RU2468491C1 - Device for generating electric energy at mechanical vibrations - Google Patents

Device for generating electric energy at mechanical vibrations Download PDF

Info

Publication number
RU2468491C1
RU2468491C1 RU2011116666/07A RU2011116666A RU2468491C1 RU 2468491 C1 RU2468491 C1 RU 2468491C1 RU 2011116666/07 A RU2011116666/07 A RU 2011116666/07A RU 2011116666 A RU2011116666 A RU 2011116666A RU 2468491 C1 RU2468491 C1 RU 2468491C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
core
rods
side rods
cores
windings
Prior art date
Application number
RU2011116666/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Федор Федорович Пащенко
Владимир Викторович Торшин
Леонид Ефимович Круковский
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Priority to RU2011116666/07A priority Critical patent/RU2468491C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2468491C1 publication Critical patent/RU2468491C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Rectifiers (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: device consists of two induction coils made from ferromagnetic material and separated with a gap. Each induction coil consists of core 1 and side rods 2 located symmetrically in relation to the core and having together with them common base 3. When in still state, induction coils are situated on one axis symmetrically in relation to the gap. Section area of core 1 is equal to total surface area of side rods 2. Core of each induction coil is equipped with tip 5 and excitation winding 4, which expand towards the rods. Side rods 2 are equipped with power windings 6.
EFFECT: generation of electric current owing to using vibration process between two elements located near each other.
8 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам для получения электрической энергии от двух расположенных рядом элементов при их механическом колебательном движении относительно друг друга, и может быть использовано, в частности, для получения энергии во время движения железнодорожных составов за счет периодического вынужденного колебательного движения вагонов.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to devices for generating electrical energy from two adjacent elements during their mechanical oscillatory motion relative to each other, and can be used, in particular, to generate energy during the movement of trains due to periodic forced oscillatory motion wagons.

Известно устройство для получения электрической энергии при колебании механических элементов, состоящее из магнитной системы с электрическими обмотками и подвижного якоря, описанное в патенте (RU 2292106 C1, 20.01.2007).A device for producing electrical energy by oscillating mechanical elements is known, consisting of a magnetic system with electric windings and a movable armature, described in the patent (RU 2292106 C1, 01.20.2007).

Известное устройство содержит корпус, на концах которого расположены постоянные магниты. Внутри корпуса установлен с зазором и возможностью перемещения между краевыми постоянными магнитными элементами подвижный магнитопровод и дополнительный подвижный постоянный магнит.The known device contains a housing, at the ends of which are permanent magnets. A movable magnetic core and an additional movable permanent magnet are mounted inside the housing with a gap and the ability to move between the edge permanent magnetic elements.

Недостаток известного устройства заключается в том, что оно имеет сложную конструкцию и не может быть применено для генерации энергии при колебании, например, вагонов поезда относительно друг друга.A disadvantage of the known device is that it has a complex structure and cannot be used to generate energy when, for example, train cars are oscillating relative to each other.

Более близким и принятым за прототип является устройство для получения электрической энергии при механических колебаниях, описанное в патенте RU 2368056 C1, 20.09.09.Closer and adopted as a prototype is a device for generating electrical energy during mechanical vibrations described in patent RU 2368056 C1, 09/20/09.

Известное устройство содержит источник колебаний, источник электропитания, магнитную систему из обращенных друг к другу магнитопроводов с электрическими обмотками, диодные выпрямители и приемник электрической энергии.The known device contains a source of oscillation, a power source, a magnetic system of facing each other magnetic cores with electric windings, diode rectifiers and a receiver of electrical energy.

Известное устройство предназначено для преобразования колебаний, возникающих между рядом расположенных элементов, например вагонов поезда, в электрическую энергию.The known device is designed to convert oscillations that occur between adjacent elements, such as train cars, into electrical energy.

Недостаток известного устройства заключается в том, что оно имеет сложную конструкцию, что не способствует его широкому применению, в частности, и на транспорте.A disadvantage of the known device is that it has a complex structure, which does not contribute to its widespread use, in particular, in transport.

Как известно, движение рельсовых подвижных составов не может обходиться без управления, для которого требуется электрическая энергия, которая используется и для собственных нужд вагонов и поезда в целом.As you know, the movement of rail rolling stocks cannot do without control, which requires electric energy, which is also used for the own needs of cars and the train as a whole.

Задачей изобретения является обеспечение возможности вырабатывать электрический ток за счет использования колебательного процесса между двумя расположенными рядом элементами, в частности вагонами поезда.The objective of the invention is to provide the ability to generate electric current through the use of an oscillatory process between two adjacent elements, in particular train cars.

Технической задачей изобретения является разработка устройства для прямого преобразования колебательного движения расположенных недалеко друг от друга механических элементов, в частности вагонов поезда, в электрическую энергию достаточной величины, которую можно использовать для организации и управления движением железнодорожных транспортных средств, например питания собственных нужд вагонов, системы СЦБ и т.д.An object of the invention is to develop a device for the direct conversion of the oscillatory movement of mechanical elements located close to each other, in particular train cars, into electrical energy of sufficient magnitude, which can be used to organize and control the movement of railway vehicles, for example, power supply for cars, signaling system etc.

Дополнительной технической задачей является повышение КПД преобразования и повышение его надежности. Кроме того, предложенное устройство будет способствовать снижению динамических нагрузок на состав, за счет некоторого демпфирующего эффекта.An additional technical task is to increase the conversion efficiency and increase its reliability. In addition, the proposed device will help to reduce dynamic loads on the composition, due to some damping effect.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве для получения электрической энергии при механическом колебании различных элементов относительно друг друга, содержащем источник колебаний, источник электропитания, магнитную систему из обращенных друг к другу магнитопроводов с электрическими обмотками, диодные выпрямители и приемник электрической энергии, согласно изобретению магнитная система состоит из выполненных из ферромагнитного материала двух индукторов, разделенных зазором, каждый индуктор выполнен в виде центрального сердечника и боковых стержней, расположенных симметрично по отношению сердечнику и имеющих с ним общее основание, индукторы установлены на элементах, совершающих колебания относительно друг друга так, что в спокойном и без отклонений состоянии они находятся на одной оси, симметрично по отношению к разделяющему их зазору, причем сердечники снабжены обмотками возбуждения, включенными согласно и получающими электропитание от цепи постоянного тока, а боковые стержни снабжены силовыми обмотками, включенными в цепь внутренних нужд через выпрямители.The technical result is achieved due to the fact that in the device for generating electrical energy during mechanical oscillation of various elements relative to each other, containing an oscillation source, a power source, a magnetic system of facing each other magnetic cores with electric windings, diode rectifiers and an electric energy receiver, according to According to the invention, the magnetic system consists of two inductors made of ferromagnetic material, separated by a gap, each inductor is made in the form of a of the neutral core and side rods symmetrically in relation to the core and having a common base with it, the inductors are mounted on the elements oscillating relative to each other so that in a calm and deviating state they are on the same axis, symmetrical with respect to the gap separating them moreover, the cores are equipped with field windings, connected in accordance with and receiving power from the DC circuit, and the side rods are equipped with power windings included in the circuit of internal railway through rectifiers.

Площадь сечения сердечника может быть равна суммарной площади боковых стержней.The cross-sectional area of the core may be equal to the total area of the side rods.

Сечение сердечников и стержней может иметь вид прямоугольников, а боковые стержни размещены с двух сторон от сердечника на линии, совпадающей с направлением колебаний, сердечники снабжены расширяющимся в стороны стержней наконечниками, а поверхности концов стержней могут иметь выпуклость, хорда которой совпадает с направлением движения.The cross section of the cores and rods can be in the form of rectangles, and the side rods are placed on both sides of the core on a line coinciding with the direction of oscillation, the cores are equipped with tips expanding to the sides of the rods, and the surfaces of the ends of the rods may have a bulge whose chord coincides with the direction of movement.

Сердечники и боковые стержни могут быть выполнены в виде цилиндров, стержни установлены вокруг сердечника, причем сердечники снабжены наконечником, который может быть выполнен в виде расходящегося конуса, а концы стержней могут иметь поверхность в виде полусферы.The cores and side rods can be made in the form of cylinders, the rods are installed around the core, and the cores are equipped with a tip, which can be made in the form of a diverging cone, and the ends of the rods can have a hemispherical surface.

Сечение боковых стержней может быть выполнено в виде овалов, большие оси которых перпендикулярны оси, проходящей от центра сердечника к центру овала.The cross section of the side rods can be made in the form of ovals, the large axes of which are perpendicular to the axis passing from the center of the core to the center of the oval.

Сечение боковых стержней может быть выполнено в виде прямоугольников, большие стороны которых перпендикулярны оси, проходящей от центра сердечника к центру прямоугольника.The cross-section of the side rods can be made in the form of rectangles, the large sides of which are perpendicular to the axis passing from the center of the core to the center of the rectangle.

Сердечник и боковые стержни могут быть выполнены из тонкой, покрытой лаком проволоки, проходящей продольно магнитному потоку, причем часть продольных нитей проволоки может быть выполнена из магнитотвердого материала.The core and side rods can be made of a thin, varnished wire extending longitudinally to the magnetic flux, and some of the longitudinal threads of the wire can be made of hard magnetic material.

Обмотка сердечника может быть подключена к приемнику электрической энергии через выпрямители, установленные на выходе силовых обмоток стержней.The core winding can be connected to the receiver of electrical energy through rectifiers installed at the output of the power windings of the rods.

Выполнение магнитной системы в виде двух индукторов, установленных на элементах, совершающих колебания и разделенных зазором, в которой каждый индуктор выполнен в виде сердечника и боковых стержней, расположенных симметрично по отношению сердечнику и имеющих с ним общее основание, позволяет сформировать простой по конструкции и не имеющий подвижных частей генератор, преобразующий механические колебания в электрическую энергию.The implementation of the magnetic system in the form of two inductors mounted on elements that vibrate and separated by a gap in which each inductor is made in the form of a core and side rods located symmetrically with respect to the core and having a common base with it, allows you to create a simple in design and not having moving parts a generator that converts mechanical vibrations into electrical energy.

Если площадь сечения сердечника равна суммарной площади боковых стержней, то при смещении индукторов относительно друг друга магнитное поле сердечника будет проходить навстречу потоку бокового стержня, что увеличит число гармонических составляющих в суммарной э.д.с. и, таким образом, повысит выход электроэнергии. Наличие сердечника, снабженного расширяющимся наконечником или выполненного в виде расходящегося конуса, также приводит к повышению энергии, вырабатываемой устройством, за счет увеличения напряжения при высоких амплитудах колебаний.If the cross-sectional area of the core is equal to the total area of the side rods, then with the displacement of the inductors relative to each other, the magnetic field of the core will go towards the flow of the side rod, which will increase the number of harmonic components in the total emf and thus increase the output of electricity. The presence of a core equipped with an expanding tip or made in the form of a diverging cone also leads to an increase in the energy generated by the device due to an increase in voltage at high oscillation amplitudes.

Выполнение сечения сердечника и стержней в виде прямоугольников и расположение боковых стержней с двух сторон от сердечника на линии, совпадающей с отклонением, применяется, если колебания происходят по одной линии.The execution of the cross section of the core and the rods in the form of rectangles and the location of the side rods on both sides of the core on a line coinciding with the deviation is used if the vibrations occur along one line.

Выпуклость поверхности концов стержней с хордой, совпадающей с направлением движения, повышает чувствительность системы при движении индукторов по отношению друг к другу.The convexity of the surface of the ends of the rods with a chord coinciding with the direction of motion increases the sensitivity of the system when the inductors move with respect to each other.

Выполнение сечения сердечников и боковых стержней в виде цилиндров и установка стержней вокруг сердечников применяется, если имеет место сложный колебательный процесс с неопределенным направлением движения, например, как это происходит между вагонами поезда.The cross-section of the cores and side rods in the form of cylinders and the installation of rods around the cores is used if there is a complex oscillatory process with an uncertain direction of movement, for example, as it happens between train cars.

Выполнение сечения боковых стержней в виде овалов, большие оси которых перпендикулярны оси, проходящей от центра сердечника к центру овала, целесообразно при небольших амплитудах колебаний.The cross-section of the side rods in the form of ovals, the large axes of which are perpendicular to the axis passing from the center of the core to the center of the oval, is advisable for small amplitudes of vibration.

Выполнение боковых стержней в виде прямоугольников, большие стороны которых перпендикулярны оси, проходящей от центра сердечника к центру прямоугольника, целесообразно для упрощения конструкции индукторов.The execution of the side rods in the form of rectangles, the large sides of which are perpendicular to the axis passing from the center of the core to the center of the rectangle, is advisable to simplify the design of the inductors.

Выполнение сердечника и боковых стержней из тонкой, покрытой лаком проволоки позволяет упростить технологию изготовления индукторов, особенно если они имеют сложную пространственную конфигурацию, и снизить потери в стали.The implementation of the core and side rods of a thin, varnished wire allows us to simplify the manufacturing technology of inductors, especially if they have a complex spatial configuration, and reduce losses in steel.

Введение в тело магнитопровода продольных нитей проволоки, выполненной из магнитотвердого материала, позволяет снизить потребление энергии на намагничивание системы и обеспечить автономный режим работы устройства.The introduction into the body of the magnetic circuit of longitudinal threads of wire made of hard magnetic material can reduce the energy consumption for magnetization of the system and provide an autonomous mode of operation of the device.

Питание обмотки сердечника через выпрямители, установленные на выходе силовых обмоток стержней, также обеспечивает автономность генератора при возникновении колебательного процесса.The power supply of the core winding through rectifiers installed at the output of the power windings of the rods also ensures the autonomy of the generator when an oscillation process occurs.

Заявленное изобретение иллюстрируется 8 фигурами.The claimed invention is illustrated by 8 figures.

На фиг.1 представлена принципиальная конструкция устройства в плоском исполнении, вид сбоку.Figure 1 shows the basic design of the device in a flat design, side view.

На фиг.2 показана вторая проекция магнитопровода по фиг.1, вид спереди.Figure 2 shows a second projection of the magnetic circuit of figure 1, front view.

На фиг.3 изображен фрагмент крепления магнитопровода к колеблющемуся элементу.Figure 3 shows a fragment of the mounting of the magnetic circuit to the oscillating element.

На фиг.4 дана принципиальная схема соединения обмоток сердечника и боковых стрежней.Figure 4 is a schematic diagram of the connection of the core windings and the side rods.

На фиг.5 нарисована принципиальная конструкция магнитопровода с цилиндрическим сердечником и цилиндрическими боковыми стержнями, вид сбоку.Figure 5 shows the basic design of the magnetic circuit with a cylindrical core and cylindrical side rods, side view.

Фиг.6 дает представление о второй проекции, относящейся к фиг.5, вид спереди.Fig.6 gives a view of the second projection related to Fig.5, front view.

На фиг.7 показан один из боковых стержней в виде овала применительно к цилиндрическому магнитопроводу.Figure 7 shows one of the side rods in the form of an oval in relation to a cylindrical magnetic circuit.

На фиг.8 начерчен один из боковых стержней в виде прямоугольника применительно к цилиндрическому магнитопроводу.On Fig drawn one of the side rods in the form of a rectangle in relation to a cylindrical magnetic circuit.

Устройство для получения электрической энергии при механических колебаниях состоит из выполненных из ферромагнитного материала двух индукторов, разделенных зазором (не обозначен). Каждый индуктор состоит из сердечника 1 (фиг.1, 2) и боковых стержней 2, расположенных симметрично по отношению сердечнику и имеющих с ним общее основание 3. В спокойном состоянии и при отсутствии смещения индукторы находятся на одной оси, симметрично по отношению к зазору. Обозначения позиций каждого индуктора одинаковы, но цифры одного из них отличаются наличием штриха. Площадь сечения сердечника 1 равна суммарной площади боковых стержней 2. Толщина боковых стержней 2 равна или меньше амплитуды колебаний. Сердечник каждого индуктора снабжен обмоткой возбуждения 4 и расширяющимся в сторону стержней наконечником 5. Боковые стержни 2 снабжены силовыми обмотками 6.A device for generating electrical energy during mechanical vibrations consists of two inductors made of a ferromagnetic material, separated by a gap (not indicated). Each inductor consists of a core 1 (FIGS. 1, 2) and side rods 2 located symmetrically with respect to the core and having a common base with it 3. In a quiet state and in the absence of bias, the inductors are on the same axis, symmetrical with respect to the gap. The designations of the positions of each inductor are the same, but the numbers of one of them differ by the presence of a stroke. The cross-sectional area of the core 1 is equal to the total area of the side rods 2. The thickness of the side rods 2 is equal to or less than the amplitude of the vibrations. The core of each inductor is equipped with an excitation winding 4 and a tip 5 expanding towards the rods. The side rods 2 are equipped with power windings 6.

Сечение сердечников и стержней имеет вид прямоугольника, а поверхности концов стержней могут иметь выпуклость (не показана), хорда которой совпадает с направлением движения.The cross section of the cores and rods has the shape of a rectangle, and the surfaces of the ends of the rods may have a bulge (not shown), the chord of which coincides with the direction of movement.

Индукторы установлены на элементах 7 (фиг.3), совершающих колебания относительно друг друга. Для обеспечения крепления к торцевым поверхностям основания 3 индукторов с помощью шурупов-саморезов (не обозначены) прикреплен поддон 8, так чтобы края поддонов выступали за габариты индукторов. Между поддоном и поверхностью элемента 7 расположена пружинящая прокладка 9, изготовленная, например, из пенополиуретана. Элементы 7 и поддон 8 скреплены между собой болтами 10 с гайкой 10а. Цилиндрическая часть болтов 10 между поверхностью поддона 8 и поверхностью элемента 7 снабжена цилиндрической пружиной сжатия (не обозначена).Inductors are installed on the elements 7 (figure 3), oscillating relative to each other. To ensure fastening to the end surfaces of the base 3 of the inductors using self-tapping screws (not indicated), a pallet 8 is attached so that the edges of the pallets protrude beyond the dimensions of the inductors. Between the pallet and the surface of the element 7 is a spring gasket 9 made, for example, of polyurethane foam. Elements 7 and the pallet 8 are fastened together by bolts 10 with a nut 10a. The cylindrical part of the bolts 10 between the surface of the pallet 8 and the surface of the element 7 is provided with a cylindrical compression spring (not indicated).

Обе обмотки возбуждения 4 индукторов включают согласно и снабжают электропитанием от цепи постоянного тока, которая формируется за счет силовых обмоток 6, соединенных с цепью внутренних нужд, через однофазные двухполупериодные мостовые выпрямители 11 (фиг.4). Все выпрямители силовых обмоток соединены последовательно.Both excitation windings 4 of the inductors are switched on according to and supplied with power from a direct current circuit, which is formed by power windings 6 connected to an internal circuit through single-phase, half-wave bridge rectifiers 11 (Fig. 4). All rectifiers of power windings are connected in series.

На практике один из индукторов, который совершает колебания, может быть лишен обмоток. При этом все указанные обмотки расположены на втором индукторе, расположенном неподвижно.In practice, one of the inductors, which oscillates, may be devoid of windings. Moreover, all these windings are located on the second inductor, which is stationary.

Сердечник 1 и боковые стержни 2 могут быть выполнены в виде цилиндров (фиг.5, 6). Стержни 2 установлены вокруг сердечника 1 по окружности и имеют общее основание 3. Сердечник снабжен наконечником 5, выполненным в виде расходящегося конуса, а концы стержней могут иметь поверхность в виде полусферы (не показана).The core 1 and the side rods 2 can be made in the form of cylinders (figure 5, 6). The rods 2 are mounted around the core 1 around the circumference and have a common base 3. The core is equipped with a tip 5 made in the form of a diverging cone, and the ends of the rods may have a hemispherical surface (not shown).

Площадь сечения сердечника 1 равна суммарной площади боковых стержней 2. Сердечник каждого индуктора снабжен обмоткой возбуждения 4. Боковые стержни 2 снабжены силовыми обмотками 6. Установка индукторов на подвижные элементы производится аналогично фиг.3. Обмотки возбуждения и силовые обмотки соединены так же, как и на фиг.4.The cross-sectional area of the core 1 is equal to the total area of the side rods 2. The core of each inductor is equipped with an excitation winding 4. The side rods 2 are equipped with power windings 6. Installation of the inductors on the movable elements is carried out similarly to FIG. 3. Field windings and power windings are connected in the same way as in figure 4.

Элементами для размещения индукторов могут служить, например, торцевые обращенные друг к другу поверхности вагонов. В спокойном состоянии индукторы находятся симметрично по отношению к разделяющему их зазору и на одной оси.Elements for accommodating inductors can serve, for example, end facing each other surface of the cars. In a quiet state, the inductors are symmetrical with respect to the gap separating them and on the same axis.

Сечение боковых стержней может быть выполнено в виде овалов (фиг.7), большие оси которых перпендикулярны оси, проходящей от центра сердечника к центру овала.The cross-section of the side rods can be made in the form of ovals (Fig.7), the large axis of which are perpendicular to the axis passing from the center of the core to the center of the oval.

Сечение боковых стержней может иметь вид прямоугольников (фиг.8), большие стороны которых перпендикулярны оси, проходящей от центра сердечника к центру прямоугольника.The cross section of the side rods may be in the form of rectangles (Fig. 8), the large sides of which are perpendicular to the axis passing from the center of the core to the center of the rectangle.

Сердечник 1 и боковые стержни 2 могут быть выполнены из тонкой, покрытой лаком проволоки, проходящей продольно магнитному потоку. Часть нитей этой проволоки выполнена из магнитотвердого материала. Полученные таким образом индукторы должны быть пропитаны смолой и выдержаны при определенной температуре до полного затвердевания смолы.The core 1 and the side rods 2 can be made of thin, varnished wire passing longitudinally to the magnetic flux. Part of the threads of this wire is made of hard magnetic material. The inductors obtained in this way must be impregnated with resin and maintained at a certain temperature until the resin solidifies completely.

Устройство для получения электрической энергии при механических колебаниях действует следующим образом. Индукторы, выполненные согласно фиг.1, 2, применяются, если механические колебания происходят по одной линии, проходящей по оси индуктора от одного бокового стрежня, через сердечник и второй боковой стержень. В процессе колебании механических элементов 7 относительно друг друга, прикрепленные к ним индукторы будут совершать возвратно-поступательные движения, которые вызовут изменение величин зазоров между направленными навстречу друг другу боковыми стрежнями. При этом имеет место сложный характер изменения магнитного потока, определяемый еще и местом их расположения относительно друг друга. В частности, если боковой стержень будет располагаться в промежутке между противоположным стержнем и противоположным сердечником, то часть магнитного потока, создаваемого сердечником, будет замыкаться по наконечнику стержня, минуя центр обмотки 6, что вызывает дополнительные изменения магнитного потока в силовых обмотках. Кроме того, поскольку намагничивающий ток сердечника зависит от тока силовых обмоток, то изменение этого тока приведет к дополнительным колебаниям потока, проходящего через центры силовых обмоток 6. Наконечник 5 способствует этому изменению. Более того, если амплитуда колебаний превышает толщину стержня, то один из них, двигающийся внутрь, т.е. по направлению к оси сердечника, будет в какой то момент располагаться в магнитном поле сердечника 1, что означает изменение направления потока в нем относительно первоначального. Затем при движении в обратном направлении такую же позицию будет занимать и противоположный боковой стрежень. При любых изменениях магнитного поля Ф в обмотках 6, согласно закону Максвелла, будет генерироваться э.д.с. е в соответствии с формулой:A device for generating electrical energy during mechanical vibrations acts as follows. Inductors made according to figures 1, 2, are used if mechanical vibrations occur along one line passing along the axis of the inductor from one side rod, through the core and the second side rod. In the process of oscillation of the mechanical elements 7 relative to each other, the inductors attached to them will make reciprocating movements that will cause a change in the values of the gaps between the side rods directed towards each other. In this case, there is a complex nature of the change in the magnetic flux, which is also determined by their location relative to each other. In particular, if the lateral rod is located between the opposite rod and the opposite core, then part of the magnetic flux generated by the core will be closed along the tip of the rod, bypassing the center of the winding 6, which causes additional changes in the magnetic flux in the power windings. In addition, since the magnetizing current of the core depends on the current of the power windings, a change in this current will lead to additional fluctuations in the flow passing through the centers of the power windings 6. Tip 5 contributes to this change. Moreover, if the amplitude of the oscillations exceeds the thickness of the rod, then one of them moving inward, i.e. in the direction to the axis of the core, will at some point be located in the magnetic field of core 1, which means a change in the direction of flow in it relative to the original. Then, when moving in the opposite direction, the opposite side rod will take the same position. With any changes in the magnetic field Φ in the windings 6, according to Maxwell's law, an emf will be generated e in accordance with the formula:

e=-w×dФ/dt,e = -w × dF / dt,

где w - число витков соответствующей обмотки, dФ/dt - изменение магнитного поля, проходящего через оси силовых обмоток 6. После выпрямления в выпрямителях 11 небольшая часть постоянного тока поступает и в намагничивающую обмотку возбуждения 5, в результате чего создаваемый ее магнитный поток усиливается. Растет напряжение и на выходе выпрямителей. Полученную, таким образом, на выходе выпрямителей э.д.с. можно использовать как источник электрической энергии. Эта энергия поступает либо в аккумулятор, либо в цепь питания собственных нужд. Наличие нитей из магнитотвердого материала обеспечит первоначальный магнитный поток в начале колебательного процесса.where w is the number of turns of the corresponding winding, dФ / dt is the change in the magnetic field passing through the axis of the power windings 6. After rectification in the rectifiers 11, a small part of the direct current enters the magnetizing excitation winding 5, as a result of which its magnetic flux is amplified. The voltage increases at the output of the rectifiers. The emf thus obtained at the output of the rectifiers can be used as a source of electrical energy. This energy is supplied either to the battery or to the auxiliary supply circuit. The presence of filaments of hard magnetic material will provide the initial magnetic flux at the beginning of the oscillatory process.

Индукторы, выполненные согласно фиг.5, 6, применяются, если имеют место более сложные пространственные колебания элементов 7 относительно друг друга. В частности, во время движения железнодорожных составов вагоны поезда в результате статического и динамического воздействия колес с рельсами совершают вертикальные, поперечные и частично встречные колебания. В процессе всех этих колебаний зазоры между индукторами будут изменяться по сложному закону. Любые из этих изменений, вне зависимости от направления, приведут к вариациям магнитных полей между стержнями 2. Эти изменения обеспечит появление в обмотках 6 э.д.с. и поступление постоянного тока в систему от выпрямителей. Возможные соударения индукторов гасятся в прокладках из пенополиуретана 9. Генерируемая мощность будет определяться габаритными размерами индукторов, частотой и амплитудой колебаний. При этом система индукторов, которые могут быть размещены в нескольких местах между двумя вагонами приведет к некоторому демпфированию колебаний.Inductors made according to figure 5, 6, are used if there are more complex spatial vibrations of the elements 7 relative to each other. In particular, during the movement of trains, the train cars, as a result of static and dynamic action of wheels with rails, perform vertical, transverse and partially counter vibrations. In the process of all these oscillations, the gaps between the inductors will vary according to a complex law. Any of these changes, regardless of direction, will lead to variations in the magnetic fields between the rods 2. These changes will ensure the appearance of 6 emfs in the windings. and the supply of direct current to the system from rectifiers. Possible collisions of the inductors are quenched in gaskets made of polyurethane foam 9. The generated power will be determined by the overall dimensions of the inductors, the frequency and amplitude of the oscillations. In this case, a system of inductors that can be placed in several places between two cars will lead to some damping of vibrations.

Выполнение сечения боковых стержней в виде овалов (фиг.7), большие оси которых перпендикулярны оси, проходящей от центра сердечника к центру овала, целесообразно при небольших амплитудах колебаний.The cross section of the side rods in the form of ovals (Fig.7), the large axes of which are perpendicular to the axis passing from the center of the core to the center of the oval, it is advisable with small amplitudes of oscillations.

Выполнение сечения боковых стержней в виде прямоугольников (фиг8), большие стороны которых перпендикулярны оси, проходящей от центра сердечника к центру прямоугольника, целесообразно для упрощения конструкции индукторов.The cross section of the side rods in the form of rectangles (Fig), the large sides of which are perpendicular to the axis passing from the center of the core to the center of the rectangle, it is advisable to simplify the design of the inductors.

Особенность устройства состоит в том, что в системе генерации электроэнергии отсутствуют дополнительные подвижные кинематические звенья, что способствует высокому КПД системы и высокой ее надежности.A feature of the device is that there are no additional moving kinematic links in the power generation system, which contributes to the high efficiency of the system and its high reliability.

Из практики известно, что при движении подвижного состава амплитуда колебаний между вагонами может достигать 5 мм и более. Расчеты показывают, что при этом магнитный поток изменяется в несколько раз. В силовых обмотках генерируется переменная э.д.с., величина которой определяется расчетным путем. Мощность организованного, таким образом, генератора может составить 500 и более ВА. После выпрямления и преобразования, полученная энергия может быть использована для питания систем управления и регулирования дорожного движения. При этом имеет место снижение потерь при передаче энергии к системам управления, повышается надежность и безопасность транспортного железнодорожного сообщения.From practice it is known that when the rolling stock moves, the amplitude of the oscillations between the cars can reach 5 mm or more. Calculations show that in this case the magnetic flux changes several times. In the power windings a variable emf is generated, the value of which is determined by calculation. The power of the generator organized in this way can be 500 or more VA. After rectification and transformation, the received energy can be used to power the traffic control and regulation systems. At the same time, there is a reduction in losses during the transfer of energy to control systems, and the reliability and safety of railway transport communications are increased.

Технико-экономические достоинства устройства:Technical and economic advantages of the device:

1. Отсутствие подвижных элементов в системе индукторов, что повышает его надежность.1. The absence of moving elements in the system of inductors, which increases its reliability.

2. Простота конструкции, что обеспечивает его относительно низкую себестоимость.2. The simplicity of the design, which ensures its relatively low cost.

3. Простота монтажа на колеблющиеся поверхности.3. Easy to mount on vibrating surfaces.

4. Автономность работы.4. Autonomy of work.

5. Широкий диапазон применения.5. A wide range of applications.

6. Высокий КПД за счет сниженных вихревых токов.6. High efficiency due to reduced eddy currents.

Claims (8)

1. Устройство для получения электрической энергии при механическом колебании различных элементов относительно друг друга, содержащее источник колебаний, источник электропитания, магнитную систему из обращенных друг к другу магнитопроводов с электрическими обмотками, диодные выпрямители и приемник электрической энергии, отличающееся тем, что магнитная система состоит из выполненных из ферромагнитного материала двух индукторов, разделенных зазором, каждый индуктор выполнен в виде центрального сердечника и боковых стержней, расположенных симметрично по отношению сердечнику и имеющих с ним общее основание, индукторы установлены на элементах, совершающих колебания относительно друг друга так, что в спокойном и без отклонений состоянии они находятся на одной оси, симметрично по отношению к разделяющему их зазору, причем сердечники снабжены обмотками возбуждения, включенными согласно и получающими электропитание от цепи постоянного тока, а боковые стержни снабжены силовыми обмотками, включенными в цепь внутренних нужд через выпрямители.1. A device for generating electrical energy during mechanical oscillation of various elements relative to each other, containing a source of oscillation, a power source, a magnetic system of facing each other magnetic cores with electric windings, diode rectifiers and an electric energy receiver, characterized in that the magnetic system consists of made of ferromagnetic material of two inductors separated by a gap, each inductor is made in the form of a central core and side rods located symmetrically with respect to the core and having a common base with it, the inductors are mounted on elements oscillating with respect to each other so that in a calm and deviating state they are on the same axis, symmetrically with respect to the gap separating them, and the cores are equipped with excitation windings connected according to and receiving power from a direct current circuit, and the side rods are equipped with power windings included in the internal circuit through rectifiers. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что площадь сечения сердечника равна суммарной площади боковых стержней.2. The device according to claim 1, characterized in that the cross-sectional area of the core is equal to the total area of the side rods. 3. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что сечение сердечников и стержней имеет вид прямоугольников, а боковые стержни размещены с двух сторон от сердечника на линии, совпадающей с направлением колебаний, сердечники снабжены расширяющимся в стороны стержней наконечниками, а поверхности концов стержней могут иметь выпуклость, хорда которой совпадает с направлением движения.3. The device according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the cross section of the cores and rods is in the form of rectangles, and the side rods are placed on both sides of the core on a line coinciding with the direction of oscillation, the cores are equipped with tips expanding to the sides of the rods, and the surfaces of the ends of the rods may have a bulge whose chord coincides with the direction of movement. 4. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что сердечники и боковые стержни выполнены в виде цилиндров, стержни установлены вокруг сердечника, причем сердечники снабжены наконечником, который выполнен в виде расходящегося конуса, а концы стержней имеют поверхность в виде полусферы.4. The device according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the cores and side rods are made in the form of cylinders, the rods are installed around the core, and the cores are equipped with a tip, which is made in the form of a diverging cone, and the ends of the rods have a hemispherical surface . 5. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что сечение боковых стержней выполнено в виде овалов, большие оси которых перпендикулярны оси, проходящей от центра сердечника к центру овала.5. The device according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the cross section of the side rods is made in the form of ovals, the large axes of which are perpendicular to the axis passing from the center of the core to the center of the oval. 6. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что сечение боковых стержней выполнено в виде прямоугольников, большие стороны которых перпендикулярны оси, проходящей от центра сердечника к центру прямоугольника.6. The device according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the cross-section of the side rods is made in the form of rectangles, the large sides of which are perpendicular to the axis passing from the center of the core to the center of the rectangle. 7. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что сердечник и боковые стержни выполнены из тонкой покрытой лаком проволоки, проходящей продольно магнитному потоку, причем часть продольных нитей проволоки выполнена из магнитотвердого материала.7. The device according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the core and side rods are made of thin varnished wire extending longitudinally to the magnetic flux, and part of the longitudinal wires of the wire is made of hard magnetic material. 8. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что обмотка сердечника подключена к приемнику электрической энергии через выпрямители, установленные на выходе силовых обмоток стержней. 8. The device according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the core winding is connected to the electric energy receiver through rectifiers installed at the output of the power windings of the rods.
RU2011116666/07A 2011-04-28 2011-04-28 Device for generating electric energy at mechanical vibrations RU2468491C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011116666/07A RU2468491C1 (en) 2011-04-28 2011-04-28 Device for generating electric energy at mechanical vibrations

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011116666/07A RU2468491C1 (en) 2011-04-28 2011-04-28 Device for generating electric energy at mechanical vibrations

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2468491C1 true RU2468491C1 (en) 2012-11-27

Family

ID=49255019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011116666/07A RU2468491C1 (en) 2011-04-28 2011-04-28 Device for generating electric energy at mechanical vibrations

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2468491C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
RU2570897C2 (en) * 2013-10-25 2015-12-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method for generation of alternating electromotive force at reciprocating motion
RU2628620C1 (en) * 2016-03-24 2017-08-21 Игорь Николаевич Запасный Method of electric energy generation during motion of railway vehicles and independent vibration source of power supply of automation equipment of railway transport
RU207287U1 (en) * 2021-05-12 2021-10-21 Общество с ограниченной ответственностью «ВЕТУР» Linear Axial Reciprocating Generator
RU2773572C1 (en) * 2021-05-12 2022-06-06 Общество с ограниченной ответственностью «ВЕТУР» Method for generating electrical energy

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1457636A (en) * 1975-04-19 1976-12-08 Thomas J Energy reclamation in vehicles
GB2094068A (en) * 1981-02-28 1982-09-08 Shuttleworth Basil Arthur Generator
SU1320092A1 (en) * 1983-07-13 1987-06-30 И И. П тницкий, С. К. Никифорова, И. А. Борц и К. И. П тницка Drive of electric generator,particularly of vehicle
EP0530475A1 (en) * 1991-08-12 1993-03-10 AUGUST BILSTEIN GMBH & CO. KG Sensor in a damper for motor vehicles
RU2079957C1 (en) * 1989-11-29 1997-05-20 Рид Константинович Памфилов Electromagnetic mechanical displacement transducer
RU2292106C2 (en) * 2005-03-30 2007-01-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Magnetoelectric generator
RU2368056C1 (en) * 2008-06-05 2009-09-20 Открытое Акционерное Общество "Завод Автоприбор" Magnetoelectric generator of oscillatory motion
US20100059301A1 (en) * 2008-09-08 2010-03-11 Gm Global Technology Operations, Inc. Vibration power generation for a vehicle

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1457636A (en) * 1975-04-19 1976-12-08 Thomas J Energy reclamation in vehicles
GB2094068A (en) * 1981-02-28 1982-09-08 Shuttleworth Basil Arthur Generator
SU1320092A1 (en) * 1983-07-13 1987-06-30 И И. П тницкий, С. К. Никифорова, И. А. Борц и К. И. П тницка Drive of electric generator,particularly of vehicle
RU2079957C1 (en) * 1989-11-29 1997-05-20 Рид Константинович Памфилов Electromagnetic mechanical displacement transducer
EP0530475A1 (en) * 1991-08-12 1993-03-10 AUGUST BILSTEIN GMBH & CO. KG Sensor in a damper for motor vehicles
RU2292106C2 (en) * 2005-03-30 2007-01-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Magnetoelectric generator
RU2368056C1 (en) * 2008-06-05 2009-09-20 Открытое Акционерное Общество "Завод Автоприбор" Magnetoelectric generator of oscillatory motion
US20100059301A1 (en) * 2008-09-08 2010-03-11 Gm Global Technology Operations, Inc. Vibration power generation for a vehicle

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
RU2570897C2 (en) * 2013-10-25 2015-12-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method for generation of alternating electromotive force at reciprocating motion
RU2628620C1 (en) * 2016-03-24 2017-08-21 Игорь Николаевич Запасный Method of electric energy generation during motion of railway vehicles and independent vibration source of power supply of automation equipment of railway transport
RU207287U1 (en) * 2021-05-12 2021-10-21 Общество с ограниченной ответственностью «ВЕТУР» Linear Axial Reciprocating Generator
RU2773572C1 (en) * 2021-05-12 2022-06-06 Общество с ограниченной ответственностью «ВЕТУР» Method for generating electrical energy

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2468491C1 (en) Device for generating electric energy at mechanical vibrations
JP2011166894A (en) Oscillating generator
Xue et al. Model, analysis, and application of tubular linear switched reluctance actuator for linear compressors
KR101746857B1 (en) Hybrid generator using vibration
JP2012039824A (en) Vibration generator
CN110029533A (en) A kind of track vibration isolator and track vibrating isolation system
JP2012249442A (en) Oscillating generator
WO2013164892A1 (en) Vibration power generator
RU2451616C1 (en) Device to generate electric power from rail vibration
WO2012002109A1 (en) Oscillating power generator
KR20170023384A (en) Broadband electromagnetic vibration energy harvester
JP2012151985A (en) Vibration power generator
US5903069A (en) Synchronous reciprocating electric machines
JP2012151982A (en) Vibration power generator
KR20040023918A (en) Linear Reciprocating Flux Reversal PM Machine
JP2011166893A (en) Oscillating generator
US20160294272A1 (en) Vibration electric generator
Jiang et al. Design and modelling of a novel linear electromagnetic vibration energy harvester
CN215420044U (en) Vibration energy source collecting device
WO2011040284A1 (en) Electromagnetic induction power generator
WO2013159247A1 (en) Electromagnetic energy converter
US10855159B1 (en) Coil regeneration device and method of use
JP2011172391A (en) Vibration generator
CN103248192B (en) Power generating and passive electromagnetic damp control system with vibrating plate beam structure
CN113595354A (en) Vibration energy source collecting device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180429