-shaped spring with a rigid local console of the electrically conductive circuit; 31 - an element of rigid detachable fastening (for example, screw) balancing weight on a flat spring; a - the length of the straight 17 and the
На чертеже фиг.1 верхний электропроводящий контур 4 изображен в среднем положении колебательного движения, а нижний электропроводящий контур 5 изображен в положении наибольшего отклонения контура 5 вниз.In the drawing of FIG. 1, the upper electrically conductive circuit 4 is depicted in the middle position of the oscillatory motion, and the lower electrically conductive circuit 5 is depicted in the position of the greatest deflection of the circuit 5 down.
Электропроводящие контуры 4 и 5 подключены к установленным на основаниях 2 и 3 клеммам диодных выпрямителей и аккумуляторам электрической энергии гибкими электрическими проводниками, которые на фиг.1 и фиг.2 условно не показаны.The conductive circuits 4 and 5 are connected to the flexible diode conductors, which are installed on the
Электропроводящие контуры 4 и 5 выполнены в виде многовитковой кольцевой электрической обмотки, например из тонкой медной проволоки с лаковой изоляцией по поверхности, причем витки обмотки размещены на жестком кольцевом каркасе из немагнитного диэлектрического конструкционного материала. На каркасе с внутренней стороны выполнены равномерно расположенные по окружности жесткие локальные консоли для осевого крепления обратных плеч плоских Ш-образных пружин.The electrically conductive circuits 4 and 5 are made in the form of a multi-turn ring electric winding, for example, of thin copper wire with varnish insulation on the surface, and the winding coils are placed on a rigid ring frame made of a non-magnetic dielectric structural material. Rigid local consoles evenly spaced around the circumference are made on the frame from the inside for axial fastening of the back shoulders of flat W-shaped springs.
Каждый из линейных постоянных магнитов, например 6, плотно соединен с верхним 8 и нижним 10 магнитопроводами, например, с помощью клеящего компаунда или совместно опрессован немагнитной стягивающей оболочкой. Допускаются другие механические способы крепления магнитопроводов 8 и 10 (9 и 11) на торцах линейных постоянных магнитов 6 (7) посредством элементов крепежа из немагнитных материалов. Собранный магнитный элемент 6 с магнитопроводами зафиксирован на опорах верхнего 2 и нижнего 3 основания, например, с помощью немагнитных штифтов.Each of the linear permanent magnets, for example 6, is tightly connected to the upper 8 and lower 10 magnetic cores, for example, by means of an adhesive compound or jointly pressed with a non-magnetic tightening sheath. Other mechanical methods for attaching magnetic cores 8 and 10 (9 and 11) to the ends of linear permanent magnets 6 (7) by means of fasteners made of non-magnetic materials are allowed. The assembled
Плоская Ш-образная пружина 12 выполнена из упругого листового материала, например из стали или бронзы. Геометрические размеры конструктивных элементов (прямых 17 и обратного 18 плеч) пружины 12 и механические характеристики и свойства упругого материала пружины предопределяют ее жесткость и, следовательно, частоту собственных колебаний подвески [2, с.8, формула 6; 6, с.19, с.23, с.24…25, табл.1; 7, с.18, табл.1.1, с.34].Flat U-shaped
Известно, что в соответствии с законами геометрии для фиксированной ориентации кольцевых электропроводящих контуров 4 и 5 в пространстве, а именно для ориентации контуров в горизонтальной плоскости, число точек их подвески должно быть не менее трех для каждого из контуров. Допускается увеличение числа точек подвески контуров в пространстве.It is known that in accordance with the laws of geometry for a fixed orientation of the ring conductive circuits 4 and 5 in space, namely for the orientation of the circuits in the horizontal plane, the number of points of their suspension must be at least three for each of the circuits. An increase in the number of suspension points of contours in space is allowed.
Для дополнительной юстировочной настройки параметров (частоты и амплитуды) колебательного движения отдельно каждого из упругих элементов 12 необходимо изменять массу [2, с.8, формула 6] балансировочных грузов 15 и 16, установленных на поверхности сочленения 29 прямых 17 и обратных 18 плеч Ш-образных плоских консольных пружин 12. Балансировочные грузы 15 и 16 выполнены в виде наборного пакета пластин дискретной массы.For additional adjustment of the parameters (frequency and amplitude) of the oscillatory motion of each of the
Высота h каждого из линейных постоянных магнитных элементов 6 и 7 превышает суммарную (b+b) ширину зазоров между магнитопроводами (пара 8 и 9, а также пара 10 и 11) не менее чем в 2 раза. Этим обеспечивается сосредоточение магнитного поля 26 именно в зазорах магнитопроводов, причем силовые линии 26 магнитного поля и проводники обмотки электропроводящих контуров 4 и 5 находятся в ортогональных плоскостях.The height h of each of the linear permanent
При прогибе плоской Ш-образной пружины 12 равенство длины прямых 17 и обратного 18 плеча пружины 12 обеспечивает вертикальное плоскопараллельное перемещение плоскости электропроводящих контуров 4 и 5 в пространстве без боковых биений.When bending a
Предлагаемый магнитоэлектрический генератор работает следующим образом.The proposed magnetoelectric generator operates as follows.
При движении транспортного средства магнитоэлектрический генератор, закрепленный на одном из несущих элементов конструкции транспорта (например, на каркасе, нижнем или верхнем основании железнодорожного вагона, платформы или контейнера), совершает импульсно-периодическое колебательное движение 21, в результате которого возбуждаются периодические, в том числе затухающие, колебательные вертикальные движения 22 и 23 верхнего 4 и нижнего 5 электропроводящих контуров, закрепленных на упругих подвесках 12. Перемещение витков обмоток контуров 4 и 5 в вертикальной плоскости перпендикулярно силовым линиям магнитного поля 26 приводит к наведению ЭДС в проводниках и генерации переменного электрического тока на выводах катушек [4, с.228], который поступает на клеммы диодных выпрямителей и далее в аккумуляторы электрической энергии.When the vehicle is moving, a magnetoelectric generator mounted on one of the supporting structural elements of the transport (for example, on the frame, lower or upper base of a railway carriage, platform or container) makes a pulse-periodic oscillatory motion 21, as a result of which periodic, including damped, oscillatory vertical movements 22 and 23 of the upper 4 and lower 5 electrically conductive circuits mounted on
При увеличении числа элементов упругой подвески 12 в генераторе возрастает жесткость конструкции всей колеблющейся системы подвески, что допускает возможность подбора частоты собственных колебаний контуров 4 и 5 [2, с.8, формула 6] на этапе проектирования генератора в соответствии с реальным спектром частот механических колебаний, возникающих при движении конкретного вида транспортных средств. Известно [2, с.9], что при совпадении частоты собственных колебаний подвижных электропроводящих контуров и частоты возмущающих воздействий механического колебания транспортного средства (или отдельных гармоник спектра возмущающих частот) резко возрастает амплитуда колебаний контуров 4 и 5 в магнитном поле 26 вследствие резонанса, что предопределяет более высокую эффективность генерации переменного электрического тока.With an increase in the number of elements of the
При увеличении числа магнитных элементов 6 и 7 в структуре статора возрастает индукция магнитного поля 26 (пронизывающего витки обмотки электропроводящего контура 4), что способствует увеличению ЭДС [4, с.228] и, следовательно, эффективности генерации электрического тока в витках в результате колебательного движения 22 (23) контура 4 (5).With an increase in the number of
При дискретном выборочном изменении массы балансировочных грузов 15 и 16 на этапе приемно-сдаточных испытаний генератора устраняются дисбалансы в вертикальном колебательном движении контуров 4 и 5, возникающие вследствие несимметричности и/или неплотности укладки электрических проводников в многовитковой катушке контуров.With a discrete selective change in the mass of balancing
В связи с тем, что масса движущегося ротора в значительной степени предопределяет кинетическую составляющую механической энергии, подлежащей преобразованию в генераторе в электрическую энергию, предлагаемая конструкция обеспечивает возможность наращивания выходной мощности магнитоэлектрических генераторов колебательного движения за счет увеличения массы подвижных кольцевых электропроводящих контуров 4 и 5 (например, за счет увеличения их диаметра, массы электрических проводников обмотки или установки дополнительных грузов на контурах) без существенного увеличения габаритов генератора как по вертикали, так и по горизонтали.Due to the fact that the mass of the moving rotor largely determines the kinetic component of the mechanical energy to be converted into electrical energy in the generator, the proposed design makes it possible to increase the output power of magnetoelectric oscillatory motion generators by increasing the mass of movable ring electrically conductive circuits 4 and 5 (for example due to an increase in their diameter, mass of the electrical conductors of the winding or the installation of additional loads on rounds) without a significant increase in the dimensions of the generator both vertically and horizontally.
Кроме того, частота собственных механических колебаний контуров 4 и 5 в генераторе эффективно и оперативно корректируется при его сборке или настройке как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения, числом и/или жесткостью элементов упругой подвески (плоских пружин 12 Ш-образной формы, например, различной толщины). Для этого при разработке конструкции каркаса контуров 4, 5 и конструкции верхнего 2 и нижнего 3 оснований необходимо заранее заложить в их конструкцию на этапе проектирования ряда дополнительных элементов 14, 19, 20 крепления подвески (стоек, отверстий, опор, жестких локальных консолей и др.), что и позволяет оперативно корректировать число элементов упругой подвески при сборке генератора.In addition, the frequency of intrinsic mechanical vibrations of circuits 4 and 5 in the generator is effectively and efficiently adjusted when it is assembled or tuned both in the direction of increase and decrease, by the number and / or stiffness of the elastic suspension elements (flat springs 12 W-shaped, for example, various thicknesses). To do this, when developing the design of the frame of the contours 4, 5 and the design of the upper 2 and lower 3 bases, it is necessary to lay in their design in advance at the design stage of a number of additional suspension fastening elements 14, 19, 20 (racks, holes, supports, rigid local consoles, etc. ), which allows you to quickly adjust the number of elements of the elastic suspension when assembling the generator.
Предлагаемый магнитоэлектрический генератор колебательного движения выгодно отличается от известных решений более высокой функциональной пригодностью к использованию в конструкциях грузовых железнодорожных вагонов, платформ и контейнеров за счет уменьшения вертикального габарита генератора, повышения эффективности генерации электрического тока в витках обмоток контуров, движущихся в ортогональных плоскостях с силовыми линиями магнитного поля, и возможности обеспечения плоскопараллельного вертикального перемещения электропроводящих контуров без раскачивающих колебаний, соударений и трения об несущие элементы конструкции генератора.The proposed magnetoelectric oscillatory motion generator compares favorably with the known solutions by its higher functional suitability for use in railway carriages, platforms and containers by reducing the vertical dimension of the generator, increasing the efficiency of generating electric current in the turns of the windings of circuits moving in orthogonal planes with magnetic lines of force fields, and the possibility of ensuring plane-parallel vertical movement of electric leading circuits without swaying vibrations, collisions and friction against the supporting elements of the generator structure.
Источники информацииInformation sources
1. А.с. СССР №587570, МПК Н02К 35/00. Электрический генератор колебательного движения / Деревянко Б.Я., Кац В.А. - Заявлено 28.05.1975. - Опубл. 05.01.1978, бюл. №1 (аналог).1. A.S. USSR No. 587570, IPC Н02К 35/00. Electric generator of oscillatory motion / Derevyanko B.Ya., Kats V.A. - Stated 05/28/1975. - Publ. 01/05/1978, bull. No. 1 (analog).
2. Патент РФ №2292106, МПК Н02К 35/02. Магнитоэлектрический генератор / Белоногов О.Б. - Заявлено 30.03.2005. - Опубл. 20.01.2007, бюл. №2 (аналог).2. RF patent No. 2292106, IPC Н02К 35/02. Magnetoelectric generator / Belonogov O.B. - Stated March 30, 2005. - Publ. 01/20/2007, bull. No. 2 (analog).
3. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. - 7-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2001. - 542 с., ил.3. Trofimova T.I. Physics Course: Textbook. manual for universities. - 7th ed. - M .: Higher. school, 2001 .-- 542 p., ill.
4. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учеб. пособие для втузов. - М.: Высш. шк., 1989. - 608 с.: ил.4. Detlaf A.A., Yavorsky B.M. Physics Course: Textbook. allowance for technical colleges. - M .: Higher. school., 1989 .-- 608 pp., ill.
5. Патент GB №1316950, МПК F03В 13/18, F03G 1/00, Н02К 7/18, Н02К 35/00, F03В 13/00. Электрический генератор. - Заявлено 30.06.1969. - Опубл. 16.05.1973 (прототип).5. GB patent No. 1316950,
6. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. Изд. 3-е, доп. и перераб. Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1976. - 320 с., ил.6. Panovko Y. G. Fundamentals of the applied theory of oscillations and shock. Ed. 3rd, add. and reslave. L .: Mechanical engineering (Leningrad. Department), 1976. - 320 p., Ill.
7. Талицкий Е.Н. Защита электронных средств от механических воздействий. Теоретические основы: Учеб. пособие / Владим. Гос. ун-т. Владимир, 2001. - 256 с.7. Talitsky E.N. Protection of electronic devices from mechanical influences. Theoretical Foundations: Textbook. allowance / Vladim. Gos. un-t Vladimir, 2001 .-- 256 s.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008122818/09A RU2368056C1 (en) | 2008-06-05 | 2008-06-05 | Magnetoelectric generator of oscillatory motion |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008122818/09A RU2368056C1 (en) | 2008-06-05 | 2008-06-05 | Magnetoelectric generator of oscillatory motion |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2368056C1 true RU2368056C1 (en) | 2009-09-20 |
Family
ID=41168109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008122818/09A RU2368056C1 (en) | 2008-06-05 | 2008-06-05 | Magnetoelectric generator of oscillatory motion |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2368056C1 (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2444458C1 (en) * | 2010-11-30 | 2012-03-10 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Method of electric power generation from vibration of rails |
| RU2451616C1 (en) * | 2010-11-30 | 2012-05-27 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Device to generate electric power from rail vibration |
| RU2468491C1 (en) * | 2011-04-28 | 2012-11-27 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Device for generating electric energy at mechanical vibrations |
| RU2540413C1 (en) * | 2013-08-01 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянский государственный технический университет" | Vibration-to-voltage converter |
| RU2545015C2 (en) * | 2011-02-08 | 2015-03-27 | Александр Александрович Мягков | Entropy generator |
| RU2546146C1 (en) * | 2013-10-25 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Electric energy production method in inductor generator with flexible stator |
| RU2546141C1 (en) * | 2013-10-25 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Inductor-type electric generator with flexible stator |
| RU2698263C1 (en) * | 2018-03-26 | 2019-08-23 | Александр Александрович Андреев | Device-system of identification of location and parameters of freight car movement |
| RU2825014C1 (en) * | 2024-03-04 | 2024-08-19 | Александр Александрович Андреев | Reciprocating motion generator |
-
2008
- 2008-06-05 RU RU2008122818/09A patent/RU2368056C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2444458C1 (en) * | 2010-11-30 | 2012-03-10 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Method of electric power generation from vibration of rails |
| RU2451616C1 (en) * | 2010-11-30 | 2012-05-27 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Device to generate electric power from rail vibration |
| RU2545015C2 (en) * | 2011-02-08 | 2015-03-27 | Александр Александрович Мягков | Entropy generator |
| RU2468491C1 (en) * | 2011-04-28 | 2012-11-27 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Device for generating electric energy at mechanical vibrations |
| RU2540413C1 (en) * | 2013-08-01 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянский государственный технический университет" | Vibration-to-voltage converter |
| RU2546146C1 (en) * | 2013-10-25 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Electric energy production method in inductor generator with flexible stator |
| RU2546141C1 (en) * | 2013-10-25 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Inductor-type electric generator with flexible stator |
| RU2698263C1 (en) * | 2018-03-26 | 2019-08-23 | Александр Александрович Андреев | Device-system of identification of location and parameters of freight car movement |
| RU2825014C1 (en) * | 2024-03-04 | 2024-08-19 | Александр Александрович Андреев | Reciprocating motion generator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2368056C1 (en) | Magnetoelectric generator of oscillatory motion | |
| US9509202B2 (en) | Vibration generator | |
| US7478598B2 (en) | Oscillation damping means for magnetically levitated systems | |
| US20170321650A9 (en) | Wave power generation system and method | |
| RU2468491C1 (en) | Device for generating electric energy at mechanical vibrations | |
| RU2402142C1 (en) | Generator | |
| KR20040047551A (en) | Generator | |
| US5275112A (en) | Integrated null-flux suspension and multiphase propulsion system for magnetically-levitated vehicles | |
| US11711005B2 (en) | Vibration-based electric generation device | |
| US20100237719A1 (en) | Electromagnetic vibratory generator for low freqency vibrations | |
| CN102262181A (en) | Method and device for measuring component stray loss based on leakage magnetic flux compensation | |
| US8415839B2 (en) | Apparatus and methods for mitigating electromagnetic emissions | |
| KR20180031876A (en) | Piezoelectric energy harvester for sensor of electric power system | |
| EP4073913B1 (en) | Electrical power generator | |
| US20030209636A1 (en) | Bobbin electromagnetic field propulsion vehicle | |
| Wu et al. | A Free-Positioning IPT System via Reconfigurable Coil Array Transmitter for Unmanned Aerial Vehicle Applications | |
| Sattarov et al. | Electromechanical vibration generators for autonomous low energy electronic systems | |
| Shimode et al. | Adaptation of discrete‐type cores for secondary coils of wireless power transfer system for railway | |
| KR20130098721A (en) | Bicycle having of electricity generation device using vibration energy | |
| Daoyu et al. | Study on the damping characteristics of superconducting electrodynamic suspension using a field-circuit-motion coupled model | |
| Porobic et al. | Electromagnetic energy harvester | |
| Ohashi | Basic characteristics of the linear synchronous generator using mechanical vibration of the automobile | |
| RU2488784C1 (en) | Device for mass weighting in null-gravity state | |
| CN113551887B (en) | Ground test system and method for vehicle-mounted two-degree-of-freedom electromagnetic damping coil | |
| RU158734U1 (en) | VIBRATION OSCILLATOR ELECTRIC GENERATOR |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100606 |