Способ накопления энергии и электрического питания и устройство для их реализации

Способ накопления энергии и электрического питания и устройство для их реализации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к средствам накопления мускульной энергии человека, хранения механической энергии, генерации электрической энергии, питания электрических систем и может быть использовано в качестве возобновляемых и/или мобильных многофункциональных источников электроэнергии для питания электрических устройств. Многофункциональность изобретения позволяет применять его в разных ситуациях: в условиях смены городских условий (с наличием электросети) на походные удаленные условия, в условиях полного отсутствия внешних источников электропитания, в условиях с неустойчивым и/или негарантированным питанием (при периодическом отключении электропитания), в чрезвычайных ситуациях и т.п.

Данное техническое решение может применяться альпинистами, геологами, туристами, путешественниками, охотниками, грибниками, рыбаками, сотрудниками МЧС и т.п. Кроме того, при специальном герметичном исполнении предлагаемого изобретения возможно использование его людьми подводных видов деятельности: подводники, водолазы, аквалангисты, дайверы и др.

В качестве одного из мобильных способов питания электронной системы выбран первый способ-аналог (Патент РФ №2150170, МКИ H02N 2/18, G21H 1/00, H02M 11/00. Способ питания электронной системы и устройство для осуществления. Нунупаров М.С. Опубл. 27.05.2000 в БИ №5, 2000), заключающийся в преобразовании неэлектрической энергии в электрическую и накоплении электрических зарядов для питания электронной системы, при преобразовании неэлектрической энергии в электрическую осуществляют генерацию электрических зарядов с высоким электрическим потенциалом, а перед накоплением электрических зарядов осуществляют понижение их потенциала и увеличение их количества. В этом способе для преобразования неэлектрической энергии в электрическую используют пьезоэффект, трибоэффект или эффект радиоактивного распада с излучением заряженных частиц.

Устройство, реализующее этот способ, содержит генератор электрических зарядов, использующий преобразование неэлектрической энергии в электрическую, и накопитель электрических зарядов, выход которого является выходом устройства, в него введен преобразователь энергии зарядов, вход которого подключен к выходу генератора электрических зарядов, а выход - к входу накопителя электрических зарядов, при этом упомянутый преобразователь выполнен с возможностью увеличения количества электрических зарядов, поступающих на его вход, и понижения потенциала электрических зарядов на его выходе. Генератор электрических зарядов в этом устройстве выполнен на основе пьезоэлемента, трибоэлемента или радиоактивного источника заряженных частиц.

Данные способ и устройство имеют ограничения функциональных возможностей из-за малого срока хранения электрических зарядов в накопителях, определяемые утечками и потерями, характерными для большинства электрических элементов, используемых в таком качестве. Данное техническое решение не обладает достаточной многофункциональностью, т.к., например, у него отсутствует возможность управления током потребления, отсутствует возможность одновременного использования внешнего электрического источника питания и собственного генератора. Также эксплуатационные параметры подобных устройств сильно зависят от условий окружающей среды (температуры, давления, влажности). Все это ограничивает область применения и число пользователей подобных способа и устройства.

Известен мобильный способ питания, реализованный на основе представителя семейства электродинамических источников питания. В одном из них за счет использования возобновляемой мускульной силы человека путем периодического ручного надавливания на рычажную рукоятку приводится во вращение маховик, закрепленный на роторе генератора, вырабатывающего электрическую энергию. Наиболее известными примерами, реализующими этот способ электрического питания, являются рычажные фонари типа «Жук» и «Жучок» (Патент РФ №2064628, МПК F21L 13/00. Электродинамический фонарь. Радченко В.И., Газизулин Г., Коротков В.М. Опубл. 27.07.1996 или Патент РФ на полезную модель №27851, МПК F21L 13/00. Электродинамический фонарь. Кравцов П.Ю. Опубл. 20.02.2003).

На основе подобных устройств реализуются широко известные походные источники энергии для зарядки мобильных электронных устройств (http://www.mobi.ru/Articles/4996/Kak_sdelat_pohodnoe_zaryadnoe_ustroistvo_iz_inercionnogo_fonarika.htm, http://namba.kg/#!/video/302924).

Лишь небольшим усовершенствованием можно считать способ, выбранный в качестве второго аналога, в котором дополнительно используются операции (действия) по выпрямлению и стабилизации сформированного электрического сигнала. Этот способ реализован в фотовспышке с электродинамическим источником питания (Патент РФ на полезную модель №1192 МПК H05B 41/30. Фотовспышка с электродинамическим источником питания. Волков Е.Е. Опубл. 16.11.1995 в БИ №11), состоящей из корпуса, внутри которого размещены электронная схема зарядки, полупроводниковый выпрямитель, стабилизатор-ограничитель напряжения, переключатель для возможности работы от электрохимических элементов, индикатор-сигнализатор зарядки, контейнер для электрохимических элементов, и имеющей на корпусе стыковочные детали для крепления к фотоаппарату, введен электродинамический ручной генератор переменного тока, также размещенный внутри корпуса, к выходной обмотке которого подключен упомянутый выпрямитель.

Данные способ и устройства основаны на возобновляемой мускульной энергии человека, из-за небольших массы и габаритов обладают высокой мобильностью и транспортабельностью.

Недостатками данных способа и устройства является ограничение функциональных возможностей из-за невозможности регулирования передаточного соотношения между ручным приводом в виде рычажной рукоятки и генератором и соответственно регулирования уровня формируемого сигнала, а также отсутствие возможности накопления механической энергии и последующего ее использования для выработки электроэнергии. Отсутствует возможность использования внешнего электропитания и комбинированного режима работы за счет использования этого внешнего электропитания совместно с вырабатываемым электросигналом.

Известны способы электрического питания, основанные на рекуперации запасенной ранее механической энергии в механическом накопителе. Среди наиболее известных вариантов таких способов используется накопитель механической энергии на основе маховиков, т.н. инерциальные аккумуляторы энергии, разрабатываемые под руководством проф. Гулиа Н.В. (Гулиа Н.В. Инерционные аккумуляторы энергии. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1973. - С.112-118. - 240 с., Новая концепция автомобиля и электробуса. «Автомобильная промышленность», №2, 2000, Супермаховики - из суперкарбона! «Изобретатель и рационализатор», 12(672), 2005, публикация в электронной библиотеке «Наука и техника» Международной общественной организации «Наука и техника», интернет-ресурсы: http://n-t.ru/tp/ts/ci.htm, http://n-t.ru/tp/ts/nke.htm.

а также http://mintrans.eit.ru/upload/iblock/594/ngt%20uwe%20var.pdf).

В основе функционирования такого способа лежит запасание кинетической энергии в инерциальном аккумуляторе с последующим его преобразованием в электрическую.

Подобный способ могут реализовать разные устройства. Одно из устройств может состоять из обратимой электромашины, работающей как в режиме генератора, так и двигателя, механически связанной с накопителем механической энергии, использующего маховик, и преобразователя (как правило) выпрямителя созданного электрического сигнала.

Однако данные способ и устройство не обладают достаточной многофункциональностью, т.к., например, у него отсутствует возможность управления током потребления, отсутствует возможность управления режимом работы накопителя механической энергии в зависимости от выходных параметров созданного электрического сигнала (ток I, напряжение U), отсутствует возможность одновременного использования внешнего электрического источника питания и обратимой электромашины, работающей в режиме генератора. Также у этого технического решения малый срок хранения накопленной механической энергии.

Достигнутый уровень по теме изобретения наиболее наглядно и полно представлен в способе накопления кинетической энергии большой мощности и энергоемкости, выбранном в качестве прототипа предлагаемого изобретения, (публикация в электронной библиотеке «Наука и техника» Международной общественной организации «Наука и техника», дата публикации 04.12.2012, интернет-ресурс: http://n-t.ru/tp/ts/ci.htm).

Принцип действия заключается в том, что маховик раскручивается обратимой электромашиной, работающей в режиме генератора, от входного электрического сигнала. Потом обратимая электромашина переключается в режим генератора и начинает вырабатывать электрический сигнал от вращающегося по инерции маховика. Созданный сигнал выпрямляется и используется для электропитания нагрузки.

Подобный способ могут реализовать разные устройства. Одно из устройств может состоять из обратимой электромашины, работающей как в режиме генератора, так и двигателя, механически связанной с накопителем механической энергии, использующего маховик, и преобразователя (как правило) выпрямителя созданного электрического сигнала.

Данные способ- и устройство-прототип по результатам экспериментальных данных подтвердили высокую эффективность при накоплении кинетической энергии большой мощности и энергоемкости.

Однако недостатками данных способа- и устройства-прототипа является ограничение функциональных возможностей по следующим причинам:

- невозможность функционирования в удаленных от электрической сети местах, например, от механического привода на основе возобновляемой мускульной силы человека;

- невозможность управлять режимом работы накопителя механической энергии в зависимости от выходных параметров созданного электрического сигнала (ток I, напряжение U);

- малый срок хранения накопленной механической энергии.

Технической задачей, решаемой предлагаемыми способом и устройствами, является расширение функциональных возможностей.

Указанная задача обеспечивается тем, что в способе накопления энергии и электрического питания, заключающемся в том, что используют сигнал внешней электросети и обратимую электромашину для преобразования электрической энергии в механическую энергию движения и обратно, применяют накопитель, механически связанный с обратимой электромашиной, для накопления механической энергии, создают режим накопления механической энергии за счет подачи сигнала внешней электросети на обратимую электромашину, передают вращение от обратимой электромашины к накопителю, создают режим питания путем преобразования накопленной механической энергии за счет передачи вращения от накопителя к обратимой электромашине, преобразуя последней механическую энергию в электрическую и формируя электрический сигнал, выпрямляют этот электрический сигнал и формируют на основе него сигнал питания, вводят механический привод, использующий мускульную энергию человека, управляют режимом расходования накопленной механической энергии за счет введения управляемого блокиратора накопителя, фиксируют и индицируют максимальное и минимальное значение накопленной механической энергии, вводят коробку передач с двумя ручками, с помощью которой управляют направлением и передаточным соотношением при передаче вращения между механическим приводом, механическим накопителем и обратимой электромашиной, из сигнала внешней электросети формируют второй электрический сигнал, коммутируют первый и второй электрические сигналы для сложения и последующего выпрямления, управляют последовательностью этих коммутаций, стабилизируют выпрямленный сигнал, формируют первый следящий режим питания, в котором коробкой передачи организуют механическую связь для передачи вращения от накопителя обратимой электромашине, анализируют параметры сигнала питания и на основе них формируют третий электрический сигнал для управления блокиратором накопителя.

Согласно изобретению указанный результат достигается тем, что формируют второй следящий режим, в котором коробкой передачи организуют новую механическую связь для передачи вращения от механического привода обратимой электромашине.

Согласно изобретению это достигается также тем, что формируют третий следящий режим, в котором за счет коммутации дополнительно используют сигнал внешней электросети для формирования сигнала питания.

Кроме того, указанная техническая задача достигается тем, что формируют четвертый следящий режим, в котором коробкой передачи организуют другую дополнительную механическую связь для передачи вращения от механического привода обратимой электромашине и за счет коммутации используют сигнал внешней электросети для формирования сигнала питания.

Помимо этого указанный результат согласно изобретению обеспечивается тем, что в качестве анализируемых параметров сигнала питания используют его ток и напряжение, при этом механический привод выполнен на основе педального привода, причем накопитель реализуют за счет использования спиральной пружины, а управление передачей накопленной механической энергии к обратимой электромашине осуществляют за счет использования блокиратора, управляющего процессом раскручивания спиральной пружины, при этом фиксацию максимального и минимального значений накопленной механической энергии производят за счет использования датчика, а индикацию производят за счет применения индикатора, при этом коммутацию сигналов с выхода обратимой электромашины и внешней электросети осуществляют за счет использования двух коммутаторов.

Также согласно изобретению это достигается тем, что в устройстве аккумулирования энергии и электрического питания, содержащем корпус и размещенный внутри него накопитель с валом, обратимую электромашину с валом, преобразователь с входом и выходом, выпрямитель с входом и выходом, у выпрямителя создают второй вход, при этом вводят панель управления с тремя выходами, индикатор с двумя входами, педальный привод, коробку передач и две ручки для управления ей, устройство сравнения с одним входом и тремя выходами, два коммутатора, причем первый из которых с четырьмя входами и одним выходом, а второй - с тремя входами и одним выходом, и систему управления с четырьмя выходами и четырьмя входами, при этом блокиратор с двумя входами и датчик на основе двух выключателей с двумя выходами, причем у накопителя вводят два входа и два выхода, при этом первый выход системы управления связан с первым входом индикатора, а второй вход последнего с первым выходом датчика, при этом второй выход системы управления подсоединен ко второму входу накопителя, причем третий выход системы управления подключен к первому входу первого коммутатора, а второй вход которого вместе с первым входом накопителя подключены к первому выходу панели управления, при этом второй выход которой соединен со вторым входом второго коммутатора, а третий выход - с первым входом системы управления, второй вход которой соединен со вторым выходом накопителя, при этом первый выход которого соединен со вторым входом индикатора, причем третий вход первого коммутатора соединен с выходом обратимой электромашины, а четвертый - с выходом преобразователя и третьим входом второго коммутатора, а выход второго коммутатора связан со вторым входом выпрямителя, причем первый вход которого подключен к выходу первого коммутатора, при этом выход выпрямителя связан с входом устройства сравнения, а третий выход которого является выходом устройства, а первый и второй выходы подключены соответственно к третьему и четвертому входам системы управления, причем электрический вход устройства является входом преобразователя, при этом коробка передач механически связывает вал обратимой электромашины с валом накопителя и педальным приводом.

Отличием устройства является то, что в накопитель вводят спиральную пружину, механически связанную с валом, блокиратор с двумя входами и датчик с двумя выходами, при этом первый и второй входы блокиратора являются первым и вторым входами накопителя, а первый и второй выходы последнего - первым и вторым выходами датчика.

Полученное новое качество от данной совокупности признаков ранее не было известно и достигается только в данных способе и устройстве.

Работа способа и устройства поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на основе механического накопителя энергии 9 с использованием спиральной пружины 10.

Фиг.2 демонстрирует вариант исполнения устройства сравнения 19.

Предлагаемый способ можно реализовать на основе разных устройств в зависимости от массогабаритных параметров, принципов действия, КПД хранения накопленной энергии и генерирования электрической энергии, максимального срока хранения накопленной энергии и др.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, при использовании механического накопителя энергии на основе спиральной пружины (фиг.1) содержит следующие элементы: корпус 1, педальный привод 2, коробку передач 3, ручки коробки передач (в дальнейшем по тексту - ручка) 4 и 5, панель управления 6, индикатор 7, валы 8 и 13, механический накопитель энергии 9 (в дальнейшем по тексту - накопитель), состоящий из спиральной пружины 10, блокиратор 11, датчик 12, обратимую электромашину 14, преобразователь 15, коммутаторы 16 и 17, выпрямитель 18, устройство сравнения 19, систему управления 20.

Один из вариантов устройства сравнения 19 представлен на фиг.2 и состоит из резистора 22, дифференциального усилителя 23, компараторов 24 и 25.

Блокиратор 11 управляется как механически, так и электрически и может быть выполнен на основе фиксирующего элемента типа храповика. Датчик 12 имеет два предельных выключателя, фиксирующих максимальное и минимальное состояние закрутки спиральной пружины 10 накопителя 9 по максимуму и минимуму накопленной механической энергии. Этот датчик 12 имеет механический и электрический выходы, подключенные соответственно к механическому входу индикатора 7 (для индикации оператору, на фиг.1 эта связь показана утолщенной линией со стрелкой) и второму входу системы управления 20 (для автоматического управления).

Коммутаторы 16 и 17 представляют собой электромеханические коммутирующие устройства, управляемые за счет механической (механическим контактом) и электрических (электронной коммутацией) связей. В начале работы при отсутствии напряжения питания U_пит и обесточенных блоках коммутация осуществляется механически от панели управления 6 (на фиг.1 связи показаны утолщенными линиями со стрелками), а после их запитки U_пит коммутация осуществляется уже электрически от системы управления 20: для коммутатора 16 от третьего выхода последней, а для коммутатора 17 - четвертого.

Коробка передач 3 предназначена для изменения частоты и крутящего момента при передаче вращения между валами 8, 13 и педальным приводом 2 в разных режимах работы устройства. При выборе нужного направления и передаточного соотношения ручками 4 и 5 можно создавать разнообразные механические связи между педальным приводом 2, валами 8 и 13. При этом может передаваться вращение от педального привода 2 к валу 8 и/или валу 13, от вала 8 к валу 13 и, наоборот, от вала 13 к валу 8. Такие комбинации соответствуют разным режимам работы при реализации предлагаемого способа: режимам накопления энергии, режимам питания и комбинированным режимам.

Вращение от педального привода 2 через вал 8 с помощью коробки передач 3 механическое может передаваться в накопитель 9 за счет закрутки спиральной пружины 10. Так может осуществляться запасание механической энергии. Информация о состоянии спиральной пружины 10 (ее минимальном и максимальном запасе энергии) фиксируется датчиком 12, а ее фиксация или освобождение определяется блокиратором 11, механически управляемым от первого выхода панели управления 6, а электрически - от второго выхода системы управления 20.

Второй механический выход панели управления 6 подключен ко второму входу коммутатора 17, а третий выход панели управления 6 соединен с первым входом системы управления 20.

Обратимая электромашина 14 используется как в режиме двигателя, так и в режиме генератора и электрически подключена к третьему входу коммутатора 16. К его первому входу подключен третий выход системы управления 20, а второй вход, вместе с механическим входом блокиратора 11, связан с первым механическим выходом панели управления 6. Выход коммутатора 16 подключен к первому входу выпрямителя 18.

Первые два механических выхода панели управления 6 используются и для коммутации сигналов (во вторых входах коммутаторов 16 и 17) и для управления состоянием блокиратора 11, подобно приводу.

Первый выход системы управления 20 подключен к первому входу индикатора 7. Сигнал внешней электросети U₁ подается на вход преобразователя 15, а сигнал U₂ на его выходе подается на четвертый вход коммутатора 16 и на третий вход коммутатора 17. Первый вход последнего связан с четвертым выходом системы управления 20, а его выход соединен со вторым входом выпрямителя 18.

Выпрямитель 18 реализован на основе пассивных элементов (т.к. он должен работать еще до появления сигнала питания U_пит). Он суммирует входные сигнал U₃ и сигнал U₂ после коммутатора 17 и формирует выпрямленный и стабилизированный выходной сигнал U₄. Этот сигнал U₄ поступает на вход устройства сравнения 19, первый и второй выход которого подключены соответственно к третьему и четвертому входам системы управления 20. Третий выход устройства сравнения 19 формирует сигнал питания U_пит, использующийся для запитывания всех блоков устройства и являющийся выходным сигналом, поступающим на нагрузку 21.

В устройстве сравнения 19 (фиг.2) резистор 22 с малым известным сопротивлением R включен в выходную цепь последовательно с нагрузкой 21. К обоим концам этого резистора 22 подключены входы дифференциального усилителя 23, выход которого соединен со вторым входом компаратора 24. Сигнал питания U_пит также подключен ко второму входу компаратора 25. На первые входы компараторов 24 и 25 подаются соответствующие опорные сигналы U_оп1 и U_оп2. Выходы обоих компараторов 24 и 25 следуют к третьему и четвертому входам системы управления 20.

На фиг.1 у блоков устройства имеются как механические связи (выделены утолщением), так и электрические (более тонкие). Механические связи, существующие у панели управления 6, используются на начальном периоде функционирования каждого режима работы, во время переходного процесса пока еще все блоки обесточены или напряжение питания U_пит не достигло своего стандартного номинального значения, соответствующего ГОСТ и/или ТУ на электронные компоненты и блоки устройства. После того как U_пит достигло своего стандартного номинального значения, управление полностью переходит системе управления 20, обладающей приоритетом. Подразумевается, что в процессе работы между управлением работы блоков устройства механическими и электрическими связями нет конфликтов, что технически реализовать несложно.

Способ осуществляют в работе следующим образом.

Для достижения максимально широких функциональных возможностей в предложенном способе использование каждой передачи коробки передач 3 имеет свое целевое назначение и зависит от многих обстоятельств: требуемая мощность P_нагр сигнала питания U_пит для нагрузки 21, ресурс мускульной силы оператора (мужчина, старики/женщины/дети), наличие поблизости внешней электросети U₁, текущего уровня накопленной энергии и общего плана (стратегии) использования накопленной энергии.

Далее в тексте подразумевается изначальное состояние коробки передач 3 без механической связи педального привода 2 и валов 8 и 13, соответствует «нейтральной передаче».

Предлагаемый способ можно реализовать на основе следующих режимов работы устройства:

1. Режимы накопления энергии - режимы накопления механической энергии накопителем 9 с отложенным использованием ее для генерирования сигнала питания U_пит;

2. Режимы питания - режимы формирования сигнала питания U_пит за счет использования накопленной ранее механической энергии и/или текущего использования существующих источников энергии (мускульной и/или электрической);

3. Комбинированные режимы - режимы работы, при которых совмещены режимы накопления механической энергии и режимы питания (режимы генерирования сигнала питания U_пит).

Все эти режимы работы 3-х типов могут быть описаны следующим образом.

1. Режимы накопления энергии:

1.1 - (первый режим накопления энергии) использование обратимой электромашины 11, вращаемой сигналом U₁ от внешней электросети;

1.2 - (второй режим накопления энергии) использование педального привода 2;

1.3. - (третий режим накопления энергии) использование одновременно обратимой электромашины 14, вращаемой сигналом U₁ от внешней электросети, и педального привода 2 (суммарно от двух источников);

2. Режимы питания

2.1 - (первый режим питания, первый следящий режим) использование обратимой электромашины 14, вращаемой накопителем 9 (спираль раскручивается, энергия расходуется);

2.2 - (второй режим питания) использование обратимой электромашины 14, вращаемой педальным приводом 2;

2.3 - (третий режим питания) использование сигнала U₁ от внешней электросети;

2.4. - (четвертый режим питания, второй следящий режим) одновременное использование обратимой электромашины 14, вращаемой накопителем 9 (спираль раскручивается, энергия расходуется) и педальным приводом 2;

2.5 - (пятый режим питания, третий следящий режим) одновременное использование обратимой электромашины 14, вращаемой накопителем 9 (спираль раскручивается, энергия расходуется), и сигнала U₁ от внешней электросети;

2.6 - (шестой режим питания) одновременное применение обратимой электромашины 14, вращаемой педальным приводом 2, и сигнала U₁ от внешней электросети;

2.7 - (седьмой режим питания, четвертый следящий режиме) одновременное использование обратимой электромашины 14, вращаемой педальным приводом 2, накопителем 9 (спираль раскручивается, энергия расходуется), и сигнала U₁ от внешней электросети.

3. Комбинированные режимы

3.1 - (первый комбинированный режим):

- накопление энергии накопителем 9 (спираль закручивается, энергия запасается) при работе обратимой электромашины 14 от сигнала U₁ внешней электросети;

- питание от сигнала U₁ внешней электросети;

3.2 - (второй комбинированный режим):

- накопление энергии накопителем 9 (спираль закручивается, энергия запасается) от педального привода 2;

- питание от сигнала U₁ внешней электросети;

3.3 - (третий комбинированный режим):

- накопление энергии накопителем 9 при работе от обратимой электромашины 14 от сигнала U₁ внешней электросети и педального привода 2;

- питание от сигнала U₁ внешней электросети;

3.4 - (четвертый комбинированный режим):

- накопление энергии накопителем 9 (спираль закручивается, энергия запасается) от педального привода 2;

- питание от обратимой электромашины 14, вращаемой также педальным приводом 2;

3.5 - (пятый комбинированный режим):

- накопление энергии накопителем 9 (спираль закручивается, энергия запасается) от педального привода 2;

- питание от сигнала U₁ внешней электросети и обратимой электромашины 14, вращаемой также педальным приводом 2;

В перечисленных выше режимах работы устройства (фиг.1) способ осуществляют следующим образом:

1. Для режимов накопления энергии

1.1 - в первом режиме накопления энергии при использовании обратимой электромашины 14 с сигналом от внешней электросети:

С помощью ручки 5 коробки передач 3 выбирается нужное передаточное соотношение между валом 13 обратимой электромашиной 14 и валом 8 накопителя 9. Панелью управления 6 в коммутаторе 16 задается такое состояние коммутации, чтобы передать сигнал U₁ от внешней электросети с четвертого входа последнего на его третий вход, электрически связанный с обратимой электромашиной 14.

Сигнал U₁, поступая на обратимую электромашину 14, приводит к вращению вала 13, которое через коробку передач 3 передается валу 8, закручивает спиральную пружину 10 и запасает механическую энергию. Факт достижения ее максимальной закрутки датчиком 12 передается за счет механической связи для индицирования индикатором 7 оператору для остановки процесса.

Возможно исполнение варианта устройства (схема не приведена в описании), в котором размыкающая пара контактов (или одна из пар контактов) датчика 12 будет включена последовательно в цепь сигнала U₁ электросети и автоматически отключать его подачу.

1.2 - во втором режиме накопления энергии при использовании педального привода 2:

С помощью ручки 4 коробки передач 3 выбирается нужное и оптимальное, «по силам» человека (оператора) передаточное соотношение между педальным приводом 2 и валом 8 накопителя 9. В процессе вращения педалей педального привода 2 вал 8 вращается и закручивает спиральную пружину 10 и запасает механическую энергию. Факт достижения ее максимальной закрутки датчиком 12 передается за счет механической связи для индицирования индикатором 7 оператору для остановки процесса.

1.3 - в третьем режиме накопления энергии при использовании одновременно обратимой электромашины 14 и педального привода 2 (суммарно от двух источников вращения):

Этот режим может быть реализован для объединения мощности, передаваемой сигналом U₁ от электросети и педального привода 2. Например, когда внешняя электросеть слаба и/или энергии, получаемой за счет мускульной энергии оператора недостаточно, и/или требуется ускорить процесс накопления механической энергии и т.п.

С помощью ручек 4 и 5 коробки передач 3 выбирается нужное передаточное соотношение между соответствующими парами: педальный привод 2 - вал 8 накопителя 9 и вал 13 обратимой электромашины 14 - вал 8 накопителя 9.

В процессе закручивания от двух источников энергии: от педального привода 2 и от обратимой электромашины 14 спиральная пружина 10 запасает механическую энергию. Факт достижения ее максимальной закрутки датчиком 12 передается за счет механической связи для индицирования индикатором 7 оператору для остановки процесса.

2. В режимах питания:

2.1 - в первом режиме питания (первом следящем режиме) при использовании обратимой электромашины 14, вращаемой накопителем энергии 9 (спираль раскручивается, энергия расходуется):

Этот режим питания является подстраиваемым, адаптивным и в нем используется накопленная ранее в накопителе 9 механическая энергия для выработки строго определенного дозированного количества электроэнергии, необходимого для обеспечения питания (контролируя значения U_пит и I_пит) нагрузки 21 или по заданной оператором программе. Он осуществляется следующим образом.

В начале работы электронные блоки обесточены и блокиратор 11 заблокирован. Ручкой 5 в коробке передач 3 выбирается нужное передаточное соотношение для передачи вращения вала 8 от накопителя 9 к валу 13 обратимой электромашины 14. В начале работы управление блокиратором 11 и коммутатором 16 производится механически от пульта управления 6, а потом осуществляется по сигналам от системы управления 20.

Первым выходом панели управления 6 (который является механическим) разблокируется (отводится) блокиратор 11 и, поступая на второй вход коммутатора 16, замыкает третий вход с выходом последнего. Сигнал с первого выхода панели управления 6, который является электрическим, поступает на первый вход системы управления 20.

Блокиратор 11 освобождает спиральную пружину 10, которая, раскручиваясь, начинает вращать вал 8, а с помощью коробки передач 3 и вал 13 обратимой электромашины 14, формируя на ее выходе электрический сигнал. Этот сигнал, последовательно проходя с третьего входа коммутатора 16 на его выход, через выпрямитель 18 и устройство сравнения 19 формирует сигнал питания U_пит, запитывающий все блоки устройства и нагрузку 21.

В устройстве сравнения 19 (фиг.2) резистор 22 с малым известным сопротивлениям R включен в выходную цепь последовательно с нагрузкой 21. Фактически, он является датчиком тока питания (тока потребления) т.к. при протекании через него тока I_пит на нем появляется разностный сигнал U_r~I_пит·R, пропорциональный I_пит. Этот разностный сигнал U_r усиливается дифференциальным усилителем 23 и в виде сигнала U_ток поступает на второй вход компаратора 24, на первый вход которого подается первый опорный сигнал U_оп1. Если выполняется условие U_оп1≥U_ток, то на выходе компаратора 24 появляется уровень логической «1», являющийся первым выходом устройства сравнения 19 и поступающий на третий вход системы управления 20. Он свидетельствует о том, что I_пит не превышает нужного значения. В другом случае (если U_оп1<U_ток) на выходе компаратора 24 появляется логический «0», а это значит, что I_пит уже превышает заданное значение тока.

Компаратор 25 вторым входом соединен с сигналом питания U_пит. На первый его вход подается второй опорный сигнал U_оп2. Компаратором 25 происходит сравнение U_пит и U_оп2, а результат сравнения в виде выходного логического сигнала, являющегося вторым выходом устройства сравнения 19, поступает на четвертый вход системы управления 20. С помощью этого сигнала фиксируется превышение U_пит над сигналом U_оп2.

Полученные сигналы с выходов компараторов 24 и 25 позволяют в итоге отслеживать текущие значения I_пит и U_пит относительно заданных пороговых уровней, реализованных первым U_оп1 и вторым U_оп2 опорными сигналами. Значения U_оп1 и U_оп2 могут задаваться оператором, напрямую или через систему управления (эти связи на фиг.1 не показаны). В компараторах 24 и 25 может быть заложен гистерезис срабатывания для исключения нежелательных автоколебаний.

В зависимости от комбинации первого и второго выходного сигналов устройства сравнения 19 система управления 20 на втором своем выходе формирует сигнал, поступающий на второй вход блокиратора 11 и управляющий его состоянием: открывает или закрывает. Это приводит к следящему режиму управления использования энергии накопленной в накопителе 9, передаче вращения от вала 8 через коробку передач 3 валу 13 и выработки энергии в обратимой электромашине 14.

Так реализуется обратная связь, управляющая накопителем 9 и соответственно слежением за дозированной выработкой электроэнергии в зависимости от параметров выходного сигнала и/или от особенностей нагрузки 21, т.е. следящий режим работы. Таким образом, можно реализовать разные режимы питания с ограничением параметров I_пит и U_пит выходного сигнала: ограничивающий протекание большого тока, искробезопасный режим, управлять режимами расхода накопленной энергии (в т.ч. по заданной программе) и т.п.

Информация о текущем состоянии работы устройства, общий и оценка остаточного запаса механической энергии в накопителе энергии 10 отображается по сигналу на первом выходе системы управления 20 или по сигналу механического выхода датчика 12, поступающим на индикатор 7.

2.2 - во втором режиме питания при использовании обратимой электромашины 14, вращаемой от педального привода 2:

Особенность этого режима работы устройства заключается в использовании мускульной силы человека для формирования сигнала питания U_пит.

Первым механическим выходом панели управления 6 в коммутаторе 16 задается такое состояние коммутации, чтобы передать сигнал с выхода обратимой электромашины 14 на выход коммутатора 16. Также с помощью ручек 4 и 5 коробки передач 3 выбирается нужное и оптимальное, «по силам» человека передаточное соотношение между педальным приводом 2 и вращением вала 13 обратимой электромашины 14.

В процессе кручения педалей педального привода 2 вал 13 вращается и обратимая электромашина 14 вырабатывает сигнал, поступающий на третий вход коммутатора 16 и в виде сигнала U₃, формирующийся на его выходе. Далее этот сигнал U₃