АВТОНОМНЫЙ НАКОПИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ С МЕХАНИЧЕСКИМ НАКОПИТЕЛЕМ ЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована для автономного электропитания различных потребителей при механическом аккумулировании энергии.
Известен автономный накопитель электропитания с механическим маховичным накопителем энергии (см. заявку РФ на изобретение №2002134792, МПК H02J 15/00, публ. 10.07.2004). К недостаткам известного автономного накопителя электропитания можно отнести его недостаточную энергоемкость, ограниченное время хранения энергии, а также большую материалоемкость, обусловленную наличием махового колеса, а также необходимость использования для его функционирования различных дополнительных источников энергии.
Также известен автономный накопитель электропитания с механическим маховичным накопителем энергии (см. патент РФ на полезную модель №187943, МПК H02J 15/00, публ. 06.11.2018). К недостаткам известного устройства можно отнести его недостаточную энергоемкость, ограниченное время хранения энергии, большую материалоемкость, обусловленную наличием махового колеса, а также необходимость использования для его функционирования различных дополнительных источников энергии.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение технической проблемы и достижение технического результата, состоящего в повышении энергоемкости, увеличении времени хранения энергии, уменьшении материалоемкости и обеспечении возможности функционирования автономного накопителя электропитания при использовании исключительно собственных физических усилий потребителя без привлечения каких-либо дополнительных средств.
Данный технический результат достигается тем, что автономный накопитель электропитания с механическим накопителем энергии содержит корпус, в котором на валу установлены, по крайней мере, две шестерни, снабженные ленточной спиральной пружиной, закрепленной одним концом на шестерне, а другим концом - на корпусе автономного источника электропитания и выполненной с возможностью накопления энергии вращательного движения при закручивании пружины с приведением пружины в напряженное состояние и отдачи энергии вращательного движения при раскручивании пружины, при этом каждая шестерня также входит в зацепление с дополнительной шестерней, установленной на одном валу с передаточным элементом, кинематически связанным с валом генератора электропитания потребителя, а между этими передаточными элементами установлено стопорное устройство, выполненное с возможностью в крайних положениях стопорения одного из передаточных элементов и отсутствия стопорения в промежуточном положении, а шестерни, снабженные ленточной спиральной пружиной, выполнены с возможностью сцепления с валом, на котором они установлены, при закручивании пружины и отсутствия сцепления при раскручивании пружины, дополнительные шестерни выполнены с возможностью сцепления с валом, на котором они установлены, при раскручивании пружины и отсутствия сцепления при закручивании пружины, передаточные элементы выполнены с возможностью сцепления с валом, на котором они установлены, при вращении этого вала с дополнительной шестерней и отсутствия сцепления при отсутствии такого вращения, причем каждая шестерня снаружи снабжена центральным валом, на наружном конце которого выполнен конструктивный элемент для соединения его с механическим приводом непосредственно от механического воздействия потребителем.
В предлагаемом автономном накопителе электропитания используется пружинный накопитель энергии, который обеспечивает самую большую механическую мощность из всех типов накопителей энергии, а также максимальное время хранения энергии (см., например, статья «Какие бывают накопители энергии». Интернет-сайт https://fb.ru/article/190701 или статья «Обзор типов накопителей энергии». Интернет-сайт khd2,narod.ru/gratis/accumul.htm).
В формуле изобретения приведены признаки, характеризующие конструктивное выполнение пружинного накопителя энергии, в котором использованы, по крайней мере, две ленточных спиральных пружин, закрепленных одним концом на зубчатом колесе, а другим концом - на корпусе автономного источника электропитания, и выполненных с возможностью накопления энергии вращательного движения при закручивании пружины с приведением пружины в напряженное состояние и отдачи энергии вращательного движения при раскручивании пружины. При этом эти пружины имеют возможность поочередного раскручивания, что обеспечивается наличием стопорного устройства и соответствующим выполнением валов, шестерен, колес и дисков, описанным в формуле изобретения. Это позволяет получить большую энергоемкость источника электропитания и обеспечивает большую длительность функционирования источника электропитания в автономном режиме.
Снабжение каждой шестерни снаружи центральным валом, на наружном конце которого выполнен конструктивный элемент для соединения его с механическим приводом непосредственно от механического воздействия потребителем обеспечивает возможность функционирования автономного источника электропитания при использовании исключительно собственных физических усилий потребителя без привлечения каких-либо дополнительных средств, что существенно упрощает его эксплуатацию.
На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого автономного накопителя электропитания с механическим накопителем энергии без корпуса; на фиг. 2 - конструктивное выполнение предлагаемого автономного накопителя электропитания в 3-D проекции без корпуса; на фиг. 3 - конструктивное выполнение предлагаемого автономного накопителя электропитания с корпусом.
Автономный накопитель электропитания с механическим накопителем энергии содержит корпус 1, в котором на соответствующих валах (не показаны) установлены, по крайней мере, две шестерни 2 и 3, каждая из которых снабжена ленточной спиральной пружиной 4 и 5, закрепленной одним концом на шестерне 2 и 3 или валу, на котором установлены эти шестерни 2, 3, а другим концом - на корпусе 1 автономного накопителя электропитания. Пружины 4 и 5 (могут быть многослойными), выполнены с возможностью накопления энергии вращательного движения при закручивании пружины с приведением пружины 4 и 5 в напряженное состояние и отдачи энергии вращательного движения при раскручивании пружины 4 и 5. При этом каждая шестерня 2 и 3 также входит в зацепление с дополнительной шестерней 6 и 7, установленной на одном валу с соответствующим передаточным элементом, например, зубчатым колесом 8 и 9. Этот вал и, соответственно, зубчатые колеса 8 и 9, кинематически связаны, например, при помощи зубчатых колес 10 и 11, установленных на валу генератора 12 электропитания потребителя, с этим генератором 12. Между этими зубчатыми колесами 8 и 9 установлено стопорное устройство 13 (например, ползункового типа). Стопорное устройство 13 выполнено с возможностью в крайних положениях стопорения одного из зубчатых колес 8 и 9 и отсутствия стопорения в промежуточном положении. Такое стопорение может осуществляться путем воздействия стержнем стопорного устройства на впадины 14 дисков 15 и 16, жестко закрепленных на валах, на которых установлены зубчатые колеса 8 и 9 и дополнительные шестерни 6, 7. В качестве опор всех валов, на которых установлены шестерни 2, 3, 6, 7, зубчатые колеса 8, 9, и т.п., а также валов генератора 12, могут быть использованы стенки корпуса 1. Все шестерни 2, 3, 6, 7, а также зубчатые колеса 8, 9 выполнены с возможностью сцепления с валом, на котором они установлены, при вращательном движении вала или шестерни и диска в одном направлении и отсутствия сцепления - в противоположном направлении. Такая возможность может быть обеспечена, например, если указанные элементы конструкции установлены и связаны с соответствующими валами при помощи храпового механизма, аналогичным образом, например, как широко известные гаечные ключи-трещетки, в которых использование такого механизма позволяет работать ключом, не отвлекаясь на его переброску, так как при вращении ключа в одном направлении имеет место сцепление с ключом или вставкой ключа и, например, закручивание, а в противоположном - отсутствие сцепления. Аналогичные конструктивные элементы используются и в заднем колесе велосипеда.
Дополнительные шестерни 6, 7 выполнены с возможностью сцепления с валом, на котором они установлены, при раскручивании пружины 8, 9 и отсутствия сцепления при закручивании пружины, а зубчатые колеса 8, 9 выполнены с возможностью сцепления с валом, на котором они установлены, при вращении этого вала с дополнительной шестерней 6, 7 и отсутствия сцепления при отсутствии такого вращения.
При этом каждая шестерня 2, 3 снаружи снабжена центральным валом 17, 18 на наружном конце которого выполнен конструктивный элемент 19, например, в виде резьбы, шлицов, квадрата и т.п., для соединения его с механическим приводом непосредственно от механического воздействия потребителем, например, в виде заводной ручки 20.
Предлагаемый автономный накопитель электропитания с механическим накопителем энергии работает следующим образом.
Потребитель путем механического воздействия на заводную ручку 20 через конструктивный элемент 19 одновременно или поочередно вращает центральные валы 17, 18 и установленные на них шестерни 2, 3 с закрепленными ленточными спиральными пружинами 4, 5. При этом закручиваются пружины 4, 5 с приведением их в напряженное состояние с накоплением энергии вращательного движения. Дополнительные шестерни 6, 7 при этом вращаются вхолостую, то есть без сцепления с валом, на котором они установлены, а стопорное устройство 13 находится в промежуточном положении с отсутствием стопорения.
При необходимости подачи электропитания потребителю возможно поочередное раскручивание пружин 4 и 5 с поочередной отдачей накопленных ими энергии для электропитания потребителя. Так, например, стопорное устройство 13 переходит в одно из своих крайних положений и воздействует стержнем на впадины 14 одного из дисков, например, на диск 16, как показано на фиг. 1 и фиг. 2, таким образом, препятствуя вращению вала с установленными на нем зубчатым колесом 9 и дополнительной шестерней 7. Так как при этом отсутствуют препятствия для вращения дополнительной шестерни 6, происходит раскручивание ленточной спиральной пружины 4, которая приводит во вращение шестерню 2, на котором пружина установлена, в направлении противоположном по отношению к его вращению при закручивании ленточных спиральных пружин 4, 5. Дополнительная шестерня 6 находится в сцеплении с валом, на котором она установлена, и вращает зубчатое колесо 8 (находится в сцеплении с валом), от которого, например, через зубчатое колесо 10 приводится во вращение вал генератора 12 электропитания потребителя и, соответственно, электропитание потребителя. Дополнительная шестерня 7 и диск 16 вместе с валом, на котором они установлены, не вращаются, а зубчатое колесо 9 вращается вхолостую (без сцепления с валом) на этом валу.
Таким образом, происходит отдача накопленной энергии от ленточной спиральной пружины 4 для электропитания потребителя.
Отдача накопленной энергии от другой ленточной спиральной пружины 5 для электропитания потребителя происходит аналогичным образом, как в описанном выше случае для пружины 4, только при этом стопорное устройство 13 переходит в другое крайнее положение и воздействует стержнем на впадины 14 другого диска 15. Соответственно отсутствуют препятствия для вращения дополнительной шестерни 7, происходит раскручивание ленточной спиральной пружины 5, которая приводит во вращение шестерню 3, на которой пружина установлена. Дополнительная шестерня 7 находится в сцеплении с валом, на котором она установлена, и вращает зубчатое колесо 9 (находится в сцеплении с валом), от которого, например, через зубчатое колесо 11 приводится во вращение вал генератора 12 электропитания потребителя. Дополнительная шестерня 6 и диск 15 вместе с валом, на котором они установлены, не вращаются, а зубчатое колесо 10 вращается вхолостую (без сцепления с валом) на этом валу.
Таким образом, происходит отдача накопленной энергии от ленточной спиральной пружины 5 для электропитания потребителя.
Предлагаемый автономный накопитель электропитания с использованием пружинного накопителя энергии обладает большой энергоемкостью, небольшой материалоемкостью, обеспечивает продолжительное время хранения энергии, прост в эксплуатации, так как имеет возможность функционирования при использовании исключительно собственных физических усилий потребителя без привлечения каких-либо дополнительных средств.