ВОЛНОВОЙ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МИКРОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к устройствам для выработки электроэнергии и может быть использована в различных приборах для подзарядки штатных аккумуляторов малоэнергоемких систем, а также для подачи аварийных световых и электромагнитных сигналов при чрезвычайных ситуациях, в частности при проведении аварийно-спасательных работ.
Известны магнитоэлектрические генераторы тока (патент RU №2264026 С2, кл. Н02К 35/02; патент RU №2020699 С1, кл. Н02К 35/02 и), включающие корпус из немагнитного материала, внутри которого размещены постоянные магниты, движущиеся в поле действия катушек, служащих для снятия электродвижущей силы (ЭДС).
К недостаткам указанных аналогов можно отнести следующее: в первом аналоге требуется подача извне электрического тока на обмотку катушки, т.е. это не автономная установка; второй аналог требует установки дополнительных магнитов для удержания и перемещения рабочего магнита в зоне действия обмотки катушки.
Известно также устройство для выработки электроэнергии (патент RU №2020698, кл. Н02К 35/00), содержащее тороидальный в сечении статор с обмотками (в плане статор имеет вид эллипса). Внутри статора установлена бесконечная гибкая лента с размещенными на ней эластичными тороидальными роторами (торами), заполненными текучим агентом. Между торами установлены магнитные сердечники, неподвижно прикрепленные к ленте. Перемещение торов, а заодно и магнитных сердечников производится с помощью потока воздуха, подаваемого в статор извне. Сердечники, перемещаясь относительно обмоток, наводят в них ЭДС.
К недостаткам указанного устройства можно отнести:
а) для его работы необходим внешний источник энергии;
б) эластичные торы с заполненным текучим агентом создают сопротивление движению, т.к. они могут менять свою форму под действием потока воздуха;
в) для перемещения магнитных сердечников с лентой должна обеспечиваться определенная плотность между движущимися деталями и корпусом;
г) сердечники выполнены в виде овала и требуют определенного радиуса поворота, самостоятельное их перемещение, как например, шариков, невозможно.
Использовать такое устройство как мобильное не представляется возможным т.к. требуется дополнительный источник энергии извне.
Использовать природные силы в указанных выше устройствах не представляется возможным, а применение их в качестве мобильных независимых устройств, практически невозможно, т.к. для выработки электроэнергии требуются дополнительные источники. Кроме этого, они сложные в конструктивном плане, а в технологическом - имеют ограниченное применение, т.е. малоэффективны.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является микрогенератор инерционный (патент RU №2390089 С2, кл. Н02К 35/02), используемый в качестве маломощного источника тока в автономных подзарядных устройствах.
Микрогенератор содержит изогнутый канал из немагнитного материала с катушками электропровода вокруг него, торцевыми отбойниками и магнитным шариком внутри канала. Шарик состоит из магнитов, выполненных в виде усеченных конусов объединенных разноименными полюсами общим магнитопроводом, находящимся в центре шарика. При покачивании устройства в результате колебаний шарика генерируется в катушках электрический ток. За счет изгиба канала, в котором размещен и качается полимагнитный шарик, повышается чувствительность устройства к его колебаниям, что приводит к повышению КПД микрогенератора.
Наряду с этим прототип не лишен недостатков, а именно:
1) в связи с небольшой амплитудой колебаний полимагнитного шарика в зоне действия катушек и по причине наличия трения немагнитной оболочки шарика с внутренней поверхностью неметаллического канала, величина ЭДС очень мала, т.е. эффективность накопления энергии низкая, а сам процесс - длительный;
2) для того, чтобы шарик перекатывался в канале, генератор должен быть установлен так, как показано на фиг.4, другими словами, требуются определенные условия для обеспечения эффективной его работы.
Применить данный генератор в качестве светового или электромагнитного маячка для спасателя не представляется возможным, т.к. при резких колебаниях существует угол наклона, при котором шарик откатывается в конец трубки и останавливается, при этом выработка электроэнергии прекращается.
Задачей настоящего технического решения является увеличение индукционного тока в обмотках катушек и повышение ЭДС (генерируемой мощности) путем обеспечения постоянства движения магнитных шариков через обоймы катушек, при этом обеспечивается постоянство процесса электромагнитной индукции.
Поставленная задача решается волновым магнитоэлектрическим микрогенератором, включающим кольцеобразный корпус из немагнитного материала, в котором расположен пустотелый тор из немагнитного материала. Внутри тора размещены шарики, часть из которых - это постоянные магниты, а другая часть - шарики их немагнитного материала. Шарики расположены в чередующемся порядке: один магнитный, затем - не магнитный и т.д. С наружной стороны полого тора расположены катушки, обмотки которых выполнены из электрического проводника.
С целью увеличения импульса электрической энергии в обмотках катушек в торовом канале может быть размещено большое количество шариков магнитов. В конечном итоге канал может быть заполнен шариками полностью за исключением наличия одного промежутка между шариками, что позволяет свободно скатываться шарикам при наклоне использую при этом силу инерции шарика, который при скатывании ударяет впереди лежащий шарик.
Представленные графические материалы (чертежи) поясняют суть решаемой задачи. На фиг.1 изображен предлагаемый к защите охранным документом волновой магнитоэлектрический микрогенератор (вид сверху), в частичном разрезе, где видны обмотки катушек и шарики. На фиг.2 - сечение А-А фиг.1 и на фиг.3 - вариант применения заявленного объекта в качестве подзарядного устройства аккумулятора импульсного фарватерного сигнала.
Волновой магнитоэлектрический микрогенератор содержит пустотелый тор 1, выполненный из немагнитного материала, при этом внутри тора находятся шарики 2, часть из которых шарики-магниты 3, а остальные шарики 4 изготовлены из немагнитного материала. В торе 1 может быть один шарик-магнит 3. Чтобы исключить примыкание шариков-магнитов 3 друг к другу (разнополюсные части шариков будут притягиваться, и величина индукции тока в обмотках катушек будет снижаться) между ними располагают шарики не магниты 4.
Минимальное количество шариков-магнитов - один, при этом не требуется установка шариков из неметаллических материалов. При установке в канале 2-х и более шариков магнитов 3 между ними устанавливают шарики не магниты 4. Сущность установки шариков не магнитов заключается в том, чтобы исключить контакт между шариками магнитами. Если шариков магнитов три, то и шариков не магнитов должно быть не менее трех.
Максимальное количество шариков зависит от длины тора 1 и должно быть такое, чтобы обеспечивалось свободное перемещение шариков-магнитов в канале тора, т.е. шарики в канале должны свободно вставляться при монтаже. Это способствует более надежному их перемещению за счет использования при наклоне силы инерции и силы удара заднего шарика впереди находящегося. Большое количество шариков и их надежное перемещение обеспечивают максимальную индукцию тока в обмотках катушек, т.е. ЭДС будет максимальная.
На внешней поверхности пустотелого тора 1 размещены обмотки катушек 5, выводы которых подключаются к зарядному устройству (на чертежах не показано) и далее соединение может быть на сигнальные лампочки или на подпитку источников питания приборов.
Собственно тор 1 с катушками 5 и шариками расположен в кольцевом корпусе 6, изготовленном из не магнитного материала. В центре тора 1 размещена система накопления энергии 7.
В основе работы микрогенератора лежит закон физики об электромагнитной индукции и происходит это следующим образом.
При наклоне корпуса 6 в любом направление шарики 3 и 4 начинают свободно перекатываться внутри пустотелого тора 1 в том же направлении. При прохождении шарика-магнита 3 зоны катушек 5 внутри обмотки последних, под действием магнитного потока, индуцируется ток (доказано опытами ученого-физика Фарадея в 1831 году), величина которого зависит от характеристики электропровода обмотки катушки, скорости изменения магнитного потока и других факторов. И чем больше магнитных шариков, тем больше будет энергия тока. Съем электроэнергии с обмоток катушек и подача его в накопитель (аккумулятор) может выполняться известными в технике способами.
Колебания шариков могут вызывать, например, колебания корабля, колебания автомобиля, взмах руки и неравномерность хода, т.е. естественные, уже существующие источники энергии.
Вариант применения заявленного объекта в качестве подзарядного устройства аккумуляторов импульсных фарватерных сигналов приведен на фиг.3.
Технико-экономическое преимущество заявленного образца заключается в следующем:
1) благодаря конструктивным особенностям он более эффективный в работе по сравнению с другими генераторами тока аналогичного действия;
2) технологичен в изготовлении;
3) компактный, имеет более широкий диапазон применения;
4) вырабатывает ток более высокой силы;
5) не требует дополнительного технологического источника для возбуждения колебаний;
6) более надежный в работе благодаря большему числу шариков-магнитов перекатывающихся по кольцевому каналу.
Предложенный волновой микрогенератор может использоваться во многих областях, например, речном и морском флоте, авиакосмической отрасли, а также при проведении аварийно-спасательных работ или в туризме (дает световые или электромагнитные сигналы, что облегчает работу спасателям).