ИСТОЧНИК АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
SELF-CONTAINED POWER SUPPLY SOURCE

Изобретение относится к области электротехники, а именно к возобновляемым источникам электрической энергии, обеспечивающим снабжение энергией, например, светофорные объекты.
Известна система, предназначенная для выработки электроэнергии путем преобразования веса движущихся автомобилей во вращательное движение ротора генератора, который вырабатывает электроэнергию. Система содержит металлическую раму, опорную плиту, способную перемещаться в вертикальном направлении, систему преобразования вертикального перемещения во вращательное движение приводной оси электрического генератора, провода (см. патент EP №2065596, Мкл. F03G 7/08, опублик. 2009 г.).
Недостатком системы является сложность конструкции, вследствие чего относительно низкая надежность, сложность монтажа и настройки массивных металлических элементов устройства, наличие дорогостоящих генераторов для выработки электроэнергии.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является принятый в качестве прототипа источник электропитания, который представляет собой 20 упругих элементов, каждый из которых состоит из подпружиненной подвижной катушки и соосно с ней расположенного неподвижного магнита. Под действием силы тяжести автомобиля подвижная катушка перемещается относительно магнита, что приводит к наведению э.д.с. в витках катушки. Ток, возникающий под действием данной э.д.с., поступает в накопитель. После прекращения действия внешней силы упругий элемент возвращается в исходное состояние под действием пружины. Работа данной системы также использует для получения электроэнергии принцип электромагнитной индукции. В описанной ранее системе это делается при помощи механических приводов, а в данной - при помощи взаимного перемещения катушки относительно магнитов (см. патент США №7432607, Мкл. F04B 35/00, опублик. 2008 г.).
Данной системе присущи те же недостатки, что и у описанной ранее системы: сложность конструкции, относительно невысокая надежность, наличие большого количества проводников из дорогостоящих материалов (медные обмотки катушек).
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение конструкции и повышение ее надежности.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что источник автономного электропитания, содержащий эластичный передаточный элемент, способствующий воздействию движущихся объектов на подвижные элементы преобразователя энергии, подключенного к электрической нагрузке, согласно изобретению эластичный передаточный элемент выполнен в виде эластичной герметичной емкости, заполненной воздухом, а преобразователь энергии - в виде магнитогидродинамического генератора, при этом магнитогидродинамический генератор выполнен в виде цилиндра из непроводящего материала, внутри которого с двух сторон размещены первый и второй подвижные поршни, второй из которых подпружинен, внутренний объем цилиндра между поршнями заполнен электропроводной жидкостью, а с торцов воздухом, вдоль внутренней поверхности цилиндра размещены противоположно расположенные электроды, связанные с накопителем энергии, а на внешней поверхности цилиндра установлен магнит, силовые линии которого нормальны к поверхности цилиндра, причем эластичная емкость сообщена каналом с цилиндром со стороны первого поршня.
Упрощение конструкции достигается за счет использования принципа магнитогидродинамического получения электрической энергии, который, как известно, позволяет преобразовать кинетическую энергию проводящего потока непосредственно в энергию электрического тока.
Использование в предлагаемом устройстве принципа магнитогидродинамического преобразования кинетической энергии потока проводящей жидкости непосредственно в энергию электрического тока существенно упрощает и удешевляет конструкцию. Поскольку устройство выполнено герметичным и не содержит каких-либо вращающихся частей, а также сочленений, требующих зазоров, которые могут засоряться, а также способствовать проникновению влаги, надежность устройства повышается. Также улучшаются ее технологичность и эксплуатационные качества, поскольку устройство представляет собой совокупность несложных в конструктивном отношении и технологичных при изготовлении элементов, позволяющих достичь значительной простоты их монтажа и настройки, а также минимального объема работ по обслуживанию.
Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема источника автономного электропитания, где Q - внешняя сила.
Источник автономного электропитания содержит передаточный элемент 1, который способствует преобразованию силы тяжести движущихся по дороге объектов в электрическую энергию, оказывая воздействие на подвижные элементы преобразователя 2 энергии, подключенного к электрической нагрузке (на чертеже не показана). В качестве последней могут быть, например, светофорные объекты и др. При этом эластичный передаточный элемент 1 выполнен в виде эластичной емкости 3, заполненной воздухом, а преобразователь энергии 2 - в виде магнитогидродинамического генератора. Последний представляет собой цилиндр 4 из непроводящего материала, внутри которого с двух сторон размещены первый и второй подвижные поршни 5 и 6 соответственно. Один из поршней, а именно поршень 6 подпружинен с помощью пружины 7. Внутренний объем цилиндра 4 между поршнями 5 и 6 заполнен электропроводной жидкостью 8, а с торцов 9 и 10 - воздухом. С внутренней поверхности цилиндра 4 размещены противоположно расположенные электроды 11 и 12, которые подключены с помощью проводов 13 к накопителю 14 энергии, а через него - к электрической нагрузке. На внешней поверхности цилиндра 4 установлен постоянный магнит 15 так, чтобы его силовые линии были нормальны к поверхности цилиндра 4. Подвижный элемент 1 в виде герметичной эластичной емкости 3 сообщен каналом 16 с цилиндром 4 со стороны первого поршня 5. В целом вся система является герметичной.
Работа устройства основана на применении магнитогидродинамического способа преобразования энергии (МГД-эффекте), поскольку устройства, реализующие данный эффект, лишены недостатков, присущих прототипу.
Устройство работает следующим образом.
При воздействии внешней силы Q на эластичную, а следовательно, деформируемую емкость 1, воздух из нее, поступая по каналу 16 в цилиндр 2, перемещает один из поршней, а именно поршень 5. Перемещение поршня 5 приводит в движение электропроводную жидкость 8, которая начинает движение по цилиндру 2, пересекая магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом 15. При этом жидкость 8 смещает второй подпружиненный поршень 6, который движется, преодолевая силу упругости пружины 7. В процессе движения жидкости через магнитное поле по ней протекает электрический ток, который, замыкаясь через электроды 11 и 12, по проводам 13 поступает в накопитель 14 электрической энергии.
При исчезновении внешней силы Q оба поршня 5 и 6 под действием упругой силы пружины 7 возвращаются в исходное состояние. Рассчитанная надлежащим образом механическая система «проводящая жидкость - поршни» может быть настроена в резонанс, что приведет к повышению энергоэффективности устройства за счет повышения амплитуды колебаний системы, а следовательно, увеличения амплитуды импульса тока, а также увеличению времени колебательного процесса при однократном воздействии внешней силы.
Применение преобразователя 2 энергии с использованием МГД-эффекта позволяет упростить конструкцию, поскольку входящие в нее элементы являются стандартными, типовыми, а именно, трубы, постоянные магниты, пружины.
Кроме того, устройство обладает повышенной надежностью, поскольку для преобразования потенциальной энергии автомобилей (при воздействии их веса на эластичную емкость устройства) применены элементы, не содержащие вращающихся частей или рычагов. Устройство благодаря герметичности не имеет сочленений и зазоров, засорение которых или проникновение воды в них могло бы вывести устройство из строя, что особенно актуально применительно к климатическим условиям России и специфики эксплуатации российской дорожной инфраструктуры.
Если учесть, что при проезде одного автомобиля деформация эластичной емкости происходит, как минимум, дважды, а с учетом обратного (под действием пружины) движения жидкости, четырежды, то можно говорить о предлагаемом устройстве, как о достаточно эффективном источнике электропитания дорожных объектов - потребителей энергии, таких как, в частности, светофорные объекты. Наличие колебательного процесса, который при надлежащем расчете конструкции может приобрести резонансный характер, еще больше повышает энергетическую эффективность предлагаемого устройства. При этом устройство существенно проще прототипа, т.к. не содержит сложных в конструктивном отношении составных частей.
Предлагаемое техническое решение, таким образом, позволяет повысить надежность устройства, увеличить срок службы, повысить технологичность изготовления устройства, а также снизить стоимость его изготовления и обслуживания.
Надежность устройства обусловливается отсутствием вращающихся частей, а также сложной системы рычагов и других элементов механической трансмиссии.
Увеличение срока службы является следствием отсутствия в ее составе вращающихся и быстро изнашиваемых частей, а также герметичностью конструкции.
Технологичность изготовления устройства обусловлена входящими в нее стандартными несложными в конструктивном отношении и весьма технологичными при изготовлении элементами (трубы, постоянные магниты, пружины, эластичные емкости).
Относительно низкая стоимость устройства обусловлена ее технологичностью и применением типовых конструктивных элементов. В качестве проводящей жидкости могут быть использованы, например, растворы солей, себестоимость которых, как известно, весьма мала.
Высокие эксплуатационные свойства (низкая стоимость обслуживания) и увеличение срока службы устройства обусловлены простотой его монтажа и настройки, а также минимальным объемом работ по обслуживанию, которое не требует высокой квалификации персонала.
Таким образом, изобретение за счет использования МГД-эффекта позволяет решить поставленную техническую задачу: существенно упростить конструкцию и повысить ее надежность.