Спосіб перетворення кінетичної енергії в електричну

Реферат: Спосіб генерування кінетичної енергії в електричну включає генерування електричної енергії від кроків людини при натисканні на кришку, при якому відбувається відносне поступальне переміщення ротора і статора у одній площині. Генерація електроенергії відбувається при кроці людини на енергогенеруючу сходинку, в натискну кришку корпусу якої вмонтовано п'єзоелектричні елементи. Коли ротор, що виконаний з суцільних неодимових магнітів, відштовхується через магнітну взаємодію від неодимових магнітів в кришці сходинки та переміщується всередині обмотки статора і наводить в ньому індукований струм, при зніманні ноги з сходинки, її кришка переміщується вгору, при цьому ротор лінійного електрогенератора відштовхується однаковими полюсами від неодимових магнітів в корпусі сходинки та переміщується всередині обмотки статора і наводить в ньому індукований струм. 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, наприклад, зовнішнього світлодіодного освітлення. UA 121487 U (12) UA 121487 U UA 121487 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електричних машин, а саме до способу генерації електричної енергії лінійним електрогенератором, яка може бути використана для перетворювання кінетичної енергії кроків людського потоку в електричну енергію. Аналогом корисної моделі є спосіб генерації електроенергії з використанням лінійного електрогенератора, в якому співвісно розміщені ротор і статор, з можливістю їх відносного поступального переміщення у одній площині й призначені для їх кінематичного з'єднання з приводом генератора. При цьому статор виготовлений у вигляді обмотки, що охоплює ротор з групою постійних магнітів, а виводи статора призначені для підключення до них навантаження [Патент РФ № 2334340 на винахід, МПК (2006.01) Н02К 7/18; Н02К 35/02; Е21В 47/022; опубл. 20.09.2008 p.]. Описаний спосіб призначений для генерації електроенергії та живлення скважинної апаратури та потребує для своєї роботи значної амплітуди і частоти коливань ротора відносно статора (чи навпаки), а тому він не може бути використаний як спосіб, наприклад, для перетворювання кінетичної енергії від кроків людського потоку в електричну енергію. Окрім цього силовий елемент згаданого способу генерації електроенергії виготовляється у вигляді сильфону із матеріалу з пам'яттю форми і встановлений у герметичній порожнині всередині статора, до якого підведені дроти від обмотки збудження через комутатор, до якого, у свою чергу, підключене джерело живлення і накопичувач електроенергії, а тому описаний спосіб генерації електроенергії має значну собівартість при його практичному втіленні. Найбільш близьким за своєю суттю до запропонованого способу генерування електричної енергії є патент України № 106588 Спосіб генерування електричної енергії; заявник та патентовласник Харківський нац. автом.-дорожи. ун.-т., Гнатов А.В. - № u201511854 заявл. 30.11.2015; опубл. 25.04.2016. У цьому способі спосіб генерування електричної енергії від кроків людського потоку досягається за рахунок того, що генерація електроенергії проходить при кроці людини на енергогенеруючу сходинку, коли ротор лінійного електрогенератора, що виконаний з суцільних неодимових магнітів, відштовхується через магнітну взаємодію від неодимових магнітів в кришці сходинки та переміщується всередині обмотки статора і наводить в ньому індукований струм, при зніманні ноги з сходинки, її кришка переміщується вгору, при цьому ротор лінійного електрогенератора відштовхується однаковими полюсами від неодимових магнітів в корпусі сходинки та переміщується всередині обмотки статора і наводить в ньому індукований струм, 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, наприклад, зовнішнього світлодіодного освітлення. Недоліком розглянутого способу є його відносно мала ефективність, адже кількість згенерованої електричної енергії напряму залежить від швидкості переміщення ротора відносно статора. Привабливою простотою технічної реалізації і широкими можливостями характеризується спосіб перетворення кінетичної енергії натискання в електричну (з лінійним електрогенератором), в якому кінетична енергія від кроків людей перетворюється в електричну і накопичується в ємнісних нагромаджувачах - іоністорах та акумуляторних батареях. При цьому перетворення енергії йде паралельно двома шляхами (методами): перший електромеханічний; другий - п'єзоелектричний. Запропонований спосіб може бути використаний, як альтернативне та децентралізоване малопотужне джерело електричної енергії. В основу корисної моделі поставлено задачу розширення функціональних можливостей, а також підвищення ефективності процесу перетворення кінетичної енергії в електричну за рахунок вдосконалення способу генерації електричної енергії та конструктивних особливостей устаткування даного способу. Поставлена задача вирішується тим, що у способі перетворення кінетичної енергії в електричну, що включає генерування електричної енергії від кроків людини при натисканні на кришку, згідно з корисною моделлю, генерація електроенергії відбувається при кроці людини на енергогенеруючу сходинку, в натискну кришку корпусу якої вмонтовано п'єзоелектричні елементи, коли ротор, що виконаний з суцільних неодимових магнітів, відштовхується через магнітну взаємодію від неодимових магнітів в кришці сходинки та переміщується всередині обмотки статора і наводить в ньому індукований струм, при зніманні ноги з сходинки, її кришка переміщується вгору, при цьому ротор лінійного електрогенератора відштовхується однаковими полюсами від неодимових магнітів в корпусі сходинки та переміщується всередині обмотки статора і наводить в ньому індукований струм, однакові кінці обмоток статора з'єднані між собою та виходять до електричного випрямляча, який випрямляє змінний струм та заряджає 1 UA 121487 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ємнісний нагромаджувач - іоністор, який через діод заряджає акумуляторну батарею, що через вимикач підключається до навантаження, наприклад зовнішнього світлодіодного освітлення. Особливістю запропонованого способу перетворення кінетичної енергії натискання в електричну (з лінійним електрогенератором) є те, що він має малі ваго-габаритні показники, та може легко встановлюватися в місцях з великою кількістю пішоходів та щільністю людського потоку. При цьому процес перетворення кінетичної енергії в електричну буде більш ефективним, ніж у подібних існуючих перетворювачів енергії. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється схематичними кресленнями. На Фіг. 1 показано конструкцію для способу генерування електричної енергії. На Фіг. 2-4 показано та пояснено принцип роботи запропонованого способу. Запропонований спосіб перетворення кінетичної енергії має наступні конструктивні елементи: натискну кришку 1; п'єзоелектричні елементи 2; статор 3; неодимові магніти в натискній кришці 4; робочий хід натискної кришки 5; пружини 6; герметичне сполучення кришки з корпусом 7; корпус 8; неодимові магніти ротора 9; обмотки котушок статора (К1…К3) 10; неодимові магніти в корпусі 11; електричний випрямляч 12; С - ємнісний нагромаджувач; VD діод; GB - акумуляторна батарея; S - вимикач; HL - світлодіодне навантаження. Спосіб працює наступним чином. Коли людина наступає на пристрій генерування електричної енергії, його натискна кришка 1, що з'єднана герметичним сполученням з корпусом 7, починає рухатися вниз (фіг. 2, 3) і тим самим забезпечує роботу пристрою, як лінійного електрогенератора. Завдяки тому, що неодимові магніти в натискній кришці 4 орієнтовані однаковими полюсами до полюсів магнітів ротора 9, вони через магнітне поле відштовхують ротор й тим самим змушують його вертикально зміщуватися вниз, поки не буде пройдено весь робочий хід натискної кришки 5. У крайньому нижньому положенні, коли натискна кришка 1 лежить на корпусі 8, на неодимові магніти ротора 9 буде діяти максимальне магнітне зусилля від неодимових магнітів в корпусі 11, які також орієнтовані однаковими полюсами до полюсів неодимових магнітів ротора 9 та будуть відштовхувати ротор угору. Таким чином неодимові магніти в натискній кришці 4 та неодимові магніти в корпусі 10 використовуються як демпферні пружини. Маючи механічну інерцію, ротор буде коливатися між неодимовими магнітами в натискній кришці 3 та неодимовими магнітами в корпусі 10, як між демпферними пружинами. Також при натисканні на натискну кришку 1 вбудовані в ній п'єзоелектричні елементи 2 генерують імпульс електричної енергії, яка через електричний випрямляч 12 накопичується в ємнісному нагромаджувачі С. При зніманні ноги з пристрою генерування електричної енергії пружини 6 повертають натискну кришку 1 в начальне положення, що збільшує проміжок робочого ходу натискної кришки 5, тим самим створюючи умови для переміщення неодимових магнітів ротора 9 угору, бо сила магнітного тиску від неодимових магнітів в корпусі 11 стає більшою, ніж від неодимових магнітів в натискній кришці 4. Зворотно-поступальний рух ротора наводить в обмотках котушок статора (К1…К3) 10 змінний електричний струм. Обмотки статора 3 з'єднані між собою та підключені до електричного випрямляча 12 (фіг. 4), з затискачів якого заряджається ємнісний нагромаджувач С - іоністор та через діод VD акумуляторна батарея GB. Вимикач S включає світлодіодне навантаження HL до електричного кола акумуляторної батареї GB. Таким чином, запропонований спосіб перетворення кінетичної енергії дозволяє збільшити ефективність перетворення кінетичної енергії від натискання в електричну за рахунок одночасного використання двох способів перетворення енергії - електромеханічного та п'єзоелектричного. При цьому габаритні показники пристрою залишаються такими ж, як і у найбільш близькому до запропонованого способу. Запропонований спосіб генерування електричної енергії може бути використано, як альтернативне джерело електричної енергії, у місцях з великою прохідністю людей. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб генерування кінетичної енергії в електричну, що включає генерування електричної енергії від кроків людини при натисканні на кришку, при якому відбувається відносне поступальне переміщення ротора і статора у одній площині, який відрізняється тим, що генерація електроенергії відбувається при кроці людини на енергогенеруючу сходинку, в натискну кришку корпусу якої вмонтовують п'єзоелектричні елементи, коли ротор, що виконаний з суцільних неодимових магнітів, відштовхується через магнітну взаємодію від неодимових магнітів в кришці сходинки та переміщується всередині обмотки статора і наводить в ньому індукований струм, при зніманні ноги з сходинки, її кришка переміщується вгору, при цьому ротор лінійного електрогенератора відштовхується однаковими полюсами від неодимових 2 UA 121487 U 5 магнітів в корпусі сходинки та переміщується всередині обмотки статора і наводить в ньому індукований струм, 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, наприклад зовнішнього світлодіодного освітлення. 3 UA 121487 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4