13.5. Линейный электрический генератор
Для генерирования электрической энергии могут применяться линейные электрические генераторы.
Рассмотрим одну из конструкций линейного электрогенератора (регистрационный номер заявки 2304341).
Сущность изобретения иллюстрирует рис. 13.14, на котором схематично показан предлагаемый линейный электрогенератор в разрезе. В корпусе 1 смонтирована электромагнитная система с кольцевой (круглой) индуктивной катушкой (соленоидом) 2 с цилиндрическим подвижным магнитом 3 внутри нее. Этот магнит помещен с радиальным зазором в соосную катушке немагнитную, токонепроводящую (например, пластиковую) трубку 4 с выступающими за пределы катушки концами. На торцах трубки установлены ограничительные элементы 5, определяющие крайние положения магнита при его челночном перемещении (показаны штрихами). Эти элементы, выполненные в конкретном случае в виде упругих неметаллических дисков (например, резиновых шайб), демпфируют ударные нагрузки на конструкцию электрогенератора и способствуют возвратному движению магнита в направлении катушки. В электронном блоке 6 с контактами для подсоединения потребителя может предусматриваться накопитель.
Относительные размеры составных элементов в представленном электрическом генераторе находятся в следующих пределах: DC/dC = 1,5-2,5; LM/DM = 0,75-1,25; LC/LM = 0,75-1,25; LF/LM = 0,75-1,5. При этом численные значения параметра LF для правого и левого торцов трубки могут различаться.
Рис. 13.14. Поперечный разрез линейного электрогенератора
Для получения электрических импульсов необходимо челночное движение магнита относительно катушки, которое можно осуществить, например, силовым воздействием на корпус электрогенератора: ручной встряской, колебаниями при ходьбе (беге) или при движении транспортного средства (велосипеда, автомобиля) и т.д. Можно также непосредственно воздействовать на магнит от специального приводного устройства.
Образцы электрогенератора, изготовленные в соответствии с заявленными геометрическими характеристиками, продемонстрировали легкость в обращении, наряду с эффективной и надежной работой, осуществимость быстрого челночного движения генерирующего магнита без перекосов и заклинивания.
Примером является изготовленный образец электрогенератора с катушкой из 2350 витков медной проволоки диаметром 0,2 мм с абсолютными размерами составных элементов (в мм): DC = 36, dC = 17, LC = 15, LM = 1 2, DM = 14, LF = 15 (соотношение размеров: DC/dC = 2,12; LM/DM = 0,86; L C/LM = 1,25; LF /LM = 1,25). При длине 60 мм этот образец легко умещается в руке; им легко манипулировать (трясти) для выработки импульсов тока. За 30 секунд такой операции вырабатывается электроэнергия, достаточная для питания светодиодного комнатного светильника, в течение нескольких минут.
Генерирующий магнит изготовляется из обладающего большой магнитной силой сплава (например, самарий-кобальт, неодим-железо-бор). Тело магнита может быть сплошным или состоять из нескольких частей с различными характеристиками (это определяется, в частности, возможностями изготовления магнита). Для большинства применений целесообразно изготавливать соленоид из медной проволоки диаметром от 0,15 мм до 0,5 мм, наматывая его в количестве от 2000 до 5000 витков (минимальному диаметру соответствует наибольшее из этих чисел, а максимальному диаметру – наименьшее).
Представленная выше конструкция линейного электрогенератора может быть усовершенствована. В частности, ограничительный элемент для генерирующего магнита может размещаться как непосредственно в трубке 4, так и вне ее. Он может выполняться в виде упругой диафрагмы, пружины (например, пластинчатой) или магнита, обращенного к генерирующему одноименным полюсом. Ограничительным элементом может быть непосредственно торцевая поверхность канала или корпусная часть электрогенератора. В одном образце электрогенератора на противоположных концах канала могут предусматриваться разные ограничительные элементы, причем на различном расстоянии LF от катушки. (Очевидно, что для электрогенератора с несколькими установленными в ряд катушками расстояние LF отмеряется от ограничительного элемента до ближайшей, соседней, катушки.)
Областью применения изобретения является, в первую очередь, питание маломощных потребителей тока, таких как сигнальные маячки, портативные радиоприемники и радиопередатчики, сотовые телефоны, портативные электрические фонари и тому подобные устройства, особенно в аварийных условиях, когда отсутствует возможность подзарядки штатных систем питания перечисленных устройств от других источников тока. Предложенный линейный электрогенератор может быть частью автономного блока питания или может встраиваться в упомянутые устройства, как ручные, так и носимые на теле.
Предложенный линейный электрогенератор удобно монтируется на разнообразных механических устройствах, в частности на колесных транспортных средствах. Например, электрогенератор можно установить на раме или передней вилке велосипеда, расположив ось катушки параллельно оси колеса. При этом на колесных спицах крепятся по окружности один или несколько приводных магнитов, обращенных к генерирующему одноименными полюсами, чтобы при вращении колеса приводной магнит периодически располагался напротив генерирующего, толкая его в дальний конец катушечного канала. Здесь необходимо предусмотреть магнит или пружинный элемент для возврата генерирующего магнита к колесу. Таким образом, при вращении колеса генерирующий магнит будет совершать челночное движение, вырабатывая ток. Опытный образец подобного устройства показал, что уже при движении велосипеда со скоростью пешехода электрогенератор вырабатывает ток с параметрами, достаточными для питания велосипедного фонаря, для слушания портативного радиоприемника и т.п.
Аналогичный велосипедному электрогенератор хорошо вписывается и в компоновку ветроэлектроагрегата. Вырабатываемого при этом тока достаточно, по меньшей мере, для освещения в ночное время приусадебного участка, периметра охранной зоны (например, аэродрома) и т.п. Предложенный линейный электрогенератор может успешно применяться для выработки электрической энергии при движении разного рода транспортировочных устройств. Например, снаружи лифтовой кабины могут монтироваться ряд генерирующих блоков, а на стенках лифтовой шахты – соответствующий ряд приводных магнитов. Вырабатываемый ток может использоваться в целях освещения кабины.