Автономный возобновляемый источник тока

Автономный возобновляемый источник тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к генерированию электрической энергии, конкретно - к устройству автономных возобновляемых источников тока, точнее - линейных электрических генераторов малой мощности с подвижным магнитом внутри соленоида, приводимым в движение путем внешнего воздействия на корпус источника тока.

Известен автономный возобновляемый источник тока, включающий корпус; токогенерирующую часть с соленоидом и подвижным магнитом, установленным с возможностью челночного перемещения по каналу внутри соленоида, между концевыми ограничительными элементами, при воздействии на корпус; электронные средства с накопителем электрического заряда; электрические проводные цепи; средства подключения/отключения нагрузки: см. патент США №5347186, фиг.5А.

Указанное устройство является аналогом и прототипом предлагаемого изобретения. Известный автономный возобновляемый источник тока включает продолговатый корпус, с одной стороны которого размещен соленоид (точнее соленоидный ряд из четырех индуктивных катушек), а с другой, противоположной, стороны корпуса размещены электронные средства вместе со средствами подключения/отключения нагрузки (потребителей электричества). Это устройство-прототип имеет большой осевой габарит и, соответственно, большую массу, а потому им неудобно пользоваться, его тяжело носить на теле (на одежде) и удерживать в руке. При подключении к такому источнику тока широко используемых потребителей электричества, как, например, портативные радиоприемники или плееры, соединительные провода создают пользователю дополнительные неудобства.

Указанные эксплуатационные недостатки известного источника тока усугубляются его низкой эффективностью: при манипулировании громоздким устройством трудно обеспечить высокую скорость прохождения магнита через соленоид и высокую частоту вырабатываемых электрических импульсов; для зарядки источника тока требуется большое время. Дополнительной причиной низкой эффективности устройства-прототипа является малая толщина его соленоида: внешний размер (в данном случае внешний диаметр) превышает внутренний всего в 1,4 раза. В конечном счете, известный автономный возобновляемый источник тока представляет собой громоздкое, тяжелое, неудобное в обращении и малоэффективное устройство, которое ввиду указанных недостатков не нашло применения.

Изобретение решает техническую задачу комплексного усовершенствования автономного возобновляемого источника тока, а именно улучшения эксплуатационных характеристик наряду с повышением эффективности, с тем чтобы обеспечить указанному устройству возможность широкого применения.

Поставленная техническая задача решается тем, что в автономном возобновляемом источнике тока, включающем корпус; токогенерирующую часть с соленоидом и подвижным магнитом, установленным с возможностью челночного перемещения по каналу внутри соленоида, между концевыми ограничительными элементами, при воздействии на корпус; электронные средства с накопителем электрического заряда; электрические проводные цепи; средства подключения/отключения нагрузки, согласно изобретению внешний размер соленоида превышает внутренний в 1,5-2,5 раза; по меньшей мере, часть электронных средств, включая накопитель электрического заряда, смонтированы вместе со средствами подключения/отключения нагрузки в отделяемом от корпуса блоке с наличием быстроразъемных средств крепления блока к корпусу и гибкой кабельной связи между ними, причем на периферии корпуса размещено бобинное устройство для намотки и размотки кабеля.

В частных случаях осуществления изобретения:

- элементы токогенерирующей части характеризуются сечением прямоугольной, предпочтительно квадратной, формы;

- относительные размеры элементов токогенерирующей части находятся в следующих пределах: длина магнита составляет (0,75÷1,25) от его толщины, осевой размер соленоида составляет (0,75÷1,25) длин магнита, а расстояние от соленоида до концевого ограничительного элемента составляет (0,75÷1,5) длин магнита;

- соленоид выполнен из медной проволоки диаметром от 0,15 до 0,5 мм, намотанной в количестве от 2000 до 5000 витков;

- концевым ограничительным элементом является упругий неметаллический диск;

- концевым ограничительным элементом является упругая диафрагма;

- концевым ограничительным элементом является пружина;

- концевым ограничительным элементом является магнит, обращенный к подвижному магниту одноименным полюсом;

- концевым ограничительным элементом является непосредственно торцевая поверхность канала;

- концевым ограничительным элементом является корпусная часть;

- накопителем электрического заряда является аккумулятор;

- накопителем электрического заряда является ионистор;

- в блок встроен потребитель электричества, например светодиодный фонарь;

- корпус снабжен средствами удержания на теле человека и/или животного;

- блок снабжен средствами удержания на теле человека и/или животного.

При осуществлении изобретения ожидается технический результат, совпадающий с существом решаемой задачи.

Существо изобретения иллюстрируют чертежи:

- фиг.1 представляет схематично предлагаемый автономный возобновляемый источник тока;

- фиг.2 представляет электронную схему предлагаемого автономного возобновляемого источника тока.

На фиг.1 показан автономный возобновляемый источник тока, соответствующий изобретению. Корпус этого устройства, выполненный в виде тела вращения, содержит концевую втулку 1 и среднюю втулку 2, соединенные посредством накидной гайки 3. В корпусе по оси установлена цилиндрическая трубка 4 с охватывающим ее в средней части круглым соленоидом 5. Внутрь трубки помещен с зазором магнит 6, так что он имеет возможность челночного перемещения по трубчатому каналу между размещенными на его концах упругими неметаллическими прокладками (дисками) 7 и 8. Снаружи втулки 2 смонтирована охватывающая ее катушка 9 с возможностью вращения от руки вокруг продольной оси корпуса. Вместе эти две детали образуют бобинное устройство для кабеля 10, относящегося к электрическим проводным цепям источника тока. Бобинное устройство хорошо вписывается в габарит корпуса, поскольку, согласно изобретению, внешний размер (диаметр) соленоида превышает внутренний в 1,5÷2,5 раза. Сборка вышеупомянутых элементов в единое целое осуществлена посредством резьбовой втулки 11 (которая в конкретной конструкции является частью корпуса).

Один конец упомянутого кабеля 10 присоединен к смонтированным на периферии корпуса электронным средствам 12А, а другой конец кабеля пропущен наружу корпуса через продольный паз 9А в катушке 9. Таким образом, обеспечена возможность намотки кабеля на деталь 2 и размотки его. На другом конце кабеля находится блок 13, в котором смонтированы электронные средства 12В, включая накопитель электрического заряда, а также средства для подключения/отключения нагрузки (то есть для питания устройства-потребителя). Кроме того, в указанный блок встроены светодиод 14 с фокусирующей линзой 15, представляющие совместно портативный фонарь; он снабжен выключателем 16.

Предусмотрены быстроразъемные средства крепления блока к корпусу.

Они включают закрепленную на блоке упругую отгибаемую пластину 17, которая вставляется в соответствующую прорезь 11А во втулке корпуса. На фиг.1 эта прорезь шириной W имеет прямоугольное сечение и направлена перпендикулярно плоскости чертежа. Пластина 17, ширина которой меньше величины W, показана на фиг.1 в боковом положении, так что для сборки с корпусом блок необходимо повернуть вокруг оси на 90°, после чего пластину отгибают за свободный конец и вставляют в упомянутую прорезь. В собранном состоянии поверхность 11В корпуса надежно прижата пластиной 17 к поверхности 13А блока. При этом конец пластины выступает из прорези наружу, так что пластину снова можно отогнуть и легко отделить блок от корпуса. Пластину можно использовать также для удержания блока на теле человека, животного или на другом объекте. Корпус можно закрепить на объекте посредством продетой через прорезь 11А ленты (шнура).

На фиг.2 представлена электронная схема автономного возобновляемого источника тока, изображенного на фиг.1. Соленоид 5 подсоединен к входам четырехдиодного мостикового выпрямителя 18, а его выходы подсоединены электрическими цепями 19 и 20 к накопителю электрического заряда 21; в конкретной схеме это аккумулятор. К нему подведена пара разъемных контактов 22 для возможности подключения внешней нагрузки: зарядного устройства, портативного радиоприемника, сигнального маячка и другого потребителя электрической энергии. Схема содержит также электрические цепи с вышеупомянутыми светодиодом 14 и выключателем 16. В соответствии с фиг.1 электронная схема разделена структурно на две части, соединенные кабелем 10, который функционально является частью цепей 19, 20.

Предлагаемый автономный возобновляемый источник тока работает так же, как известное аналогичное устройство. Необходимое для получения электрических импульсов челночное движение магнита 6 относительно соленоида 5 осуществляют силовым воздействием на корпус устройства: ручной тряской, колебаниями при ходьбе (беге) или вибрацией при движении транспортного средства. При этом концевые прокладки 7 и 8 демпфируют ударные нагрузки на конструкцию и способствуют возвратному движению магнита в направлении соленоида. Вырабатываемые в нем импульсы переменного тока выпрямляются мостиком 18 и затем расходуются непосредственно на питание нагрузки и/или накапливаются в аккумуляторе 21 для последующего расходования.

Представленные выше конкретные технические решения не исчерпывают сущности изобретения. В частности, в предлагаемом автономном возобновляемом источнике тока корпус необязательно имеет форму тела вращения, и в нем вместо круглых элементов токогенерирующей части могут монтироваться соленоид, трубка и магнит прямоугольного, предпочтительно квадратного, сечения. На месте показанных на фиг.1 концевых прокладок 7 и 8 (которые могут выполняться, например, в виде резиновых шайб), могут устанавлиться упругие диафрагмы, пружины (например, пластинчатые) или неподвижные магниты, обращенные к подвижному магниту 6 одноименным полюсом. Наличие перечисленных ограничительных элементов не является обязательным: челночное перемещение магнита 6 может совершаться непосредственно между корпусными частями источника тока или между торцевыми поверхностями, которые можно предусмотреть в трубке 4.

Очевидно, что показанные на фиг.1 крепящие и удерживающие средства для корпуса и блока не исчерпывают их возможных конструктивных исполнений (в частности, могут использоваться известные прищепки, «липучки» и т.д.). Для ряда конкретных применений источника тока средства удержания блока и/или корпуса могут не предусматриваться.

В электронной схеме источника тока в качестве накопителя электрического заряда может использоваться ионистор. Могут предусматриваться несколько пар разъемных контактов 22 - для подключения различных потребителей электричества. Эти контакты не являются обязательными при наличии в блоке 13 встроенных потребителей, причем их перечень не исчерпывается светодиодным фонарем (например, может встраиваться сигнальный маячок). Наличие встроенных потребителей также не обязательно.

Изобретение осуществимо на базе обычной технологии. Подвижный 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 (что определяется, в частности, возможностями изготовления магнита).

Как установлено многими испытаниями опытных образцов источника тока, для большинства применений целесообразно изготавливать соленоид из медной проволоки диаметра от 0,15 мм до 0,5 мм, наматывая ее в количестве от 2000 до 5000 витков (минимальному диаметру соответствует большее из этих чисел, а максимальному диаметру - меньшее). Оптимальное сочетание характеристик источника тока достигается в большинстве случаев, когда относительные размеры элементов токогенерирующей части находятся в следующих пределах: длина магнита составляет (0,75÷1,25) от его толщины, осевой размер соленоида составляет (0,75÷1,25) длин магнита, а расстояние от соленоида до концевого ограничительного элемента составляет (0,75÷1,5) длин магнита.

Выполненные согласно изобретению опытные образцы автономного возобновляемого источника тока оказались в 2-3 раза короче и существенно легче аналогичного устройства, образцы легко умещаются в руке; ими легко манипулировать (трясти) для выработки импульсов тока. За 30 секунд такой операции вырабатывается запас электроэнергии, достаточный для питания встроенного светодиодного фонаря при одновременной работе портативного радиоприемника в течение получаса.

Областью применения изобретения является, в первую очередь, питание маломощных потребителей тока - таких как сигнальные маячки, портативные радиоприемники и радиопередатчики, плееры, сотовые телефоны, портативные электрические фонари и тому подобные устройства, особенно в аварийных условиях. Такие устройства, носимые на теле (одежде), целесообразно включать в комплект вместе с предложенным автономным возобновляемым источником тока. Например, он удобно сочетается с портативными радиоприемниками, закрепляемыми в человеческом ухе (патент США №5313663) или на ленте вокруг головы (патент США №5438698). В этом случае корпус источника тока можно прикрепить, например, к поясу, а блок к воротнику рубашки, и к блоку удобно подключить радиоприемник, который легко носить на голове ввиду малых массы и габаритов (по причине отсутствия электрических батарей). При подзарядке радиоприемника его можно не выключать. В этом отношении особенно удобен показанный на фиг.1 источник тока с встроенным фонарем, которым можно пользоваться в любом положении и одновременно подзаряжать.

Вышеизложенное подтверждает ожидаемый от изобретения технический результат, состоящий в комплексном усовершенствовании автономного возобновляемого источника тока, а именно в улучшении его эксплуатационных характеристик, повышении эффективности и расширении области применения.

1. Автономный возобновляемый источник тока, включающий корпус, токогенерирующую часть с соленоидом и подвижным магнитом, установленным с возможностью челночного перемещения по каналу внутри соленоида, между концевыми ограничительными элементами, при воздействии на корпус, электронные средства с накопителем электрического заряда, электрические проводные цепи, средства подключения/отключения нагрузки, отличающийся тем, что внешний размер соленоида превышает внутренний в 1,5÷2,5 раза, по меньшей мере, часть электронных средств, включая накопитель электрического заряда, смонтированы вместе со средствами подключения/отключения нагрузки в отделяемом от корпуса блоке с наличием быстроразъемных средств крепления блока к корпусу и гибкой кабельной связи между ними, причем на периферии корпуса размещено бобинное устройство для намотки и размотки кабеля.

2. Автономный возобновляемый источник тока по п.1, отличающийся тем, что элементы токогенерирующей части характеризуются сечением прямоугольной, предпочтительно квадратной, формы.

3. Автономный возобновляемый источник тока по п.1, отличающийся тем, что относительные размеры элементов токогенерирующей части находятся в следующих пределах: длина магнита составляет (0,75÷1,25) от его толщины, осевой размер соленоида составляет (0,75÷1,25) длин магнита, а расстояние от соленоида до концевого ограничительного элемента составляет (0,75÷1,5) длин магнита.

4. Автономный возобновляемый источник тока по п.1, отличающийся тем, что соленоид выполнен из медной проволоки диаметром от 0,15 до 0,5 мм, намотанной в количестве от 2000 до 5000 витков.

5. Автономный возобновляемый источник тока по п.1, отличающийся тем, что концевым ограничительным элементом является упругий неметаллический диск.

6. Автономный возобновляемый источник тока по п.1, отличающийся тем, что концевым ограничительным элементом является упругая диафрагма.

7. Автономный возобновляемый источник тока по п.1, отличающийся тем, что концевым ограничительным элементом является пружина.

8. Автономный возобновляемый источник тока по п.1, отличающийся тем, что концевым ограничительным элементом является магнит, обращенный к подвижному магниту одноименным полюсом.

9. Автономный возобновляемый источник тока по п.1, отличающийся тем, что концевым ограничительным элементом является торцевая поверхность канала.

10. Автономный возобновляемый источник тока по п.1, отличающийся тем, что концевым ограничительным элементом является корпусная часть.

11. Автономный возобновляемый источник тока по п.1, отличающийся тем, что накопителем электрического заряда является аккумулятор.

12. Автономный возобновляемый источник тока по п.1, отличающийся тем, что накопителем электрического заряда является ионистор.

13. Автономный возобновляемый источник тока по одному из пп.1-12, отличающийся тем, что в блок встроен потребитель электричества, например светодиодный фонарь.

14. Автономный возобновляемый источник тока по одному из пп.1-12, отличающийся тем, что корпус снабжен средствами удержания на теле человека и/или животного.

15. Автономный возобновляемый источник тока по одному из пп.1-12, отличающийся тем, что блок снабжен средствами удержания на теле человека и/или животного.