UA141656U

UA141656U - METHOD OF CONVERTING KINETIC ENERGY FROM PRESSING INTO ELECTRIC WITH PEDESTRIAN PLATFORM AND CYLINDRICAL MULTIPLICATOR

Info

Publication number: UA141656U
Application number: UAU201908776U
Authority: UA
Inventors: Андрій Вікторович Гнатов; Андрей Викторович Гнатов; Щасяна Валіковна Аргун; Олександр Андрійович Дзюбенко; Ганна Андріївна Гнатова; Дмитро Іванович Богдан
Original assignee: Харківський Національний Автомобільно-Дорожній Університет; Андрій Вікторович Гнатов; Андрей Викторович Гнатов
Priority date: 2019-07-22
Filing date: 2019-07-22
Publication date: 2020-04-27

Abstract

Спосіб перетворення кінетичної енергії від натискання в електричну з пішохідною платформою, шляхом переміщення ротора і статора один відносно одного, при цьому ротор виконано з неодимовими магнітами, який обертається відносно своєї осі під дією рейки приводу електрогенератора через циліндричний мультиплікатор, що підвищує кутову швидкість обертання, однакові кінці обмоток статора з'єднані між собою та виходять до електричного випрямляча, який випрямляє змінний струм та заряджає ємнісний нагромаджувач - іоністор, який через діод заряджає акумуляторну батарею, що через вимикач підключається до навантаження. Перетворення електроенергії здійснюють за допомогою двох електрогенераторів, які приводять у дію через циліндричний мультиплікатор, що складається з прямозубих зубчатих коліс, які збільшують коефіцієнт передачі енергії від натискної кришки до електрогенераторів.The method of converting kinetic energy from pressure into electric with a pedestrian platform, by moving the rotor and stator relative to each other, the rotor is made of neodymium magnets, which rotates relative to its axis under the action of the generator drive rail through a cylindrical multiplier that increases the angular speed the ends of the stator windings are interconnected and go to an electric rectifier, which rectifies the alternating current and charges the capacitive accumulator - an ionizer, which charges the battery through a diode, which is connected to the load through a switch. The conversion of electricity is carried out by means of two electric generators, which are actuated through a cylindrical multiplier consisting of spur gears, which increase the energy transfer coefficient from the pressure cap to the electric generators.

Description

Корисна модель належить до альтернативних джерел електричної енергії та може бути використаний, як спосіб для перетворення кінетичної та механічної енергії в електричну.The utility model belongs to alternative sources of electrical energy and can be used as a way to convert kinetic and mechanical energy into electrical energy.

Аналогом корисної моделі є спосіб, що описує циклічне перетворення механічної енергії в електричну. Спосіб, що описується в патенті України Мо 108314 на винахід, МПК НОМ 2/18,An analogue of a useful model is a method that describes the cyclic transformation of mechanical energy into electrical energy. The method described in the patent of Ukraine No. 108314 for the invention, IPC NOM 2/18,

НОТІ. 41/04, РОЗО 9/02; опубл. 10.04.2015 р., заснований на роботі пристрою, що має корпус, в якому перетворювач енергії виконаний у вигляді колеса і складається з двох концентричних кілець (ободу та ступиці), множини п'єзоелементів, які періодично з деяким кроком розташовані між ними навколо осі та мають металізовані електроди, схеми випрямлення та накопичення заряду. П'єзоелементи відокремлені один від одного за рахунок їх розміщення в податливому середовищі (гумі, пластмасі тощо) з деяким кутовим кроком, жорстко механічно та електрично зв'язані з концентричними кільцями вставки та слугують її спицями. П'єзоелементи можуть виконуватися у вигляді циліндрів, секторів, трапецій, прямокутних пластин чи інших форм, а також у вигляді п'єзопакетів. Електроди п'єзоелементів сполучені з металізованими поверхнями кілець, а згенерований заряд збирається" за допомогою іщіточних колекторів. Описаний генератор призначений для використання в конструкції коліс транспортних засобів (електро- та гібридних автомобілів та інших видах рухомих об'єктів) для перетворення частини механічної енергії в електричну, а тому він не може бути використаний, наприклад, для перетворювання кінетичної енергії від кроків людей в електричну енергію. Окрім сказаного, особливістю даного способу перетворення енергії є те, що заряд в генераторі збирається за допомогою щіточно- колекторного вузла, що вимагає постійного технічного обслуговування та має значну собівартість і невелику надійність.NOTES 41/04, ROZO 9/02; published 04/10/2015, based on the operation of the device, which has a body in which the energy converter is made in the form of a wheel and consists of two concentric rings (rim and hub), a set of piezo elements, which are periodically located between them with some step around the axis and have metallized electrodes, rectification circuits and charge storage. Piezo elements are separated from each other due to their placement in a pliable medium (rubber, plastic, etc.) with some angular step, rigidly mechanically and electrically connected to the concentric rings of the insert and serve as its spokes. Piezo elements can be made in the form of cylinders, sectors, trapezoids, rectangular plates or other shapes, as well as in the form of piezo packages. The electrodes of the piezo elements are connected to the metallized surfaces of the rings, and the generated charge is "collected" with the help of brush collectors. The described generator is intended for use in the design of the wheels of vehicles (electric and hybrid cars and other types of moving objects) to convert part of the mechanical energy into electric, and therefore it cannot be used, for example, to convert kinetic energy from people's steps into electrical energy. In addition to what has been said, the peculiarity of this method of energy conversion is that the charge in the generator is collected using a brush-collector unit, which requires constant technical maintenance and has a significant cost and low reliability.

Ще одним аналогом є спосіб, що описано в патенті України Мо 80505 Лінійний електричний генератор; заявник та патентовласник: Сидоренко Юрій Григорович, Бейлін ГеоргійAnother analogue is the method described in the patent of Ukraine Mo 80505 Linear electric generator; applicant and patent owner: Yuriy Hryhorovych Sydorenko, George Beilin

Володимирович, Петренко Сергій Юрійович. - Мо ци201304963; заявл. 17.04.2013; опубл. 27.05.2013. У даному патенті запропоновано перетворювання енергії води, зокрема хвиль або слабких та помірних вітрів у електричну енергію. Це досягається за рахунок створення умов для використання рідини, як елементу конструкції, що заповнює порожнину корпусу генератора.Volodymyrovych, Petrenko Serhiy Yuriyovych. - Mo tsi201304963; statement 04/17/2013; published 05/27/2013. This patent proposes the conversion of water energy, in particular waves or weak and moderate winds, into electrical energy. This is achieved by creating conditions for the use of liquid as a structural element that fills the cavity of the generator body.

Завдяки тому, що рідина є практично такою, що не стискується, у пропонованому способі забезпечується процес руху у рідині статора і ротора у протилежних напрямках.Due to the fact that the liquid is practically incompressible, the proposed method ensures the process of movement of the stator and rotor in the liquid in opposite directions.

Зо Недоліками такого способу, що описує роботу лінійного генератора є те, що він може працювати лише на спеціальній рідині, яка забезпечує рух статора і ротора, для цього необхідно передбачити комплекс заходів щодо встановлення спеціального герметичного обладнання, що забезпечить його роботу. Наявні недоліки улюоеможливлюють застосування способу перетворення енергії що заснованій на роботі даного лінійного генератора, як автономного та портативного пристрою для перетворювання кінетичної енергії кроків людей в електричну енергію.The disadvantages of this way of describing the operation of a linear generator is that it can only work on a special liquid that ensures the movement of the stator and rotor, for this it is necessary to provide a set of measures for the installation of special sealed equipment that will ensure its operation. The existing disadvantages make it possible to use the energy conversion method based on the operation of this linear generator as an autonomous and portable device for converting the kinetic energy of people's steps into electrical energy.

Ще одним аналогом є спосіб, що описано в патенті України Мо 90927 Пристрій перетворення потенціальної енергії в електричну: Філіпчук Степан Павлович, Філіпчук Сергій Сергійович. - Мо а200807346; заявл. 28.05.2008; опубл. 10.06.2010. Описано спосіб перетворення потенціальної енергії в електричну, що заснований на використанні твердого тіла та механізму його підняття та опускання, який механічно зв'язаний з ротором електрогенератора та забезпечує реалізацію даного способу. Особливістю даного способу є те, що для його реалізації потрібне тверде тіло, що виконане у вигляді залізобетонної плити, один кінець якої встановлений на фундаменті з можливістю повороту, а до іншого кінця плити, який оснащено механізмом підняття та опускання, прикріплена зубчата рейка, яка знаходиться в зчепленні із зубчатим колесом, яке, в свою чергу, зчеплене з механізмом обертання ротора електрогенератора, оснащеним стабілізатором швидкості обертів та обгінною муфтою. Робота всіх зазначених пристроїв описує процес реалізації даного способу.Another analogue is the method described in Ukrainian patent No. 90927 Device for converting potential energy into electrical energy: Filipchuk Stepan Pavlovich, Filipchuk Serhii Serhiovych. - MO a200807346; statement 05/28/2008; published 10.06.2010. The method of converting potential energy into electrical energy is described, which is based on the use of a solid body and a mechanism for raising and lowering it, which is mechanically connected to the rotor of the electric generator and ensures the implementation of this method. The peculiarity of this method is that for its implementation a solid body is required, which is made in the form of a reinforced concrete slab, one end of which is installed on a foundation with the possibility of rotation, and a toothed rack is attached to the other end of the slab, which is equipped with a lifting and lowering mechanism, which is located connected to the gear wheel, which, in turn, is connected to the generator rotor rotation mechanism, equipped with a speed stabilizer and an overrunning clutch. The operation of all the specified devices describes the process of implementing this method.

Недоліками такого способу перетворення потенціальної енергії в електричну є те, що для його реалізації потрібне спеціальне обладнання, що встановлюється стаціонарно та спеціально облаштоване місце під нього. Крім того, для опису роботи способу вказуються електромеханічні процеси, що утворюють багато рухомих елементів, що значно ускладнює його сутність та знижує надійність пристрою, що заснований на базі даного способу.The disadvantages of this method of converting potential energy into electrical energy are that special equipment is required for its implementation, which is installed stationary and a specially equipped place for it. In addition, to describe the operation of the method, electromechanical processes forming many moving elements are indicated, which significantly complicates its essence and reduces the reliability of the device based on this method.

Найбільш близьким за своєю суттю до запропонованого способу, є спосіб перетворення кінетичної енергії від натискання в електричну, що описано в патенті України Мо 121492 України,The closest in essence to the proposed method is the method of converting kinetic energy from pressing into electrical energy, which is described in Ukrainian patent No. 121492 of Ukraine,

НО2К 7/00, НО2К 7/12, НО2К 35/00, НО2К 35/02, НО2М 2/18, НОТІ 41/04. Електромеханічний спосіб перетворення кінетичної енергії в електричну з використанням мультиплікатора/ ГнатовNO2K 7/00, NO2K 7/12, NO2K 35/00, NO2K 35/02, NO2M 2/18, NOTES 41/04. Electromechanical method of converting kinetic energy into electrical energy using a multiplier/ Hnatov

А.В., Аргун Щ.В., Дзюбенко О.А.; заявник та патентовласник Харківський нац. автом.-дорожн. ун.--т., Гнатов А.В. - Мо ци201705466; заявл. 02.06.2017; опубл. 11.12.2017. У ньому бо запропоновано електромеханічний спосіб перетворення кінетичної енергії в електричну з використанням мультиплікатора, шляхом переміщення ротора і статора один відносно одного у лінійному електрогенераторі. Це досягається за рахунок того, що генерацію електроенергії здійснюють, коли ротор електрогенератора, виконаний у вигляді ротора електричної машини з неодимовими магнітами, обертається відносно своєї осі під дією рейки приводу електрогенератора через циліндричний мультиплікатор, що підвищує кутову швидкість обертання.A.V., Argun Sh.V., Dzyubenko O.A.; applicant and patent owner Kharkiv National auto.-road Hnatov A.V. - Mo tsi201705466; statement 02.06.2017; published 11.12.2017. It proposes an electromechanical method of converting kinetic energy into electrical energy using a multiplier, by moving the rotor and stator relative to each other in a linear generator. This is achieved due to the fact that electricity generation is carried out when the rotor of the electric generator, made in the form of a rotor of an electric machine with neodymium magnets, rotates relative to its axis under the action of the electric generator drive rail through a cylindrical multiplier, which increases the angular speed of rotation.

Недоліком аналогу є його відносно мала ефективність, що обумовлено використанням циліндричних косозубих коліс в мультиплікаторі. При роботі косозубого колеса виникає механічна сила, спрямована уздовж осі, що призводить до необхідності застосування для установки на валу спеціальних упорних підшипників. Також, збільшення площі тертя зубів (що викликає додаткові втрати потужності на нагрівання) необхідно компенсувати застосуванням спеціальної змазки. В цілому, косозубі колеса застосовуються в механізмах, що вимагають передачі великого крутного моменту на високих швидкостях, а запропонований спосіб засновано на механізмах, що мають відносно невеликі швидкості обертання, і розвивають незначні моменти. Отже, застосування циліндричних косозубих коліс в мультиплікаторі призведе лише до додаткових втрат потужності та ускладнення конструкції пристрою і відповідно, способу його роботи.The disadvantage of the analog is its relatively low efficiency, which is due to the use of cylindrical helical gears in the multiplier. During the operation of the helical gear, a mechanical force directed along the axis arises, which leads to the need to use special thrust bearings for installation on the shaft. Also, the increase in the friction area of the teeth (which causes additional losses of heating power) must be compensated by the use of a special lubricant. In general, helical gears are used in mechanisms that require the transmission of a large torque at high speeds, and the proposed method is based on mechanisms that have relatively low rotational speeds and develop insignificant moments. Therefore, the use of cylindrical helical gears in the multiplier will only lead to additional power losses and complication of the design of the device and, accordingly, the way it works.

Привабливою простотою технічної реалізації і широкими можливостями відрізняється запропонований спосіб перетворення кінетичної енергії в електричну з пішохідною платформою та циліндричним мультиплікатором, в якому кінетична енергія від кроків людей перетворюється в електричну і накопичується в ємнісних нагромаджувачах - іоністорах та акумуляторних батареях. При цьому, перетворення енергії відбувається за рахунок використання електромашинного вузла, в якому енергія від натискання перетворюється в енергію обертання ротора електричної машини через циліндричний мультиплікатор (механічний редуктор, що підвищує кутову швидкість обертання та побудований на базі прямозубих зубчатих коліс).The proposed method of converting kinetic energy into electrical energy with a pedestrian platform and a cylindrical multiplier, in which the kinetic energy from people's steps is converted into electrical energy and stored in capacitive accumulators - ionistors and batteries, is characterized by attractive simplicity of technical implementation and wide possibilities. At the same time, energy conversion occurs due to the use of an electric machine unit, in which the energy from pressing is converted into the energy of rotation of the rotor of the electric machine through a cylindrical multiplier (a mechanical gearbox that increases the angular speed of rotation and is built on the basis of spur gears).

Запропонована корисна модель може бути використаний, як децентралізований альтернативний спосіб генерування електричної енергії малої потужності.The proposed useful model can be used as a decentralized alternative way of generating low-power electrical energy.

В основу корисної моделі поставлена задача розширення функціональних можливостей, а також підвищення ефективності процесу перетворення кінетичної енергії в електричну таThe useful model is based on the task of expanding functional capabilities, as well as increasing the efficiency of the process of converting kinetic energy into electrical and

Зо розкриття способу перетворення зазначеної енергії в електричну за допомогою електромеханічного перетворювача енергії (електромашинного вузла) з використанням мультиплікатора на базі прямозубих зубчатих коліс.From the disclosure of the method of converting the specified energy into electrical energy using an electromechanical energy converter (electric machine unit) using a multiplier based on spur gear wheels.

Поставлена задача вирішується тим, що спосіб перетворення кінетичної енергії від натискання в електричну з пішохідною платформою, шляхом переміщення ротора і статора один відносно одного, при цьому ротор виконано з неодимовими магнітами, який обертається відносно своєї осі під дією рейки приводу електрогенератора через циліндричний мультиплікатор, що підвищує кутову швидкість обертання, однакові кінці обмоток статора з'єднані між собою та виходять до електричного випрямляча, який випрямляє змінний струм та заряджає ємнісний нагромаджувач - іоністор, який через діод заряджає акумуляторну батарею, що через вимикач підключається до навантаження. Перетворення електроенергії здійснюють за допомогою двох електрогенераторів, які приводять у дію через циліндричний мультиплікатор, що складається з прямозубих зубчатих коліс, які збільшують коефіцієнт передачі енергії від натискної кришки до електрогенераторів.The problem is solved by the fact that the method of converting kinetic energy from pressing into electric energy with a pedestrian platform, by moving the rotor and stator relative to each other, while the rotor is made with neodymium magnets, which rotates relative to its axis under the action of the electric generator drive rail through a cylindrical multiplier, which increases the angular speed of rotation, the same ends of the stator windings are connected to each other and go to an electric rectifier, which straightens the alternating current and charges a capacitive accumulator - an ionistor, which through a diode charges a storage battery, which is connected to the load through a switch. The conversion of electricity is carried out with the help of two electric generators, which are actuated through a cylindrical multiplier consisting of spur gears, which increase the energy transfer coefficient from the pressure cover to the electric generators.

Особливістю запропонованого способу перетворення кінетичної енергії в електричну є те, що він побудований на використанні механізму, який має малі ваго-габаритні показники та може легко встановлюватися в місцях з великою кількістю пішоходів та щільністю людського потоку.The peculiarity of the proposed method of converting kinetic energy into electrical energy is that it is built on the use of a mechanism that has small weight and dimensions and can be easily installed in places with a large number of pedestrians and the density of human traffic.

При цьому, процес перетворення кінетичної енергії в електричну буде більш ефективним, ніж у вище перелічених пристроях, за рахунок використання циліндричного мультиплікатора з прямозубими зубчатими колесами. Суть запропонованого винаходу пояснюється схематичними кресленнями.At the same time, the process of converting kinetic energy into electrical energy will be more efficient than in the devices listed above, due to the use of a cylindrical multiplier with spur gears. The essence of the proposed invention is explained by schematic drawings.

На Фіг. 1-3 показано спосіб перетворення кінетичної енергії від натискання в електричну з пішохідною платформою та конструкцію самої платформи.In Fig. 1-3 shows the method of converting kinetic energy from pressing into electric energy with a pedestrian platform and the construction of the platform itself.

Запропонований спосіб перетворення кінетичної енергії від натискання в електричну з пішохідною платформою та циліндричним мультиплікатором має наступні конструктивні елементи (Фіг. 1): корпус 1; натискна кришка 2; направляючі 3; шатун повзунно-кривошипного приводу 4; пружини 5; мультиплікатор 6; приводне колесо кривошипно-шатунного приводу 7; електрогенератор 8; електричний випрямляч 9; С - ємнісний нагромаджувач; МО - діод; ОВ - акумуляторна батарея; 5 - вимикач; 2 - навантаження.The proposed method of converting kinetic energy from pressing into electrical energy with a pedestrian platform and a cylindrical multiplier has the following structural elements (Fig. 1): housing 1; pressure cap 2; guides 3; connecting rod of the slider-crank drive 4; springs 5; multiplier 6; drive wheel of the crank-rod drive 7; electric generator 8; electric rectifier 9; C - capacitive accumulator; MO - diode; OV - rechargeable battery; 5 - switch; 2 - load.

Спосіб здійснюється наступним чином.The method is carried out as follows.

Коли людина наступає на платформу з мультиплікатором, що перетворює кінетичну енергію від натискання в електричну, його натискна кришка 2, що з'єднана з корпусом 1 через направляючі 3, починає рухатися вниз під дією сили натискання та стискає пружини 5 (Фіг. 1-3), тим самим переміщує шатун повзунно-кривошипного приводу 4, який повертає кривошип 7 і передає обертальний момент до мультиплікатора 6. Мультиплікатор б збільшує кутову швидкість обертання ротора електрогенератора 8. Ротор електрогенератора виконано у вигляді ротора електричної машини з неодимовими магнітами, що обертається відносно своєї осі та наводить ЕРС в обмотках статора електрогенератора 8. При зніманні ноги з платформи, що перетворює кінетичну енергію від натискання в електричну з мультиплікатором, пружини 5 повертають натискну кришку 2 в початкове положення, а ротор електрогенератора, під дією шатуна повзунно-кривошипного приводу 4, який повертає кривошип 7, через мультиплікатор 6, починає обертатися в зворотному напрямку, наводить ЕРС в обмотках статора з від'ємним значенням. Обмотки статора електрогенератора підключені до електричного випрямляча 9 (фіг. 3). При наведенні ЕРС по обмотках починає протікати змінний електричний струм, а після його випрямлення на електричному випрямлячі 9, він заряджає ємнісний нагромаджувач С - іоністор та через діод МО - акумуляторну батарею СВ. Вимикач 5 вмикає електроживлення до навантаження 2.When a person steps on a platform with a multiplier that converts kinetic energy from pressure into electrical energy, its pressure cover 2, which is connected to the body 1 through guides 3, begins to move down under the influence of the pressure force and compresses the springs 5 (Fig. 1-3 ), thereby moving the connecting rod of the slider-crank drive 4, which turns the crank 7 and transmits the torque to the multiplier 6. The multiplier b increases the angular speed of rotation of the rotor of the electric generator 8. The rotor of the electric generator is made in the form of a rotor of an electric machine with neodymium magnets, which rotates relative to its axes and induces the EMF in the stator windings of the electric generator 8. When removing the foot from the platform, which converts the kinetic energy from pressing into electric energy with a multiplier, the springs 5 return the pressure cover 2 to the initial position, and the rotor of the electric generator, under the action of the connecting rod of the slider-crank drive 4, which turns the crank 7, through the multiplier 6, begins to rotate in the reverse e.g pit, induces an emf in the stator windings with a negative value. The stator windings of the electric generator are connected to the electric rectifier 9 (Fig. 3). When an EMF is applied to the windings, an alternating electric current begins to flow, and after its rectification on the electric rectifier 9, it charges the capacitive accumulator C - the ionistor and through the diode MO - the storage battery SV. Switch 5 turns on the power supply to load 2.

Таким чином, запропонований спосіб перетворення кінетичної енергії від натискання в електричну з пішохідною платформою, дозволяє суттєво зменшити складність способу отримання електроенергії, як альтернативного джерела живлення, порівняно з прототипом. Все це дає можливість значно спростити технічну реалізацію запропонованого способу.Thus, the proposed method of converting kinetic energy from pressing into electric energy with a pedestrian platform allows to significantly reduce the complexity of the method of obtaining electricity as an alternative power source, compared to the prototype. All this makes it possible to significantly simplify the technical implementation of the proposed method.

Запропонований спосіб перетворення кінетичної енергії від натискання в електричну може бути використано, як основу для створення альтернативного джерела електричної енергії, у місцях з єдністю людей.The proposed method of converting kinetic energy from pressing into electrical energy can be used as a basis for creating an alternative source of electrical energy in places with the unity of people.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA The method of converting kinetic energy from pressing into electric energy with a pedestrian platform by moving the rotor and stator relative to each other, while the rotor is made with neodymium magnets, which rotates relative to its axis under the action of the electric generator drive rail through a cylindrical multiplier that increases the angular speed rotation, the same ends of the stator windings are connected to each other and go to an electric rectifier, which straightens the alternating current and charges a capacitive accumulator - an ionistor, which through a diode charges a storage battery, which is connected to a load through a switch, which differs in that the conversion of electricity is carried out with the help of two electric generators, which actuate through a cylindrical multiplier consisting of spur gears, which increase the energy transfer coefficient from the pressure cap to the electric generators. I r Ne KI Be U u U teh i Still N Ge 2 no; ! Aa o is yam I b s s". b: sha these Fig: