ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОТЕПЛОВОЙ ПРИВОД
INTELLIGENT ELECTROTHERMAL DRIVE

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для промышленных, сельскохозяйственных и бытовых нужд.
Известен электронагреватель, содержащий каркас и охлаждаемый вентилятором нагревательный элемент, причем каркас образован магнитопроводом с расположенной на нем первичной обмоткой, подключаемой к сети переменного тока через встроенный регулятор частоты питающего первичную обмотку электронагревателя напряжения, а нагревательный элемент выполнен в виде вращающейся самоохлаждающейся вторичной обмотки, состоящей из короткозамкнутых стержней, установленных на подвижной опоре (патент на полезную модель №7266 РФ, опубл. 16.07.1998).
Наиболее близким по технической сущности является управляемый теплогенерирующий электромеханический преобразователь, содержащий магнитопровод, сетевую обмотку, нагревательный элемент, выполненный в виде вращающейся вторичной обмотки, отличающийся тем, что между первичной обмоткой, подключаемой к источнику питания через устройство управления электромеханического преобразователя, и вторичной обмоткой расположен неподвижный теплогенерирующий элемент из электропроводящего материала (патент на полезную модель №50741, опубл. 20.01.2006).
Недостатком этих устройств является низкая надежность теплогенерирующего электромеханического преобразователя, обусловленная наличием трения скольжения в торцевых частях между неподвижным и вращающимся элементами, и отсутствие информационной избирательности.
Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности теплогенерирующего электромеханического преобразователя, представляющего собой одновременно источник тепловой энергии и электрический привод, т.е. электротепловой привод (ЭТП), и обеспечение избирательности режимов его работы с учетом влияния окружающей среды и, например, в условиях изменяющейся температуры и/или недостаточной освещенности.
Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в изменении триботехнических характеристик механически сопряженных элементов ЭТП и обеспечении информационной избирательности.
Это является следствием введения в конструкцию ЭТП упорных радиальных элементов и использования интеллектуальной системы управления приводом. В результате использования упорных радиальных элементов качения происходит снижение коэффициента трения в торцевых частях между неподвижным и вращающимся элементами, что приводит к повышению надежности ЭТП в целом, а интеллектуальное управляющее устройство обеспечивает анализ входных данных, обработку и передачу управляющего сигнала исполнительным элементам ЭТП.
Сущность предлагаемого изобретения поясняют фиг. 1 и 2.
На фиг. 1: 1 - магнитопровод с размещенной на нем сетевой обмоткой; 2 - неподвижный нагревательный элемент; 3 - вращающийся элемент; 4 - охлаждающие элементы; 5 - упорные радиальные элементы качения.
Неподвижная часть включает магнитопровод с размещенной на нем сетевой обмоткой 1 и неподвижный нагревательный элемент 2 (устройство обогрева). Вращающийся элемент 3 выполнен в виде короткозамкнутой вторичной обмотки, имеющей форму полого ротора с охлаждающими элементами 4. Сопряжение вращающегося элемента 3, являющегося механическим исполнительным элементом, и неподвижного нагревательного элемента, являющегося устройством обогрева 2, выполнено с использованием упорных радиальных элементов качения 5, установленных в торцевых частях между неподвижным и вращающимся элементами 2 и 3.
На фиг. 2 приведена структурная схема управления ЭТП, на которой показаны: 6 - объект наблюдения, на котором используется ЭТП; 7 - нагрузка, например шлагбаум; 8 - камера наблюдения; 9 - интеллектуальное управляющее устройство; 10 - блок распознавания образов; 11 - датчик, например температуры; 12 - устройство подсветки.
Интеллектуальный электротепловой привод в основном предназначен для систем безопасности наблюдаемого объекта и работает следующим образом.
Состояние объекта наблюдения 6, доступ к которому обеспечивается нагрузкой 7, например шлагбаумом, контролируется с помощью камеры видеонаблюдения 8. Кадр сцены с камеры наблюдения 8 передается на блок распознавания образов 10. Блок распознавания образов анализирует сцену, например, на наличие движения, вычисляет уровень освещенности, выполняет нормализацию кадра, его локализацию и распознавание.
Результат распознавания передается на вход интеллектуального управляющего устройства 9. Также на вход 9 поступают данные об уровне освещенности (источник - блок распознавания образов 10); уровне движения (источник - блок распознавания образов 10); времени суток (источник - интернет); температуре (источник - интернет/датчик 11); погоде (источник - интернет).
В интеллектуальном управляющем устройстве 9 происходит анализ и сравнение поступающих данных с их пороговыми значениями, и в случае корректного распознавания информации об объекте наблюдения с учетом внешних условий формируются управляющие сигналы для вращающегося элемента 3, являющегося механическим исполнительным элементом, нагрузки 6, например шлагбаума, и неподвижного нагревательного элемента 2, являющегося устройством обогрева, обеспечивающего регулирование температуры.
При отклонении поступающих данных от пороговых значений на сетевую обмотку 1 подается напряжение от сети переменного тока. Проходящий при этом по обмотке 1 ток создает намагничивающую силу и переменное магнитное поле, наводящее на основании закона электромагнитной индукции в элементах 2, 3 электродвижущую силу и обусловленный ею вторичный ток, взаимодействующий с первичным магнитным полем. Это приводит к вращению элемента 3, являющегося механическим исполнительным элементом, и одновременному нагреву неподвижного нагревательного элемента 2, являющегося устройством обогрева.
Охлаждающие элементы 4, расположенные на вращающемся элементе 3, являющемся механическим исполнительным элементом, обеспечивают теплоотвод от внутренней по отношению к сетевой обмотке 1 поверхности неподвижного нагревательного элемента 2. При этом охлаждающие элементы 4 создают осевую силу, которая смещает вращающийся элемент 3 относительно продольной оси ЭТП. Это в свою очередь приводит к потерям трения скольжения в торцевых частях привода, пропорциональных четвертой степени коэффициента трения, что снижает надежность ЭТП. Для замены трения скольжения на трение качения (коэффициент трения скольжения на порядок выше, чем коэффициент трения качения) в торцевых частях ЭТП между магнитопроводом с сетевой обмоткой 1, неподвижным нагревательным элементом 2 и вращающимся элементом 3, являющимся механическим исполнительным элементом, установлены упорные радиальные элементы качения 5. Это приводит к снижению потерь на трение и износа элементов ЭТП и повышению его надежности.
Таким образом, использование упорных радиальных элементов качения, установленных между магнитопроводом с сетевой обмоткой 1, неподвижным нагревательным элементом 2 и вращающимся элементом 3, являющимся механическим исполнительным элементом, приводит к повышению надежности ЭТП, а анализ состояния объекта наблюдения 6, доступ к которому обеспечивается нагрузкой 7, например шлагбаумом, регулируемой с помощью интеллектуального управляющего устройства 9, на вход которого поступает информация об уровне освещенности и уровне движения с блока распознавания образов 10, связанного с камерой видеонаблюдения 8, о температуре с датчика 11, из сети интернет о времени суток и погоде, обеспечивает избирательность режимов работы ЭТП с учетом влияния окружающей среды и, например, в условиях изменяющейся температуры и/или недостаточной освещенности.