Несмотря ни на что работа мысли продолжается. Так было и так всегда будет. Человек являет миру все новые, и новые изобретения. Вот и сегодня вниманию читателей мы представляем линейный генератор Олега Гунякова. Имеет ли эта разработка право на жизнь? Свой ответ на этот вопрос дает Владимир Гуревич. Отдать предпочтение одному из авторов можете и вы, приняв участие в . Комментарии и обсуждения на .

Олег Гуняков: линейный генератор

Исторически сложилось, что традиционные устройства для выработки электрической энергии используют вращательное движение для перемещения обмоток в магнитном поле. В движения такие устройства приводятся различными движителями: гидротурбинами, газовыми турбинами, ветром и т.д. Одним из движителей является и традиционный двигатель внутреннего сгорания. В таких движителях химическая энергия топлива проходит многократные преобразования: сначала в поступательное движение поршней, а затем - во вращательное движение коленвала. Необходимость такого преобразования приводит, как к механическим потерям, так и к усложнению конструкции движителя в целом. Мы все на опытах физики видели одну и туже картину: преподаватель берет постоянный магнит, и начинает возвратно-поступательно его двигать в катушке индуктивности. При этом на клеммах катушки появляется напряжение. В этой статье я рассмотрел возможность использования возвратно-поступательного движения для выработки электрического тока без промежуточных преобразований во вращательное движение. Такие механизмы получили название ЛИНЕЙНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ.

Предлагаемый тип линейного генератора рассчитан для использование в промышленных целях, в первую очередь на судах.

Краткое описание

В данном линейном генераторе (далее ЛГ) вместо крышек цилиндра устанавливаются два внешних поршня, которые жестко между собой закреплены. Такое технологическое решение обусловлено следующим: в традиционных цилиндрах при взрыве топлива поршень начинает двигаться в одну сторону, но по законам инерции сам цилиндр ведь тоже начинает двигаться в противоположную. И если такой генератор заставить вырабатывать большие мощности, то силы продольного смещения будут вызывать огромную вибрацию и повреждение фундаментных болтов. Для компенсации возникающих усилий и устанавливаются дополнительные внешние поршни. При условии что масса внутренних поршней и масса внешних поршней одинаковы, то и возникающие силы инерции тоже будут одинаковы. Такие силы будут взаимно гаситься, и на корпус передаваться не будут. Катушки, с которых будет сниматься напряжение крепятся к неподвижному корпусу. А в качестве индуктора будет использоваться набор постоянных магнатов трапециевидной формы.

Синхронизация движения поршней будет обеспечиваться за счет сопротивления движению постоянных магнитов при выработке электрической энергии. При условии, что обмотки электрической части имеют одинаковое сопротивление, сопротивление движению постоянных магнитов также одинаково. Но для увеличения надежности и предотвращения аварий в ЛГ устанавливают механический синхронизатор, представляющий собой две зубчатые рейки, двигающиеся относительно друг друга, и зубчатого колеса, закрепленного на неподвижной оси и вращающегося лишь от движения реек.

Более подробное описание конструкции смотрите ниже.

Работа генератора

После разгона поршней до пусковой частоты, в первый цилиндр подается топливо, происходит сгорание и начинается расширение образовавшихся газов. Во вторм цилиндре в этот момент идет сжатие воздуха.

При достижении внешнего поршня в первом цилиндре выпускных клапанов начинается выпуск отработавших газов.

При достижении внутреннего поршня в первом цилиндре продувочных окон начинается процесс продувки. В данном ЛГ продувка прямоточная, что обеспечивает наименьший коэффициент остаточных газов. Это, в свою очередь, увеличивает массовый заряд воздуха в цилиндре, что приводит к полному сгорания топлива и т.д. В этот момент поршни достигают своих крайних положений.

Расширение газов во втором цилиндре приводят в движение поршни первого цилиндра. Внутренний поршень достигает продувочных окон и перекрывает их, в то время, как выхлопные окна все еще открыты. Это приводит к потере массового заряда воздуха в цилиндре, но данной потерей можно пренебречь из-за низкого коэффициента остаточных газов в цилиндре. Внешний поршень достигает выхлопных окон, перекрывает их, и тем самым обеспечивает процесс сжатия в первом цилиндре, в то время, как во втором идет расширение. И цикл повторяется.

Технологический разрез линейного генератора

Корпус двигателя 1 - сварной стальной, цилиндрической формы, имеет внутри опоры 2, 3 и 4 для установки втулки рабочего цилиндра 5. Втулка крепится нажимным кольцом 6 на 8-ми шпильках. Шпильки крепятся в толстостенной фундаментной плите 7. Далее на втулку одевается цилиндрический водяной коллектор 8. После коллектора на втулку цилиндра одевается газовыхлопной коллектор-улитка 9.

Проточка втулки и улитки на посадочных поверхностях устроены таким образом, что между ступеньками зажимается теплостойкая асбестовая прографиченная прокладка. Улитка при работе нагревается и может расширяться в линейном направлении. Для возможности расширения улитка крепится на длинных шпильках 10, проходящих через трубки 11, гайками 12, которые создают нажимной усилия на улитку через пружины 13. После улитку на втулку одевается водяной коллектор 14.

Втулка рабочего цилиндра 5 цельная. Центральная часть втулки имеет утолщение так же, как и в месте крепления втулки - гребень 15. В центральной части втулка имеет отверстия для 2-х насос-форсунок 16. Так же втулка имеет с каждой стороны от центра по 6 отверстий для штуцеров лубрикаторной смазки (на чертеже не показана). Во втулке в центральной части внешне сделана цилиндрическая проточка для отвода и сбора охлаждающей воды с тангециальних сверлений охлаждающих каналов 17. На втулке есть 17-ть канавок для резиновых уплотнительных колец системы охлаждения. Во втулке со стороны выхлопа и со стороны продувки является тангенциальные расположены окна.

Линейный генератор имеет силовой сварной корпус 18 и легкий корпус для обеспечения безопасности обслуживающего персонала. Легкий корпус закрывается с торцов двигателя крышками 18 на фланцах.

Поршневая группа каждого линейного генератора состоит из 2-х поршней 20. Внутренний поршень крепится к корпусу индуктора 21 на 8-ми шпильках 22. Внешний поршень крепится к траверс-диска 23 на 8-ми шпильках 24. Траверса-диск цилиндрической формы подкреплен в радиальном направлении треугольными косынками 25 с двух сторон, которые крепятся сваркой. Каждый поршень имеет по 6 колец: 4 компрессионных и 2 маслосъемных. Во избежание ударов поршней друг о друге при высоких степенях сжатия в линейном генераторе, днища поршней имеют плоскую конфигурацию.

Поршни имеют водяное охлаждение. Вода во внешние поршни подается по внутренней телескопической неподвижной трубке 26 с соплом на конце. Охлаждающая вода возвращается по телескопической средней трубке 27. Трубка 27 движется в неподвижной трубке 28. Между трубками 27 и 28 находятся уплотнения 29.

Внутренний поршень также охлаждается водой. Вода подводится по телескопической трубке 30, которая крепится к корпусу индуктора 21 с помощью фланца. В индукторе и в опорном фланце поршня есть канал. Далее вода движется по трубке 31 и охлаждает поршень. Возвращается вода по трубке 32, по аналогичному пути и по телескопии 33 отводится уже подогретая.

Внешние поршни связаны между собой посредством траверза-диска 23, 6-ти штанг 34 и корпуса индуктора 35. На концах штанги имеют резьбу и крепятся за счет гаек, зажимаемых гидродомкратом. Движение внутренних и внешних поршневых групп сдвинуты на 180 градусов. Синхронизм обеспечивается за счет механизма синхронизатора - 3-х шестерен 36 6-ти зубчатых реек.

Три рейки 37, относящиеся к внутренней группе, имеют в части, ближней к корпусу индуктора 21 цилиндрическое сечение и проходят через сальники 38. Далее сечение рейки переходит в квадратное. Рейки, относящихся к внешней группе, - это 3 из 6-ти штанг 34, на которые с помощью болтов прикреплены зубчатые рейки. Все 3 механизма синхронизаторов расположены в отдельных выгородках и имеют в своем объеме масло для смазки механизма.

Сравнение ЛГ и традиционного дизеля.

• В ЛГ производство и сборка двигателя существенно упрощается из-за отсутствия таких дорогих и сложных в производстве деталей как распределительный вал и коленчатый вал.
• Уменьшение расхода топлива за счет увеличения механического КПД из-за отсутствия коленвала и распредвала.
• Уменьшение вибрации из-за взаимного гашения возникающих инерционных сил.
• Повышенная надежность ЛГ за счет уменьшения количества движущихся деталей.
• В ЛГ невозможно обеспечить ровную синусоиду генерируемого тока из-за неравномерности скорости перемещения магнитов относительно катушек. Но при современном уровне развития преобразовательной техники эта проблема не является неразрешимой.
• Повышенная неустойчивость работы ЛГ из-за наличия всего двух цилиндров и отсутствия маховика. При пропуске вспышки в одном из цилиндров ЛГ остановится, так как во втором цилиндре не произойдет сжатия воздуха достаточного для воспламенения топлива. Поэтому для решения этой проблемы возникает необходимость в установке как минимум двух форсунок на один цилиндр.

Олег Гуняков

Отзыв на статью О. Гунякова

Начать придется издалека, а именно со статьи «Линейный бензогенератор (дизель-генератор)» автора Скоромца Ю. Г., опубликованной в журнале , а также, параллельно, на многих Интернет сайтах. В этой статье описан принцип построения силовой установки относительно небольшой мощности, предназначенной для выработки электроэнергии, отличающийся тем, что в нем двигатель внутреннего сгорания объединен с электрогенератором, при этом вращательное движение ротора генератора заменено возвратно-поступательным движением магнитопровода с заложенной в него обмоткой возбуждения. Основной целью такой замены, по мнению автора, является устранение из системы кривошипно-шатунного механизма, включая коленвал, преобразующего возвратно-поступательное движение поршней двигателя внутреннего сгорания во вращательное движение ротора генератора в обычном дизель-электрическом агрегате. Идея, на первый взгляд, неплохая, хотя ее изложение вызывает массу недоуменных вопросов. Не будем комментировать некоторые высказывания автора этой статьи, а лишь процитируем, чтобы читатель мог сам оценить его вопиющий дилетантизм в области электротехники:

• В генераторе средней и высокой мощности синхронизация движения шатунов достигается путем уменьшения тока возбуждения отстающего шатуна.
• Регулирование выходного напряжения осуществляется путем изменения частоты работы генератора.
• Запуск осуществляется тремя короткими мощными импульсами тока, при этом генератор работает в режиме двигателя. Импульсы тока получаем с клемм конденсатора, предварительно зарядив его за некоторое время, через повышающий трансформатор (50-100 кГц) от маломощного источника питания.
• Ток нагрузки генератора не влияет на магнитное поле генератора, а значит и на характеристики генератора.
• Что касается самого генератора, то магнитное поле предложенного генератора, в основной части, всегда постоянно, это дает возможность изготавливать магнитопровод не с отдельных пластин (для уменьшения вихревых токов), а с цельного куска материала, что значительно увеличит прочность магнитопровода и уменьшит трудоемкость изготовления.

А теперь относительно самой идеи. Как следует из написанного автором, целью его проекта является устранение из системы двигатель-генератор кривошипно-шатунного механизма, преобразующего один вид движения (возвратно-поступательный) в другой (вращательный). Однако, с точки зрения поставленной задачи эта проблема уже давным-давно решена. В широко известном роторно-поршневом двигателе Ванкеля вращательное движение выходного вала получается без всяких кривошипно-шатунных механизмов, рис. 1.

Рис. 1. Роторно-поршневой двигатель Ванкеля и принцип его действия

Роторно-поршневые двигатели по схеме Ванкеля известны уже более пятидесяти лет. В 1960-х годах из двадцати наиболее крупных автомобилестроительных компаний 11 фирм приобрели лицензионные права на разработку и производство этих двигателей. На долю этих фирм приходилось около 70% мирового автомобильного производства, в т.ч. 80% производства легковых автомобилей США, 71% Японии, 44% Западно-европейских стран.

Проблемой этого двигателя долгое время считался быстрый износ уплотнителей. Однако в последствие эта проблема была преодолена и эти двигатели стали применять в автомобилестроении. Первый серийный автомобиль с роторным двигателем - немецкий спорткар NSU Wankelspider. Первый массовый (37204 экземпляра) - немецкий седан бизнес-класса NSU Ro80. В 1967 году японская Mazda начала продажи первого автомобиля «Cosmo Sport» оснащенного роторным двигателем мощностью в 110 лошадиных сил. Дальнейшие исследования помогли на 40 процентов снизить расход топлива и улучшить экологичность этих двигателей. К 1970 году суммарная продажа автомобилей с роторными двигателями достигла 100 тыс., в 1975 - 500 тыс., а к 1978 - перевалила за миллион. Двухцилиндровый двигатель «Renesis» фирмы Mazda объёмом всего 1,3 л выдавал мощность уже в 250 л. с. и занимал гораздо меньше места в моторном отсеке, чем обычные двигатели внутреннего сгорания. Современная модель двигателя Renesis-2 16X имеет еще меньший объём при большей мощности и меньше нагревается, рис. 2.

Рис. 2. Серийный автомобильный двигатель роторно-поршневого типа (Renesis-2 16X) компании Mazda

В этой связи возникает вполне правомерный вопрос: «а был ли мальчик?», то бишь была ли вообще проблема (а может быть и была, но не верно сформулирована)?

Кроме того, необходимость наличия весьма дорогостоящего полупроводникового преобразователя, рассчитанного на полную мощность генератора (необходимого, по утверждению автора, для обеспечения синусоидального выходного напряжения), резко снижает экономическую эффективность предлагаемого решения (если она вообще была!), не говоря уже о тысячах других, не решенных в этом проекте проблем, на которых, в виду вышесказанного, на данном этапе просто нет смысла останавливаться.

Господин О. Гуняков публикует все ту же (то есть, чужую) идею без всяких ссылок на ее истинного автора, слегка изменив конструкцию. Основное (то есть принципиальное, а не в мелких и ничего не значащих деталях) отличие его проекта от проекта Ю. Г. Скоромца) заключается в замене обмотки возбуждения генератора - постоянным магнитом и расширение области применения его установки в область больших мощностей (из переписки с автором выяснилось, что он рассчитывает на применение такого принципа в генераторах мощностью в мегаватты). Поскольку, с одной стороны, для идеи линейного дизель-генератора не важно, как будет выполнен источник магнитного поля (обмотка или постоянный магнит), а с другой стороны и для магнита не важно, в какой именно конструкции генератора он будет использован (с вращательным или возвратно-поступательным движением), то отсюда следует, что идея замены обмотки возбуждения генератора постоянным магнитом не имеет никакого отношения к конкретной конструкции генератора, а относится ко всем генераторам вообще. Но тут сразу возникает вопрос: если в генераторе мощностью в несколько мегаватт можно заменить сложную и дорогую обмотку возбуждения постоянным магнитом из современных сплавов (например, из широко известного сплава NdFeB), то почему же этого не делают сейчас, а используют это решение лишь в небольших маломощных генераторах? Совершенно очевидно, что для этого есть веские причины. Обсуждение этих причин должно содержать слишком много подробностей «из жизни генераторов» и «из жизни магнитов», для того, чтобы подробно освещать их в данном отзыве, но даже не это сейчас главное, а то, что эта идея О. Гунякова о применении постоянных магнитов никак не связана с идеей Ю. Г. Скоромца о линейном дизель-генераторе. Попытка О. Гунякова «привязать» свою идею с постоянными магнитами (которая, сама по себе, давным-давно известна и ничего нового не содержит) к чужой должна служить, по-видимому, для поднятия значимости его идеи.

Даже если не учитывать того обстоятельства, что постоянные магниты применяются только в генераторах очень ограниченной мощности, дополнительная проблема конкретной конструкции О. Гунякова заключается в том, что его генератор расположен в зоне высокой температуры, а постоянные магниты имеют довольно незначительную верхнюю рабочую температуру, ограниченную так называемой точкой Кюри, при которой магнит полностью теряет свои магнитные свойства. Так вот, для сплава NdFeB точка Кюри находится в пределах 300-350°С, а максимальная рабочая температура ограничена величиной 100-150°С. А теперь вспомним, какая температура бывает внутри камеры сгорания ДВС. Правильно, от 300 до 2000°С (во время разных циклов). Какая средняя температура будет на поверхности камеры сгорания, в зоне расположения магнитов? Правильно, намного больше той, на которую рассчитаны постоянные магниты. Следовательно, нужно обеспечить очень эффективное охлаждение магнитов. Как и чем? Весьма сомнительно, что температуру в области расположения магнитов можно снизить до 100°С приемлемыми, а не фантастическим способом. В этой связи следует отметить, что и вопрос об охлаждении самого линейного дизель-генератора не проработан в должной мере. Предлагаемое автором водяное охлаждение далеко не везде применимо. Например, на современных дизель-генераторных установках мощностью от сотен киловатт до нескольких мегаватт, предназначенных для резервного или аварийного электроснабжения (а это очень большой сектор рынка таких агрегатов), не используется водяное охлаждение. Такой агрегат охлаждается огромным (до двух метров в диаметре) вентилятором, насаженным на валу дизеля. Почему это сделано понятно: в аварийных ситуациях неоткуда и нечем подавать воду. Но где взять вращающийся вал для вентилятора в предлагаемой конструкции? Ага, использовать отдельный мощный электромотор, способный вращать двухметровый вентилятор... И тут наш проект начинает обрастать...

В заключение хотелось бы отметить, что ни Ю. Г. Скоромец, ни О. Гуняков не являются ни первооткрывателями этой идеи, ни авторами лучшей из конструкций. Идея эта сама по себе была известна задолго до публикаций обоих авторов. За последние годы были предложены и более удачные конструкции, чем те, которые мы обсуждаем. Например, в конструкции, предложенной Ondřej Vysoký, Josef Božek и др. из Чешского политехнического университета в 2007 году (то есть до публикации статьи Ю. Г. Скоромца) также используются постоянные магниты (авторы не претендуют на мощности в мегаватты), но в ней нет проблемы с нагревом магнитов, так как они могут находиться далеко от камер сгорания и могут быть отделены теплоизолирующей вставкой вала, на котором они закреплены. Изготовлены и испытаны небольшие лабораторные образцы таких агрегатов, рис. 3. В англоязычной литературе такие установки называются «Linear Combustion Engine (LCE)».

Рис. 3. Конструктивная схема и лабораторные образцы линейных дизель-электрических агрегатов, разработанных в Чехии

Имеется много публикаций на эту тему и в Интернете, и виде статьей и даже в виде книг (см. например, «Modeling and Control of Linear Combustion Engine»), хотя реально существующих изделий, присутствующих на рынке еще нет, как и нет каких бы то ни было технико-экономических обоснований, сравнения, например, с тем же двигателем Ванкеля. В этой связи для читателей журнала была бы, на наш взгляд, очень интересна квалифицированная обзорная информация о принципах построения таких систем, их сравнительная характеристика с другими устройствами для получения электроэнергии, информация о проблемах технических и экономических, о достигнутых результатах, а не подробное описание каких-то второстепенных деталей доморощенных конструкций, обладающих массой очевидных недостатков, но выдаваемых за величайшее достижение. Можно было бы только приветствовать публикацию автором такой обзорной статьи.

В технике существуют миллионы красивых, на первый взгляд, идей, не имеющих под собой экономической базы, или не учитывающих реальные технические проблемы, или просто не достаточно проработанных и поэтому не получивших реального воплощения. Достаточно обратиться к патентному фонду любой страны, чтобы увидеть миллионы оригинальных идей, пылящихся на полках. Такая же, по нашему мнению, судьба уготована и конкретным проектам Ю. Г. Скоромца и О. Гунякова. Тем не менее, нельзя утверждать, что миллионы не используемых сегодня патентов абсолютно бесполезны. Их очевидная польза состоит уже в том, что они стимулируют человеческую мысль и являются основой для новых идей. Как мы видим, творческая мысль продолжает активно работать и в рассмотренном направлении. Будем надеяться, что в недалеком будущем появится много новых перспективных идей в этом направлении, количество которых со временем перерастет в качество и они смогут когда-нибудь стать достаточно привлекательными для промышленности.

Для некоторых ситуаций предлагается использовать эффективные, с точки зрения автора, способы преобразования поступательных движений во вращательные – с целью применения вместе с обычными динамо-машинами.

Соленоид с магнитом

Первые линейные преобразователи энергии были созданы еще в начале девятнадцатого века (в работах Фарадея и Ленца) и представляли собой соленоиды с движущимися внутри них постоянными магнитами. Но использовались эти устройства только в физических лабораториях для формулирования законов электромагнетизма.

Впоследствии серьезное применение получили лишь генераторы, работающие от вращательных движений. Но теперь человечество «вспоминает давно забытое старое». Так, недавно были созданы «вечные» или «индукционные фонарики Фарадея», работающие от встряски и имеющие в своей основе «поступательный генератор» – это тот же соленоид, с колеблющимся внутри него постоянным магнитом, плюс – выпрямительная система, сглаживающий элемент и накопитель. (Необходимо отметить, что для появления тока в соленоиде необязательно вдвигать и выдвигать внутрь него магнит – достаточно, и не менее эффективно, приближать и удалять магнит от электрической катушки, если в нее вставить сердечник, лучше ферритовый).

В интернете можно найти описание того, как сделать генератор, питающий велосипедные фары, работающий на том же принципе – от движения магнита внутри соленоида (встряску здесь уже обеспечивает не человеческая рука, а само транспортное средство – велосипед).

Появились и проектируются поступательные генераторы, использующие «пьезоэлектрический эффект» – способность некоторых кристаллов при деформации продуцировать электрические заряды.

Это, например, всем известные пьезоэлектрические зажигалки. Французские ученые (в частности этим занимается Жан Жак Шелло в Гренобле) решили подставить пьезокристаллические модули под дождевые капли и таким образом получать электроэнергию. В Израиле фирмой «Innowatech» разрабатывается способ получения электроэнергии от давления машин на дорожное полотно – пьезокристаллы будут подложены под шоссе. А в Голландии подобным же образом планируют «собирать» электроэнергию из-под пола танцевального зала.

Все вышеперечисленные примеры, кроме использования энергии дождя, касаются «снятия» энергии с результатов деятельности человека. Здесь можно предложить еще размещение поступательных генераторов в амортизаторах автомобилей и поездов, а также снабжение этих транспортных средств увеличенными копиями вышеописанных генераторов велосипедов, работающих от встряски, и, кроме того, расположение поступательных генераторов под рельсами железных дорог.

Новый способ использования ветра

Рассмотрим теперь, как полнее использовать энергию ветра. Известны ветроэлектрогенераторы, в которых ветер вращает воздушные винты, а они, в свою очередь, – валы динамо-машин. Но не всегда воздушные винты удобны в использовании. Если они применяются в жилых районах, то требуют дополнительного места, и их, для безопасности, надо заключать в сетки. Они могут портить внешний вид, заслонять солнце и ухудшать обзор. Вращающиеся генераторы сложны в изготовлении: требуются хорошие подшипники и балансировка вращающихся частей. А размещенные на припаркованных электромобилях ветроэлектрогенераторы могут быть похищены или повреждены.

Автор предлагает использовать более удобные рабочие тела, на которые будет воздействовать ветер: щиты, пластины, паруса, надувные формы. А вместо привычных динамо-машин – специальные крепления в виде поступательных генераторов, в которых от механических перемещений и давлений, производимых рабочими телами, будет вырабатываться электроэнергия. В таких креплениях могут быть использованы как пьезокристаллы, так и соленоиды с подвижными магнитными сердечниками. Токи, созданные этими креплениями, будут проходить через выпрямители, сглаживающие элементы и заряжать аккумуляторы для дальнейшего использования выработанной электроэнергии. Все части таких поступательных генераторов просты в изготовлении.

Щиты с подобными креплениями, размещенные на стенах зданий, балконов и т. п., будут приносить вместо неудобств только выгоду: звуко- и теплоизоляцию, тень. Они практически не требуют дополнительного пространства. Рекламные щиты, навесы от солнца или дождя, снабженные такими креплениями и «дождевыми» пьезокристаллическими модулями, будут кроме своей основной функции еще и вырабатывать электроэнергию. По такому же принципу можно заставить работать и любой забор.

Энергопроизводящие окна и столбы

Есть возможность использовать прочные стекла в окнах в качестве «ветрозаборников», а электровырабатывающие крепления расположить в раме.

Если взять случай с электромобилями, то крепления можно переключать: на стоянке, где позволительна вибрация стекол от ветра, будут использоваться электрогенерирующие крепления, а при движении, чтобы не нарушать аэродинамические свойства электромобиля – обычные. Хотя при использовании пьезокристаллов можно добиться совсем небольшого люфта и переключения не потребуются.

В более простом (непрозрачном варианте выполнения щитов) на стоянке обычные стекла опускаются и вместо них вставляются щитовые ветроэлектрогенераторы, креплениями опирающиеся на рамы окон. То же можно сделать и в доме ночью, когда окна не должны пропускать свет: вместо стекол или внешних ставень устанавливать подобные ветроэлектрогенераторы.

Опора в виде треноги для фонарного столба или сотовой антенны будет вырабатывать электроэнергию, если мы в каждой «ноге», разделив их поперек на две части, в стыке разместим вышеописанное электрогенерирующее крепление. Столб фонаря или антенны можно поместить в зарытый в землю и укрепленный полый цилиндр с подобными электрогенераторами, размещенными по внешнему ободу, – это еще один вариант.

Фонари на столбах, оснащенных такой «поддержкой», могут работать самостоятельно, без подвода к ним кабелей электропитания – ведь их раскачивание от ветра или от колебаний дорожного полотна всегда имеет место. Такие фонари должны быть очень востребованы там, где либо нет электростанций, либо местность еще не «охвачена» проводкой.

Кроме того, поступательные генераторы позволяют нам задействовать еще и такие «природные ветрозаборники», как деревья: ведь их ветви раскачиваются от ветра. С деревьями лучше использовать генераторы соленоидного типа, а не на пьезокристаллах. Соленоиды с магнитами и пружинами будут обеспечивать мягкую «упряжку».

Вот один из возможных вариантов использования качания ветки. Одну веревку, идущую от бобины электрической катушки, закрепляем на стволе или прикрепляем к «якорю» (типа морского), зарытому в землю, а вторую, соединенную с магнитом, закрепляем за качающуюся ветвь. Закрепление бобины можно и не производить – оставить только связь с веткой. Тогда генератор будет работать от встряски, которую ему обеспечит раскачивание ветки от ветра (катушке не даст упасть пружина).

«Летящее» электричество

Что же касается надувных «рабочих тел» для поступательных ветроэлектрогенераторов, то многие видели рекламные надувные фигуры на бензоколонках, которые качаются от ветра.

Такие надувные формы (их можно выполнять в виде шаров, эллипсоидов, надувных матрацев и т.д.) также могут поработать на экологически чистую электроэнергию. Их преимущество в том, что они, «отвязавшись» и движимые ветром, никого из людей серьезно не травмируют.

Так, например, можно использовать воздушный шар как рабочее тело для поступательного ветроэлектрогенератора соленоидного типа. Магнит привязывается к шару, а катушка «якорится», причем лучше использовать упругие соединения, чтобы не порвать шар и не повредить катушку и электронику (упомянутые выше выпрямительную, сглаживающую и накопительную системы).

Энергию ветра можно задействовать для выработки электричества еще и на парусных судах в местах крепления парусов (тут больше подойдут электрогенерирующие крепления на пьезокристаллах, чтобы не создавать больших перемещений). Выработанное электричество пойдет на зарядку аккумулятора как дополнительной энергетической возможности в случае штиля, для движения на электромоторе и для внутренних нужд судна, скажем, для освещения и холодильных агрегатов.

Энергия волн

Теперь посмотрим, как использовать энергию морских и речных волн. Можно сделать такие генераторы поступательного действия, где рабочими телами будут служить не большие щиты или другие крупные геометрические формы, а небольшие пластины.

Электрогенерирующие крепления останутся такими же (на соленоидах или же на пьезокристаллах), но только меньших размеров. Наборы из таких пластинчатых электрогенераторов установим на плавучих средствах на уровне их ватерлиний. Они (генераторы), в силу их небольших размеров, не будут слишком сильно портить обвод судна. Следует позаботиться и о гидроизоляции генераторов, поместив их под водонепроницаемую эластичную оболочку. Волны, бьющие по судну (по пластинам), будут вырабатывать электроэнергию для двигателя (ходовая часть) и для внутренних нужд судна, что позволит избавиться от громоздкого и опасного (переворачивающего плавучее средство) паруса, с которым, кроме того, сложно идти против ветра, и загрязняющих окружающую среду моторов и генераторов внутреннего сгорания.

Использовать энергию волн у берега – еще проще, закрепив соленоиды к пирсу, дебаркадеру или другому сооружению. Здесь возьмем щиты и крепления побольше: в этом случае обтекаемость только повредит.

Генератор в виде плота

Для этой же цели (использования энергии волн) предназначен «плот-электрогенератор». Здесь волны будут обеспечивать движение поплавков друг относительно друга, что при помощи стоек на шарнирах вызовет движение магнитов относительно соленоидов.

Напомним, что магниты, соленоиды и пружины составляют поступательные генераторы, прикрепленные к стойкам на шарнирах. Аккумулятор и электронный блок заключены в общий жесткий кожух, подвешенный на канатах к стойкам.

Система стоек, шарниров и пружин, не ограничивая полностью взаимные перемещения поплавков, в то же время не даст плоту распасться. А относительное движение магнитов и соленоидов обеспечит выработку тока в соленоидных обмотках, который будет передаваться по проводам в электронный блок. Там он пройдет выпрямитель и сглаживающий элемент, после чего поступит в аккумулятор плота или по кабелям будет передаваться на берег или на судно, буксирующее плот для своих энергетических нужд.

Для более полного использования всех направлений воздействия волн можно из таких плотов составить конгломерат, разместив их под оптимальным углом друг относительно друга, или же на одном плоту сделать комплексную (учитывающую все возможные относительные перемещения поплавков), более сложную систему стоек шарниров и пружин.

Использование перепадов уровней воды

Поступательные генераторы подходят также и для использования энергии перепадов уровней воды у рек, водопадов, приливов и отливов. Они будут работать вместо гидротурбин. Эффективность их, по предварительным оценкам, меньше, но зато поступательные генераторы вместе с сопутствующими устройствами здесь проще построить: ведь гидротурбинные генераторы, в силу их принадлежности к вращающимся, нуждаются в точности изготовления, балансировке и хороших подшипниках.

Самой простой для выполнения является следующая схема. Соленоид закрепляется на берегу (очень хорошо к мосту) речки или водопада, а к магниту привязывается поплавок, опущенный в воду. Если течение турбулентное, а это мы наблюдаем в быстрых речках и водопадах, то поплавок будет колебаться и передаст колебания магниту, что и требуется для выработки электроэнергии. Магнит вместе с поплавком не уплывет из‑за того, что магнит закреплен к днищу бобины соленоида пружиной. Эта схема очень напоминает вышеприведенную поплавковую схему для использования энергии волн.

Есть еще одна достаточно хорошо известная система. Сверху в накопительную чашу идет непрерывный поток воды, например из отводного канала от речки. Чаша заполняется. Когда гидростатическое давление на конец трубки, находящейся в этой емкости, превысит определенный «порог запирания» (ведь в трубке пока воздух), вода начнет через нее проходить и выльется на поступательный генератор, находящийся внизу. Уровень воды в чаше спустится ниже изогнутого конца трубки, и воздух опять «запрет» ее.

За счет поступления воды сверху снова произойдет заполнение емкости до максимального уровня. А при нем гидростатическое давление способно «отпереть» трубку (и т. д.). Тем самым обеспечивается прерывистое падение воды на поступательный генератор, что и требуется для выработки электроэнергии. После совершения «работы» вода стечет вниз на водосборник, откуда по соответствующему каналу поступит опять в речку, но уже на более низком уровне.

Поступательные генераторы, предназначенные для использования прерывистых падений на них жидкости, выглядят так. Соленоидного типа – здесь наклонная кювета для сбора и слива воды жестко крепится к магниту, находящемуся внутри закрепленного соленоида. А сам магнит снизу подпирает пружина, закрепленная к днищу бобины соленоида. Пьезоэлектрического типа – здесь такая же кювета опирается на пьезокристалл.

Есть устройство такого же предназначения, но другого типа – это поворачивающаяся (в вертикальной плоскости) на шарнире чаша. Она имеет разные центры тяжести в ненаполненном и наполненном состояниях. В ненаполненном состоянии чаша находится в устойчивом равновесии: она опирается на шарнир и подставку. Вертикаль, опущенная из ее центра тяжести, проходит через площадь опоры. Но по мере заполнения чаши водой, например из отводного канала от речки, ее центр тяжести смещается. И когда вертикаль, опущенная из нового центра тяжести выйдет за площадь опоры, чаша начнет переворачиваться.

По мере переворачивания вертикаль из центра тяжести все больше и больше будет выходить за площадь опоры. В конце концов жидкость из чаши выльется на поступательный генератор, а затем в водосборник и в возвращающий к речке канал. Пустая же чаша возвратится в свое исходное положение устойчивого равновесия, снова начнет заполняться водой, и цикл повторится.

Совершенствование конструкций

Можно придумать еще много возможностей для использования электрогенераторов поступательного действия, вариантов их конструктивного выполнения и сопутствующих им устройств. Автор надеется, что эти генераторы займут свою «нишу» в области выработки экологически чистой электроэнергии.

Если по каким‑то причинам электрогенераторы поступательного действия не могут быть построены и применены или уже имеются обычные генераторы, действующие от вращательных движений, то некоторые поступательные движения, имеющие достаточную амплитуду (например, качания веток деревьев от ветра, движения поплавка или воздушного шара), все равно могут быть использованы, так как существуют механические передачи, преобразующие поступательные движения во вращательные.

Можно назвать, например, реечную передачу, винтовую (как у детской игрушки – юлы) и ременную с катушкой: на катушку наматываем ремешок, леску или кабель и присоединяем к ней возвратную пружину, например спиральную. А для еще большей эффективности выработки электроэнергии таким способом надо в качестве мультипликатора поставить коробку передач, как в автомобиле или велосипеде, и переключать скорости (передаточное число) в зависимости от силы ветра или волн на текущий день или час.

Если мы оценим, какая часть «приземной» воздушной поверхности, подверженной воздействию ветров, еще не «задействована» для выработки электричества, какая водная поверхность с волнами и сколько рек и водопадов пока не «работают» (это еще не говоря о солнечных лучах и геотермальных источниках), то мы увидим, что у экологически чистой энергетики есть большое будущее.

Изготовление этого довольно мощного линейного электрогенератора не потребует сложной работы. Его конструкция безумно примитивна и гениальна одновременно. Основана она на возвратно-поступательных движениях. Чтобы сделать это устройство, которое может запитать вечный фонарик или выполнять функции зарядного устройства для телефонов, нужно не более получаса.

Автор этой модификации вечного фонарика Игорь Белецкий усовершенствовал его, увеличив КПД. Главный элемент в этой конструкции – мощный неодимовый магнит в виде цилиндра. Его можно также собрать его из нескольких шайб. Диаметр одной шайбы 30 мм. Приобрести их можно в китайском интернет-магазине. В старых игрушках можно найти цилиндрический корпус с диаметром, немногим меньшим, чем размер магнита.

С обеих концов нужно поставить заглушки с амортизаторами. Это могут быть пружинки, но лучше, чтобы были магниты. В результате большой магнит не теряет энергию в крайнем положении, а запасает ее для обратного хода. Это сильно увеличивает эффективность электрогенератора.

Далее нужно намотать по центру цилиндра катушку. Толщина и количество провода определяют выходное напряжение и ток генератора. Чем толще провод, тем меньше напряжение, но выше ток. И наоборот. К примеру для слабенького светодиодного фонаря будет достаточно 500 витков провода сечением 0,2 мм. Для зарядки телефона нужно использовать провод 0,5 мм. Витков – 300.

На выходах катушки нужно установить диодный мост для преобразования переменного тока в постоянный. А для простой лампочки этого не требуется.

Таким простым можно получить мощность в пределах нескольких ватт. Этого достаточно для подзарядки телефонов в походах. Можно использовать ионистор для создания запаса электричества. Он заряжается очень быстро и держит заряд долго. Он отличная альтернатива аккумуляторам.

Забудьте про батарейки, сделав этот отличный и мощный генератор.

А если вот так вот. Мы знаем что если к лопастям кулера приклеить маленькие Неодимовый магниты и один более мощнее поставить рядом то кулер завертелся. Если куллер, значит есть ток и можно заряжать батарею, используя не сложные схемы, о которых я не знаю. Ну если всё это аккуратно сложить в корпус фонарика, то будет прикольно. Ну очумелые ручки, если кто знает про что, давайте обмозгуем.

Обсуждение

Роман Соколов
Уважаемый Игорь, мне нужен Ваш совет. Задумал сделать на основе подобного линейного генератора демпфер для амортизационной вилки велосипеда. Немного поясню, вдруг вы не в курсе дела что это. У амортизационной вилки есть пружина которая поглощает энергию удара от неровностей дороги, но она же ее и практически полностью возвращает и бьет велосипедисту по рукам. Для того чтобы вилка по праву называлась амортизационной нужен кроме пружины демпфер, который свободно дает сжиматься пружинам, но сопротивляется с определенным усилием при ее разжатии. В теории. линейный генератор для этого прекрасно подходит, достаточно поставить диод и тогда в одну сторону шток с магнитами должен проходить свободно, а в другую сопротивляться вырабатывая ток. А вот тут и загвоздка, генератор должен быть достаточно мощным, подключаться скорее всего будет накоротко или с достаточно мощной нагрузкой. Как его рассчитать хотя бы приблизительно. Какое сечение провода, сколько витков, возможно обмотку лучше сделать сегментированой, и вообще стоит ли браться, возможно под эту задачу он будет слишком громоздким.

Александр Мельник

Игорь,у меня был такой фонарик,китайский.В самом деле вечный.На столько вечный что я его подарил. Ну что за фонарик в который не нужно покупать батарейки? Он у меня в машине,в багажнике лежал на всякий случай. Подарил хорошему знакомому. Больше такие мне не попадались.
Я не про то. Я хочу спросить. У меня есть интересная идея,хочу попробовать. С несколькими линейными генераторами. Идея компоновки. Но я больше механик.. Вот скажите, какую можно снять мощность с такого генератора? Неодимовый магнит вроде как мощная штука…

Если я объединю в общий привод… к примеру.. 6 таких генераторов. Как у Вас в ролике. Они будут на валу,образно говоря.То есть я буду подводить к ним энергию вращения,которая будет преображаться в возвратно-поступательную линейного генератора.И тут понятно,что чем выше частота колебаний,тем больше импульсов. Понимаете?
На вскидку можете что то сказать? Вы же с ними работаете,значит понимаете что к чему.
В Ютубе когда то был ролик про генератор с линейными генераторами,несколькими, и двумя дисками по торцам. В дисках магниты.Через один полюса меняются. Диски сидят на валу,приводном. Между дисками статор с укрепленными линейными генераторами. При вращении вала вращаются диски. Магниты дисков толкают-притягивают магниты генераторов. Получается согласованная работа генераторов – сбалансированная. Авторы установили на автомобиль этот генератор для тестирования. И говорили о приличных показателях. При размерах немногим больше автомобильного он был мощнее в несколько раз.
Реальны ли эти показатели?
У меня есть собственная идея конструкции,которая позволяет,используя этот принцип делать “упаковку” линейными генераторами очень плотно, то есть существенно уменьшить габариты. Т.е. получить отличный результат в плане размеры/мощность.
И еще. Как с вами списаться, а может потом и созвониться. Хочу обсудить некоторые вопросы по стирлингам. Я как то писал вам в коментах что у меня получился неожиданный эффект с линейным двигателем стирлинга (или правильнее лавуазье?). Катастрофически не хватает времени на эксперименты с этой темой. Но она мне очень интересна. Я немного пробовал. Вопросов больше чем ответов. Но идей еще больше. Вижу перспективу в стирлингах на ближайшие года. Я так это вижу по крайней мере. В планах плотно заняться. Но не хватает времени и опыта (со стирлингами). Неплохо было бы с вами наладить контакт, если вы не против.
В комментариях обсуждать технические вопросы не хочу по ряду причин.

Игорь белецкий
мысли это очень хорошо! А главное правильно ведь мыслите, все вами предложенное вполне может быть реализовано, много уже людей об этом упоминали, дело лишь в том что никто пока промышленно в этом не заинтересован.

Petro golovatyi
такой маленький генератор будет работать даже от вибрации двигателя на подушках. А для побольших надо найти места получше – и они есть при движении. Сами посмотрите как незакрепленные вещи в машине вибрируют и перемещаются.

Сергей химик
игорь, а что придумать из прямоугольных магнитов? Намагничивание аксиальное, как расположить катушки и использовать вращение через редуктор, чтобы избежать трясучки? Думаю тут будет хорошая прибавка в мощности.

Игорь белецкий
тогда только по кругу ставить катушки и вращать магниты закрепленные на диске, я уже показывал не раз такие генераторы, вполне работоспособно и кпд выше, но устройство конечно на порядок сложнее. У каждой схемы свои плюсы и минусы.

Iskatel
а если на металлическую трубку намотать катушку, и пластиковую внутрь. А потом магнит цилиндрический внутрь толкать, а выталкивать будет такой же у конца трубки. Можно ли таким образом сделать фонарик, который одной рукой заряжается, заменить китайский ширпотреб с шестернями. Просьба хоть подскажите. Очень надо)

павел героним
интересная вещь для похода. Однако немного но. Вес зарядки, играет немалую роль в рюкзаке. Телепать придется от часа до 3 в зависимости от тока – возможно вращательное или сжимательное (типа фонарика жучка) движение удобней. Я тоже интересовался методами восстановления энергии в походе для телефонов и навигатора, но пока остановился на литиевых акб- проще взятm с собой пачку заряженных. Но есть нереализованные мысли – элемент пельтье нагрев на костре – довольно сложно реализовать место склейки (biolite уже выпустили походную зарядку). Ну и все возможные варианты от тепла костра – это обычно есть всегда и в больших количествах, в походе. Парогенератор? Легкий и компактный.

Chakat netstalker
посмотрев ваше видео родилась бредовая идея, а если магнит превратить в поршень и им раскручивать колесо которое будет закреплно на моторе, по типу парового двигателя паровоза, которое будет вращятся за счет энергии получаемой с катушки, ей и питаем мотор. Такого вечного двигателя я не видел в ютубе.

Whitebeastify
это плохая идея, есть для этого электродвигатели которые напрямую преобразуют энергию во вращательное движение, а ты предлагаешь энергию преобразовывать сначала во возвратно – поступательное движение, а потом во вращательное, значит усложнить двигатель, добавить кучу деталей, увеличить вес и понизить кпд.

Игорь белецкий
+whitebeastify не всем удобно крутить это раз, и где же там вращательное движение интересно. Никакого усложнения нет – наоборот, это самый простой генератор, изучите внимательнее факты.

Whitebeastify
+игорь белецкий
игорь, ваша идея мне наоборот понравились, даже думаю сделать такой генератор, и неодимовый магнит примерно такого размера есть, но я написал не по вашему видео, а по предыдущему каменту, где некий chakat предлагал, как я понял, использовать ваш генератор в качестве двигателя, где магнит был бы поршнем и на катушку подавался бы переменный ток и затем преобразовывать возвратно поступательные движения поршня, через кривошип, во вращение вала.

Chakat netstalker
нет я не предлагал использовать как двигатель, а именно как генератор.
На колесе установлен мотор который получает возвратно поступательные движения поршня, через кривошип, но на поршне неодимовый магнит который при вращении ходит в зад в перед внутри катушки. Таким макаром получаем ток который который подключаем к мотору он то и вращает вал мотора.
Надеюсь выразился понятно. А вообще это бред как и все вечные двигатели

sandu / alexandru / sasha
где можно наити diainster или супер конденсатор?

Было бы интересно, таким способом заряжать смартфоны.

Игорь белецкий
это вполне возможно, из таких конденсаторов можно делать батарею и пользоваться ею как аккумулятором, просто они ещё дороги, поэтому широко ещё не распространены.

Virtualis
очень смахивает на “спицу” генератора шкондина. Добавь в цепь магнито-мотор, будет подобие. С той разницей что он годами оттачивал величины. А вообще шкондин изобрел (почти) вечный двигатель, а всему миру пофиг.

игорь белецкий
неее, боюсь столько не натрусить в реальном времени(разве что кинуть понемногу в аккум а потом оттуда резко взять), этож поди ват десять надо. Такую мощь, без особого напряга, можно только на генераторе вращения с магнитопроводами получить. Здесь 2-3 вата максимум, это что бы рука быстро не уставала. У этого кпд маленький процентов 20 не более, но зато он простой как палка. Так везде в природе, на чем то выигрываешь, на чем то проигрываешь.

Alex tango
+игорь белецкий привы посмотрел зарядку у ипада 5. 2 вольта на 2. 4 ампера, p=ui=5. 2*2. 4=12. 48 ватей, для зарябки в авто подходит 2 амперная, если будет 1 а – как повсеместно китайские – показывать заряд не будет!

Alex sambo
игорь, может быть немножко не по теме но подам вам информацию для размышлений и возможно идею для будущих экспериментов. Недавно увидел в сети новую немецкую разработку солнечной батареи, которая по идее должна отлично подходить для нашего региона, где бывает не так много солнца. Https: //www. Youtube. Com/watch? V=d3sn3hraezs и https: //www. Youtube. Com/watch? V=ipj92nollpq самым главным здесь является линза являющаяся собой большой пластиковый резервуар в виде шара заполненный водой, и за солнечным пятном которое фокусирует эта линза ездит система позиционирования с небольшой солнечной батареей, которая благодаря такой системе может вырабатывать примерно 3, 4 квт. Часов в день. Как по мне это неплохая идея но самым сложным будет здесь сделать резервуар такого размера. Да и зимой в связи с тем что используется вода не получиться использовать её использовать, так как вода замёрзнет и разорвёт резервуар, разве что использовать какую-нибудь другую жидкость или гель. Что вы думаете про такую солнечную батарею?

Игорь белецкий
идея конечно не нова, видел я этот ролик, но думаю нет смысла городить такой огород. Давно уже это делали при помощи обыкновенных концентраторов и эффект был даже лучше и проще конструкция. Тот факт что таким образом от панелей получаем больше энергии не открытие, там другая проблема сразу возникает, нужно хорошо эти фотоэлементы охлаждать, иначе толку не будет. Так что везде есть свои нюансы.

Virtualis
я вот все думал и думал по этой теме и пришел к выводу. Что в качестве комерческого проекта достаточно ручку приделать и будет такая себе погремушка для взрослых. А с маховиками развивая тему упремся в гибрид фонарика и эспандерав том или похожем виде). Для серьезных мощностей схема иная.

Барни калхун
кстати и ионисторы необязательны, достаточно и обычных больших электролитов из современных блоков питания, примерно более 100мкф. Но диоды подключать как делал игорь нельзя. Поищите в интернете схему блокинг генератора, или вора джоуля, а так же очень желательно стабилизатор напряжения на кренке, тогда конденсатор будет действительно заряжаться и подчеркиваю накапливать энергию. В схеме предложенной игорем обычный диодный мост со сглаживающим конденсатором, он просто не успевает зарядиться и сразу разряжается на нагрузку.

Идея для игоря – возьмите лучше всего стеклянную тарелку, и положите в неё подшипник, начните двигать тарелку поступательными движениями в такт кручения подшипника. На этом принципе тоже можно собрать генератор, причем скорость шарообразного магнита внутри тора будет там весьма впечатляющая.

Владимир счастье
хорошо. Но ведь ионисторы отличаются низкими напряжениями, и не любят повышенного. А этой штукой можно много натрясти. Или кратковременные импульсы не убьют ионистор?
Ставить стабилитрон – такой себе вариант, он съедает почти всё из-за сопротивления.

Игорь белецкий
схема классическая, четыре диода и параллельно кондер на выходе, в поиске задайте схема выпрямителя и выдаст массу этих схем на любой вкус, ничего мудреного там нет.

Игорь белецкий
приходила конечно, тем более что генератор давно лежит и ждет этого, скажу более хотел сделать это ещё этой осенью, но как всегда планы имеют место сдвигаться. Но сделаю обязательно, я даже определился в типом конструкции – это будет турбина не больших размеров, не более метра в диаметре, такой себе балконный вариант. Так что в планах имеется и будет обязательно.

Игорь белецкий
думаю до дыр его истереть будет не просто, ну а если что то и новый сделать не сложно, цена ему копейки. А выпрямители давно продаются на радиорынках готовые, на любое напряжение, так что самому делать уже и не надо, это я так сам развлекаюсь. В поиске найдете много вариантов, уверен.

Alex sambo
+игорь белецкий
давно уже думал именно о такой конструкции и именно с ионисторами), а вот про амортизаторы на магнитах не приходили мысли, я больше склонялся, чтобы использовать пружинки с обеих сторон магнита с мягким “ходом” (ну или резинки и трубку подлиннее, чтобы инерции было побольше). Не знаю правда насколько это будет эффективно, надо всё проверять на практике.
И к стати этот генератор должен хорошо подойти тем, кто часто ходит пешком, закрепить его где-то на рюкзаке за спиной и во время ходьбы будет вырабатываться электроэнергия, которая будет заряжать ионисторы, а потом уже от них можно заряжать всё что угодно.

Alex tango
резинко порвется отднозначно, пружины будут клацать в мозг, магниты оптимал, корпус любой из немагнитного материала, хоть керамический, хоть пвх труба – быстро не протрет, он вертикальный напруга на стены и трение не велики.

Vladimir lokot
+alex tango можно использовать и металл аллюминий, медь или сплав латунь, но будет побочный эффект – наведения токов фуко в корпусе этого аппарата. Насколько это критично в такой самоделке можно выяснить наверное только экспериментальным путем.

денис т
приветствую! Наверное все слышали о магнитной подвеске bose для авто, поэтому у меня появилась мысля сделать аналогичную в домашних условиях, ну или на крайний случай если не получится то сделать рекуперативную подвеску а-ля фонарик фарадея для второго аккумулятора или ионистров. Кто что посоветует?

Игорь белецкий
совершенно верно, а лучше просто крепить его на ноге липучкой или ремешком, пониже к стопе, или ещё как. В мире эту тему уже давно обсуждают для военных. Для туристов есть powerpeg.

V. Vereschaga
+игорь белецкий, или в машине прямо к колесу. Т. Е. Не к колесу, а к тому месту, где оно крепится – до амортизатора (не автомобилист, не могу термином сказать).
И еще вопрос, игорь. Сколько ваш фонарик горит от данного ионистора? Как долго он разряжается и как это посчитать не подскажете? Кроме того, если напряжение у нас написано в характеристиках конденсатора (5, 5 вольта), то сила тока будет не так однозначна (максимальную можно замерить коротким замыканием на амперметр, правда не уверен, что это будет безопасно для последнего, ионистора и здоровья). После того, как выяснится данный вопрос, нужно или подбирать и подключать светодиоды последовательно, или ограничивать ток резистором. Я прав или нет?
Спасибо!

Игорь белецкий
+v. Vereschaga маленький фонарик очень ярко горит примерно минуту, потом свечение уменьшается и продолжает гореть ещё несколько минут слабым светом, но это же я заряжал ионистор рукой в течение ну максимум полуминуты наверное, но это же не полная его емкость. Короче надо еще поэкспериментировать.

ribakin
осталось доработать систему автоматической тряски или еще чего – и можно вообще сажать на любой гаджет – телефон в первую очередь! В дороге лишь бы раскачивался от чего-либо и все. Потом собрать сборку из таких, подключить инвертор и. Фантазия, фантазия.

Игорь белецкий
тема очень интересная, думаю я к ней ещё не раз вернусь, жаль конечно что они пока ещё дорого стоят, много не накупишь. В интернете уже есть много роликов об ионисторах, правда на английском, будем работать.

Andrey kartashow
если я правильно уловил ход ваших мыслей, то скоро мы увидим батарею из самодельных термопар от которой засветим фонарик. Например медь-алюминий. За ионистор плюс однозначно. Кстати. Смею предложить поставить после выпрямителя dc-dc преобразователь.

игорь. Собери ионистровую баттарею хорошей мощности. Давно мечтаю, и наверное скоро сам соберу.
Главная проблема ионистров – падение напряжения. С помощью парралельныхпоследовательных подключений можно регулировать напряжение. Если суметь сделать легкую систему переключения на этой основе – цены им не будет.

Andrey kartashow
а что за проблема с падением напряжения? Есть сборки ионисторов с самобаллансировкой. Выпускаются фирмой epocs. Сам мечтаю собрать батарею. Только дороговаты они.

Vladimir lokot
> в 2008 году индийские исследователи разработали опытный образец ионистора на основе графеновых электродов, обладающий удельной энергоёмкостью до 32 вт·ч/кг, сравнимую с таковой для свинцово-кислотных аккумуляторов (30-40 вт·ч/кг) . (С) википедия
даже если закрыть глаза на цену, то все равно литий пока вне конкуренции:
удельная энергоёмкость: 110 … 230 вт*ч/кг; (с) википедия
ну сами посудите.
Я не умаляю возможностей ионисторов, они прекрасно работают как буфер, когда нужно быстро зарядится большим током или быстро разрядится отдав много энергии. Никакие аккумуляторы этого не могут. Но как основной накопитель на тех технологиях что есть сейчас они не айс совсем.

Виталий якубов
– как напряжение зависит от толщины провода? Даже полез в википедию, там написано только от числе витков. Другое дело, что тонкий провод может расплавиться от большой мощности.

[email protected]

Юрий Скоромец

В привычных для нас двигателях внутреннего сгорания начальное звено– поршни, совершают возвратно-поступательное движение. Затем это движение, с помощью кривошипно-шатунного механизма преобразовывается во вращательное. В некоторых устройствах первое и последнее звено совершают один вид движения.

Например, в двигатель-генераторе нет необходимости сначала возвратно-поступательное движение преобразовывать во вращательное, а затем, в генераторе, из этого вращательного движения извлекать прямолинейную составляющую, то есть делать два противоположных преобразования.

Современное развитие электронной преобразовательной техники позволяет адаптировать для потребителя выходное напряжение линейного электрогенератора, это дает возможность создать устройство, в котором часть замкнутого электрического контура совершает не вращательное движение в магнитном поле, а возвратно-поступательное вместе с шатуном двигателя внутреннего сгорания. Схемы, поясняющие принцип работы традиционного и линейного генератора, приведены на рис. 1.

Рис. 1. Схема линейного и обычного электрогенератора.

В обычном генераторе для получения напряжения используется проволочная рамка, вращающаяся в магнитном поле и приводимая в движение внешним движителем. В предложенном генераторе, проволочная рамка движется линейно в магнитном поле. Это небольшое и непринципиальное различие дает возможность значительно упростить и удешевить движитель, если в его качестве используется двигатель внутреннего сгорания.

Также, в поршневом компрессоре, приводимом в движение поршневым двигателем, входное и выходное звено совершает возвратно поступательное движение, рис. 2.

Рис. 2. Схема линейного и обычного компрессора.

Преимуществалинейного двигателя

1. Малые габариты и вес, из-за отсутствия кривошипно-шатунного механизма.
   
2. Высокая наработка на отказ, из-за отсутствия кривошипно-шатунного механизма и из-за присутствия только продольных нагрузок.
   
3. Невысокая цена, из-за отсутствия кривошипно-шатунного механизма.
   
4. Технологичность - для изготовления деталей необходимы только нетрудоемкие операции, токарные и фрезерные.
   

Возможность перехода на другой вид топлива без остановки двигателя.


Управление зажиганием с помощью давления при сжатии рабочей смеси.


У обычного двигателя для подачи электрического напряжения (тока) на свечу зажигания должно выполняться два условия:


Первое условие определяется кинематикой кривошипно-шатунного механизма – поршень должен находиться в верхней мертвой точке (без учета опережения зажигания);


Второе условие определяется термодинамическим циклом – давление в камере сгорания, перед рабочим циклом, должно соответствовать используемому топливу.


Одновременно выполнить два условия очень сложно. При сжатии воздуха или рабочей смеси, происходит утечка сжимаемого газа в камере сгорания через кольца поршня и др. Чем медленнее происходит сжатие (медленнее вращается вал двигателя), тем утечка выше. При этом давление в камере сгорания, перед рабочим циклом, становиться меньше оптимального и рабочий цикл происходит при неоптимальных условиях. Коэффициент полезного действия двигателя падает. То есть обеспечить высокий коэффициент полезного действия двигателя можно только в узком диапазоне скоростей вращения выходного вала.


Поэтому, например, коэффициент полезного действия двигателя на стенде составляет примерно 40%, а в реальных условиях, на автомобиле, при разных режимах движения, эта величина падает до 10…12%.


В линейном двигателе нет кривошипно-шатунного механизма, поэтому не надо выполнять первое условие, не имеет значения, где находится поршень перед рабочим циклом, имеет значение только давление газа в камере сгорания перед рабочим циклом. Поэтому, если подачейэлектрического напряжения (тока) на свечу зажигания будет управлять не положение поршня, а давление в камере сгорания, то рабочий цикл (зажигание) всегда будет начинаться при оптимальном давлении, независимо от частоты работы двигателя, рис. 3.





Рис. 3. Управление зажиганием с помощью давления в цилиндре, в цикле «сжатие».


Таким образом, в любом режиме работы линейного двигателя, мы будем иметь максимальную площадь петли термодинамического цикла Карно, соответственно, и высокий коэффициент полезного действия при разных режимах работы двигателя.


Управление зажиганием с помощью давления в камере сгорания, также дает возможность «безболезненно» переходить на другие виды топлива. Например, при переходе с высокооктанового вида топлива на низкооктановый вид, в линейном двигателе, надо только дать команду системе зажигания, чтобы подача электрического напряжения (тока) на свечу зажигания происходила при более низком давлении. В обычном двигателе для этого необходимо было бы изменять геометрические размеры поршня или цилиндра.


Реализовать управление зажиганием давлением в цилиндре можно с помощью


пьезоэлектрического или емкостного метода измерения давления.


Датчик давления выполнен в виде шайбы, которая помещена под гайку шпильки крепления головки цилиндра, рис. 3. Сила давления газа в камере сжатия, действует на датчик давления, который находится под гайкой крепления головки цилиндра. И информация о давлении в камересжатия, передается на блок управления моментом зажигания. При давлении в камере, соответствующем давлению зажигания данного топлива, система зажигания подает электрическое напряжение (ток) на свечу зажигания. При резком увеличении давления, что соответствует началу рабочего цикла, система зажигания снимает электрическое напряжение (ток) со свечи зажигания. При отсутствии увеличении давления через заданное время, что соответствует отсутствию начала рабочего цикла, система зажигания подает управляющий сигнал пуска двигателя. Также выходной сигнал датчика давления в цилиндре используется для определения частоты работы двигателя и его диагностики (определение компрессии и др.).


Сила сдавливания прямо пропорциональна давлению в камере сгорания. После того, как давление, в каждом из противоположных цилиндров, станет не меньше заданного (зависит от вида используемого топлива), система управления подает команду для зажигания горючей смеси. При необходимости перейти на другой вид топлива, меняется величина заданного (опорного) давления.


Также регулировка момента зажигания горючей смеси может осуществляться в автоматическом режиме, как в обычном двигателе. На цилиндре размещен микрофон — датчик детонации. Микрофон преобразовывает механические звуковые колебания корпуса цилиндра в электрический сигнал. Цифровой фильтр, из этого набора суммы синусоид электрического напряжения, извлекает гармонику (синусоиду), соответствующую режиму детонации. При появлении на выходе фильтра сигнала соответствующему появлению детонации в двигателе, система управление снижает величину опорного сигнала, который соответствует давлению зажигания горючей смеси. При отсутствии сигнала соответствующему детонации, система управления, через некоторое время увеличивает величину опорного сигнала, который соответствует давлению зажигания горючей смеси, до появления частот предшествующих детонации. Опять, при появлении частот, предшествующих детонации, система снижает опорный сигнал, что соответствует снижению давления зажигания, до бездетонационного зажигания. Таким образом, система зажигания подстраивается под используемый вид топлива.


Принцип работы линейного двигателя.


Принцип работы линейного, как и обычного двигателя внутреннего сгорания, основан на эффекте теплового расширения газов, возникающего при сгорании топливно-воздушной смеси и обеспечивающего перемещение поршня в цилиндре. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня линейному электрогенератору, или поршневому компрессору.


Линейный генератор, рис. 4, состоит из двух поршневых пар, работающих в противофазе, что дает возможность сбалансировать двигатель. Каждая пара поршней соединена шатуном. Шатун подвешен на линейных подшипниках и может свободно колебаться, вместе с поршнями, в корпусе генератора. Поршни помещены в цилиндры двигателя внутреннего сгорания. Продувка цилиндров осуществляется через продувочные окна, под действием небольшого избыточного давления, создаваемого в предпускной камере. На шатуне расположена подвижная часть магнитопровода генератора. Обмотка возбуждения создает магнитный поток необходимый для генерации электрического тока. При возвратно-поступательном движении шатуна, а вместе с ним и части магнитопровода, линии магнитной индукции, создаваемой обмоткой возбуждения, пересекают неподвижную силовую обмотку генератора, индуцируя в ней электрическое напряжение и ток (при замкнутой электрической цепи).





Рис. 4. Линейный бензогенератор.


Линейный компрессор, рис. 5, состоит из двух поршневых пар, работающих в противофазе, что дает возможность сбалансировать двигатель. Каждая пара поршней соединена шатуном. Шатун подвешен на линейных подшипниках и может свободно колебаться вместе с поршнями в корпусе. Поршни помещены в цилиндры двигателя внутреннего сгорания. Продувка цилиндров осуществляется через продувочные окна, под действием небольшого избыточного давления, создаваемого в предпускной камере. При возвратно-поступательном движении шатуна, а вместе с ним и поршней компрессора, воздух под давлением подается в ресивер компрессора.




Рис. 5. Линейный компрессор.


Рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта.


5. Такт сжатия. Поршень перемещается от нижней мертвой точки поршня к верхней мертвой точке поршня, перекрывая сначала продувочные окна. После закрытия поршнем продувочных окон, происходит впрыск топлива ив цилиндре начинается сжатие горючей смеси.В предпускной камере под поршнем создается разряжение, под действием которого через открывающийся клапан поступает воздух в предпускную камеру.
   

   2. Такт рабочего хода. При положении поршня около верхней мертвой точки, сжатая рабочая смесь воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к нижней мертвой точке, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно, поршень создает высокое давление в предпускной камере. Под действием давления клапан закрывается, не давая, таким образом, воздуху попасть во впускной коллектор.
   

   Система вентиляции
   

   При рабочем ходе в цилиндре, рис. 6 рабочий ход, поршень под действием давления в камере сгорания, движется по направлению указанном стрелкой. Под действием избыточного давления в предпускной камере, клапан закрыт, и здесь происходит сжатие воздуха для вентиляции цилиндра. При достижении поршнем (компрессионными кольцами) продувочных окон, рис. 6 вентиляция, давление в камере сгорания резко падает, и далее поршень с шатуном движется по инерции, то есть масса подвижной части генератора играет роль маховика в обычном двигателе. При этом полностью открываются продувочные окна и сжатый в предвпускной камере воздух, под действием разницы давлений (давление в предпускной камере и атмосферное давление), продувает цилиндр. Далее, при рабочем цикле в противоположном цилиндре, осуществляется цикл сжатия.
   

   При движении поршня в режиме сжатиясжатия, рис. 6 сжатие, поршнем закрываются продувочные окна, осуществляется впрыск жидкого топлива, в этот момент воздух в камере сгорания находится под небольшим избыточным давлением начала цикла сжатия. При дальнейшем сжатии, как только давление сжимаемой горючей смеси станет равным опорному (заданному для данного вида топлива), на электроды свечи зажигания будет подано электрическое напряжение, произойдет зажигание смеси, начнется рабочий цикл и процесс повторится. При этом двигатель внутреннего сгорания представляет собойтолько два соосных и противоположно размещенных цилиндра и поршня, связанных между собой механически.
   

   
   

   Рис. 6. Система вентиляции линейного двигателя.
   

   Топливный насос
   

   Привод топливного насоса линейного электрогенератора, представляет собой кулачковую поверхность, зажатую между роликом поршня насоса и роликом корпуса насоса, рис. 7. Кулачковая поверхность совершает возвратно поступательное движение вместе с шатуном двигателя внутреннего сгорания, и раздвигает ролики поршня и насоса при каждом такте, при этом поршень насоса движется относительно цилиндра насоса и происходит выталкивание порции топлива к форсунке впрыска топлива, в начале цикла сжатия. При необходимости изменить количество выталкиваемого за один такт топлива, осуществляется поворот кулачковой поверхности относительно продольной оси. При повороте кулачковой поверхности относительно продольной оси, ролики поршня насоса и ролики корпуса насоса, будут раздвигаться или сдвигаться (в зависимости от направления вращения) на разное расстояние, изменится ход поршня топливного насоса и изменится порция выталкиваемого топлива. Поворот возвратно-поступательно движущегося кулачка вокруг своей оси, осуществляется с помощью неподвижного вала, который заходит в зацепление с кулачком посредством линейного подшипника. Таким образом, кулачок движется возвратно-поступательно, а вал остается неподвижным. При повороте вала вокруг своей оси, осуществляется поворот кулачковой поверхности вокруг своей оси и ход топливного насоса изменяется. Вализменения порции впрыска топлива, приводится в движение шаговым двигателем или вручную.
   

   
   

   Рис. 7. Топливный насос линейного электрогенератора.
   

   Привод топливного насоса линейного компрессора, представляет собой также кулачковую поверхность, зажатую между плоскостью поршня насоса и плоскостью корпуса насоса, рис. 8. Кулачковая поверхность совершает возвратно-вращательное движение вместе с валом шестерни синхронизации двигателя внутреннего сгорания, и раздвигает плоскости поршня и насоса при каждом такте, при этом поршень насоса движется относительно цилиндра насоса и происходит выталкивание порции топлива к форсунке впрыска топлива, в начале цикла сжатия. При работе линейного компрессора нет необходимости менять количество выталкиваемого топлива. Работа линейного компрессора подразумевается только в паре с ресивером – накопителем энергии, который может сглаживать пики максимальной нагрузки. Поэтому целесообразно выводить двигатель линейного компрессора только на два режима: режим оптимальной нагрузки и режим холостого хода. Переключение между этими двумя режимами осуществляется с помощью электромагнитных клапанов, системой управления.
   

   
   

   Рис. 8. Топливный насос линейного компрессора.
   

   Система пуска
   

   Система пуска линейного двигателя осуществляется, как и у обычного двигателя, с помощью электропривода и накопителя энергии. Пуск обычного двигателя происходит с помощью стартера (электропривода) и маховика (накопителя энергии). Пуск линейного двигателя осуществляется с помощью линейного электрокомпрессора и пускового ресивера, рис. 9.
   

   
   

   Рис. 9. Система пуска.
   

   При пуске, поршень пускового компрессора, при подаче питания, поступательно движется за счет электромагнитного поля обмотки, а затем пружиной возвращается в исходное состояние. После накачки ресивера до 8…12 атмосфер, питание снимается с клемм пускового компрессора и двигатель готов к запуску. Пуск происходит путем подачи сжатого воздуха в предвпускные камеры линейного двигателя. Подача воздуха осуществляется с помощью электромагнитных клапанов, работой которых управляет система управления.
   

   Так как система управления не имеет информации, в каком положении находятся шатуны двигателя, перед пуском, то подачей высокого давления воздуха в предпускные камеры, например, крайних цилиндров, поршни гарантировано передвигаются в исходное состояние перед запуском двигателя.
   

   Затем производится подача высокого давления воздуха в предпускные камеры средних цилиндров, таким образом, производится вентиляция цилиндров перед запуском.
   

   После этого производится подача высокого давления воздуха опять в предпускные камеры крайних цилиндров, для запуска двигателя. Как только начнется рабочий цикл (датчик давления покажет высокое давление в камере сгорания, соответствующее рабочему циклу), система управления, с помощью электромагнитных клапанов прекратит подачу воздуха от пускового ресивера.
   

   Система синхронизации
   

   Синхронизация работы шатуновлинейного двигателя осуществляется с помощью синхронизирующей шестерни и пары зубчатых реек, рис. 10, прикрепленных к подвижной части магнитопровода генератора или поршней компрессора.Зубчатая шестерня одновременно является приводом масляного насоса, с помощью которого осуществляется принудительная смазка узлов трущихся деталей линейного двигателя.
   

   
   

   Рис. 10. Синхронизация работы шатунов электрогенератора.
   

   Уменьшение массы магнитопровода и схемы включения обмоток электрогенератора.
   

   Генератор линейногобензогенератора представляет собой синхронную электрическую машину. В обычном генераторе ротор совершает вращательное движение, и масса подвижной части магнитопровода не является критичной. В линейном генераторе подвижная часть магнитопровода совершает возвратно-поступательное движение вместе с шатуном двигателя внутреннего сгорания, и высокая масса подвижной части магнитопровода делает работу генератора невозможной. Необходимо найти способ уменьшения массы подвижной части магнитопровода генератора.
   

   
   

   Рис. 11. Генератор.
   

   Для уменьшения массы подвижной части магнитопровода, необходимо уменьшить его геометрические размеры, соответственно уменьшится объем и масса, рис 11. Но тогда магнитный поток пересекает только обмотку в одной паре окон вместо пяти, это равнозначно, что магнитный поток пересекает проводник в пять раз короче, соответственно, и выходноенапряжение (мощность) уменьшиться в 5 раз.
   

   Для компенсации уменьшения напряжения генератора необходимо добавить количество витков в одном окне, таким образом, чтобы длина проводника силовой обмотки стала такой же, как и в первоначальном варианте генератора, рис 11.
   

   Но чтобы большее количество витков легло в окне с неизменными геометрическими размерами, необходимо уменьшить поперечное сечение проводника.
   

   При неизменной нагрузке и выходном напряжении, тепловая нагрузка, для такого проводника, в этом случае увеличится, и станет больше оптимальной (ток остался такимже, а поперечное сечение проводника уменьшилось почти в 5 раз). Это было бы в том случае, если обмотки окон соединены последовательно, то есть когда ток нагрузки протекает через все обмотки одновременно, как в обычном генераторе.Но если к нагрузке попеременно подключать только обмотку пары окон, которую в данный момент пересекает магнитный поток, то эта обмотка за такой короткий промежуток времени, не успеет перегреться, так как тепловые процессы инерционны. То есть необходимо попеременно подключать к нагрузке только ту часть обмотки генератора (пару полюсов), которую пересекает магнитный поток, остальное время она должна остывать.Таким образом, нагрузка все время включена последовательно только с одной обмоткой генератора.
   

   При этом действующее значение тока, протекающего через обмотку генератора, не превысит оптимальной величины, с точки зрения нагрева проводника. Таким образом, можно значительно, более чем в 10 раз, снизить массу не только подвижной части магнитопровода генератора, а и массу неподвижной части магнитопровода.
   

   Коммутация обмоток осуществляется с помощью электронных ключей.
   

   В качестве ключей, для попеременного подключения обмоток генератора к нагрузке, используются полупроводниковые приборы – тиристоры (симисторы).
   

   Линейный генератор, это развернутый обычный генератор, рис. 11.
   

   Например, при частоте соответствующей 3000 цикл/мин и ходе шатуна 6 см, каждая обмотка будет нагреваться в течении 0.00083 сек, током в 12 раз превышающим номинальный, остальное время — почти 0,01 сек, эта обмотка будет охлаждаться. При уменьшении рабочей частоты, время нагрева будет увеличиваться, но, соответственно, будет уменьшаться ток, который течет через обмотку и через нагрузку.
   

   Симистор –это выключатель (может замыкать или размыкать электрическую цепь). Замыкание и размыкание происходит автоматически. При работе, как только магнитный поток начнет пересекать витки обмотки, то на концах обмотки появляется индуцированное электрическое напряжение, это приводит к замыканию электрической цепи (открыванию симистора). Затем, когда магнитный поток пересекает витки следующей обмотки, то падение напряжения на электродах симистораприводит к размыканию электрической цепи. Таким образом, в каждый момент времени, нагрузка все время включена, последовательно, только с одной обмоткой генератора.
   

   На рис. 12 показан сборочный чертеж генератора без обмотки возбуждения.
   

   Большинство деталей линейных двигателей, образованы поверхностью вращения, то есть имеют цилиндрические формы. Это дает возможность изготавливать их с помощью самых дешевых и поддающихся автоматизации токарных операций.
   

   
   

   Рис. 12. Сборочный чертеж генератора.
   

   Математическая модель линейного двигателя
   

   Математическая модель линейного генератора строится на основе закона сохранения энергии и законов Ньютона: в каждый момент времени, при t 0 и t 1 , должно обеспечиваться равенство сил действующих на поршень. Через малый промежуток времени, под действием результирующей силы, поршень переместится на некоторое расстояние. На этом коротком участке принимаем, что поршень двигался равноускорено. Значение всех сил изменятся согласно законам физики и вычисляются по известным формулам
   

   Все данные автоматически заносятся в таблицу, например в программе Excel. После этого t 0 присваиваются значения t 1 и цикл повторяется. То есть мы производим операцию логарифмирования.
   

   Математическая модель представляет собой таблицу, например, в программе Excel, и сборочный чертеж (эскиз) генератора. На эскизе проставлены не линейные размеры, а координаты ячеек таблицы в Excel. В таблицу вносятся соответствующие предполагаемые линейные размеры, и программа вычисляет и строит график движения поршня, в виртуальном генераторе. То есть, подставив размеры: диаметр поршня, объём предвпускной камеры, ход поршней до продувочных окон и т. д., мы получим графики зависимости пройденного расстояния, скорости и ускорения движения поршня от времени. Это дает возможность виртуально просчитать сотни вариантов, и выбрать самый оптимальный.
   

   Форма обмоточных проводов генератора.
   

   Слой проводов одного окна линейного генератора, в отличие от обычного генератора, лежит в одной закрученной по спирали плоскости, поэтому обмотку проще наматывать проводами не круглого сечения, а прямоугольного, то есть обмотка представляет собой закрученную по спирали медную пластину. Это дает возможность повысить коэффициент заполнения окна, а также значительно увеличить механическую прочность обмоток. Следует учитывать, что скорость шатуна, а значит и подвижной части магнитопровода, не одинакова. Это значит, что линии магнитной индукции пересекают обмотку разных окон с разными скоростями. Для полного использования обмоточных проводов, количество витков каждого окна, должно соответствовать скорости магнитного потока возле этого окна (скорости шатуна). Количество витков обмоток каждого окна выбирается с учетом зависимости скорости шатуна от расстояния, пройденного шатуном.
   

   Также для более равномерного напряжения генерированного тока, можно наматывать обмотку каждого окна медной пластиной разной толщины. На участке, где скорость шатуна не велика, намотка осуществляется пластиной меньшей толщины. В окно поместится большее количество витков обмотки и, при меньшей скорости шатуна на этом участке, генератор будет выдавать напряжение соизмеримое с напряжением тока на более «скоростных» участках, хотя генерированный ток будет значительно ниже.
   

   Применение линейного электрогенератора.
   

   Основное применение описанного генератора - источник бесперебойного питания на предприятиях небольшой мощности, позволяющий подключенному оборудованию продолжительное время работать при пропадании сетевого напряжения, или при выходе его параметров за допустимые нормы.
   

   Электрогенераторы могут применяться для обеспечения электрической энергией промышленного и бытового электрооборудования, в местах отсутствия электрических сетей, а также в качестве силового агрегата для транспортного средства (гибридный автомобиль), в качестве мобильного генератора электрической энергии.
   

   Например, генератор электрической энергии в виде дипломата (чемодана, сумки). Пользователь берет с собой в места, где нет электрических сетей (стройка, поход, загородный дом, и т. д.) При необходимости, нажав на кнопку «пуск», генератор запускается и питает электрической энергией подключенные к нему электрические приборы: электроинструмент, бытовые приборы. Это обычный источник электрической энергии, только гораздо дешевле и легче аналогов.
   

   Применение линейных двигателей дает возможность создать недорогой, простой в эксплуатации и управлении, легкий автомобиль.
   

   Транспортное средство с линейным электрогенератором
   

   Транспортное средство с линейным электрогенератором представляет собой двухместный легкий (250 кг) автомобиль, рис. 13.
   

   
   

   Рис.13. Автомобиль с линейнымбензогенератором.
   

   При управлении не требуется переключать скорости (две педали). За счет того, что генератор может развивать максимальную мощность, даже, при «трогании» с места (в отличие от обычного автомобиля), то разгонные характеристики, даже при небольших мощностях тягового двигателя, имеют лучшие показатели чем аналогичные характеристики обычных автомобилей. Эффект усиления руля и системы ABS достигается программно, так как все необходимое «железо» уже есть (привод на каждое колесо позволяет управлять крутящим или тормозным моментом колеса, например, при повороте руля перераспределяется крутящий момент между правым и левым управляющим колесом, и колеса поворачиваются сами, водитель только разрешает им поворачиваться, то есть управление без усилий). Блочная компоновка позволяет компоновать автомобиль по желанию потребителя (можно без труда за несколько минут заменить генератор на более мощный).
   

   Это обычный автомобиль только гораздо дешевле и легче аналогов.
   

   Особенности-простота управления, дешевизна, быстрый набор скорости, мощность до 12 кВт, привод на все колеса (автомобиль повышенной проходимости).
   

   Транспортное средство с предложенным генератором, из-за специфической формы генератора, имеет очень низкий центр тяжести, поэтому будет иметь высокую устойчивость при движении.
   

   Также такое транспортное средство будет иметь очень высокие разгонные характеристики. В предложенном транспортном средстве может использоваться максимальная мощность силового агрегата при всем диапазоне скоростей.
   

   Распределенная масса силового агрегата не нагружает кузов автомобиля, поэтому его можно сделать дешевым, легким и простым.
   

   Тяговый двигатель транспортного средства, в котором в качестве силового агрегата используется линейный электрогенератор, должен удовлетворять таким условиям:
   

   Силовые обмотки двигателя должны непосредственно, без преобразователя, подключаться к клеммам генератора (для увеличения коэффициента полезного действия электрической трансмиссии и уменьшения цены преобразователя тока);
   

   Скорость вращения выходного вала электродвигателя должна регулироваться в широком диапазоне, и не должна зависеть от частоты работы электрогенератора;
   

   Двигатель должен иметь высокую наработку на отказ, то есть быть надежным в работе (не иметь коллектора);
   

   Двигатель должен быть недорогим (простым);
   

   Двигатель должен иметь высокий крутящий момент при низкой частоте вращения выходного вала;
   

   Двигатель должен иметь небольшую массу.
   

   Схема включения обмоток такого двигателя показана на рис. 14. Путем изменения полярности питания обмотки ротора получаем крутящий момент ротора.
   

   Также путем изменения величины и полярности питания обмотки ротора вводится скольжение вращение ротора относительно магнитного поля статора. Управлением тока питания обмотки ротора, происходит управление скольжением, в диапазоне от 0…100%. Мощность питания обмотки ротора составляет, примерно, 5% от мощности двигателя, поэтому преобразователь тока надо делать не для всего тока тяговых двигателей, а только для их тока возбуждения. Мощность преобразователя тока, например, для бортового электрогенератора 12 кВт, составляет всего 600 Вт, причем эта мощность разделена на четыре канала (для каждого тягового двигателя колеса свой канал), то есть мощность каждого канала преобразователя составляет 150 Вт. Поэтому невысокий коэффициент полезного действия преобразователя не окажет существенного влияния на КПД системы. Преобразователь может быть построен с помощью маломощных, дешевых полупроводниковых элементов.
   

   Ток с выводов электрогенератора без всяких преобразований подается на силовые обмотки тяговых электродвигателей. Преобразовывается только ток возбуждения, таким образом, чтобы он всегда находился в противофазе с током силовых обмоток. Так как ток возбуждения составляет всего 5…6% от всего тока, потребляемого тяговым электродвигателем, то преобразователь необходим на мощность 5…6% от всей мощности генератора, что значительно снизит цену и вес преобразователя и повысит коэффициент полезного действия системы. В этом случае, преобразователю тока возбуждения тяговых двигателей необходимо «знать», в каком положении находится вал двигателя, чтобы в каждый момент времени на обмотки возбуждения подавать ток для создания максимального крутящего момента. Датчиком положения выходного вала тягового двигателя является абсолютныйэнкодер.
   

   
   

   Рис.14. Схема включения обмоток тягового двигателя.
   

   Применение линейного электрогенератора, в качестве силового агрегата транспортного средства позволяет создать автомобиль блочной компоновки. При необходимости, можно за несколько минут поменять крупные узлы и агрегаты, рис. 15, а также применить кузов с наилучшим обтеканием, так как у маломощного автомобиля нет резерва мощности для преодоления сопротивления воздуха из-за несовершенства аэродинамических форм (из-за высокого коэффициента сопротивления).
   

   
   

   Рис.15. Возможность блочной компоновки.
   

   Транспортное средство с линейным компрессором
   

   Транспортное средство с линейным компрессором представляет собой двухместный легкий (200 кг) автомобиль, рис. 16. Это более простой и дешевый аналог автомобиля с линейным генератором, но с более низким КПД трансмиссии.
   

   
   

   Рис.16. Пневмопривод автомобиля.
   

   
   

   Рис.17. Управление приводами колес.
   

   В качестве датчика скорости вращения колеса используется инкрементальныйэнкодер.Инкрементальныйэнкодер имеют импульсный выход, при повороте на определённый угол на выходе генерируется импульс напряжения.Электронная схема датчика, «подсчитывает» количество импульсов за единицу времени, и записывает этот код в выходной регистр. При «подаче» системой управления кода (адреса) данного датчика, электронная схема энкодера, в последовательном виде выдает код с выходного регистра, на информационный проводник. Система управления считывает код датчика (информацию о скорости вращения колеса) и по заданному алгоритму вырабатывает код для управления шаговым двигателем исполнительного механизма.
   

   Заключение
   

   Стоимость транспортного средства, для большинства людей, составляет 20…50 месячных заработков. Люди не могут себе позволить приобрести новый автомобиль за 8…12 тыс $, а на рынке нет автомобиля в ценовом диапазоне 1…2 тыс $. Использование линейного электрогенератора или компрессора, в качестве силового агрегата автомобиля, позволяет создать простое в эксплуатации, и недорогое транспортное средство.
   

   Современные технологии производства печатных плат, и ассортимент выпускаемой электронной продукции, позволяет сделать почти все электрические соединения с помощью двух проводов – силового и информационного. То есть не производить монтаж соединения каждого отдельного электрического прибора: датчиков, исполнительных и сигнальных устройств, а подсоединить каждый прибор к общему силовому, и общему информационному проводу. Система управления, по очереди, выводит коды (адреса) приборов, в последовательном коде, на информационный провод, после чего ожидает информацию о состоянии прибора, тоже в последовательном коде, и по этой же линии. На основании этих сигналов система управления формирует коды управления для исполнительных и сигнальных устройств и передает их, для перевода исполнительных или сигнальных устройств в новое состояние (при необходимости). Таким образом, при монтаже или ремонте каждое устройство необходимо соединить с двумя проводами (эти два провода являются общими для всех бортовых электроприборов) и электрической массой.
   

   Для снижения себестоимости, а соответственно и цены продукции для потребителя,
   

   необходимо упростить монтаж и электрические соединения бортовых приборов. Например, при традиционном монтаже, для включения заднего габаритного огня, необходимо замкнуть, с помощью выключателя, электрическую цепь питания осветительного прибора. Цепь состоит из: источника электрической энергии, соединительного провода, сравнительно мощного выключателя, электрической нагрузки. Каждый элемент цепи, кроме источника питания, требует индивидуального монтажа, недорогой механический выключатель, имеет низкое количество циклов «включения-выключения». При большом количестве бортовых электроприборов, цена монтажа и соединительных проводов возрастает пропорционально количеству устройств, повышается вероятность ошибки из-за человеческого фактора. При крупносерийном производстве проще управление приборами и считывание информации с датчиков сделать по одной линии, а не поиндивидуальной, для каждого прибора. Например, для включения заднего габаритного огня, в этом случае, необходимо дотронуться до сенсорного датчика прикосновения, схема управления сформирует код управления для включения заднего габаритного огня. На информационный провод будет выведен адрес устройства включения заднего габаритного огня и сигнал на включение, после чего замкнется внутренняя цепь питания заднего габаритного огня. То есть электрические цепи формируются комплексно: автоматически при производстве печатных плат (например, при монтаже плат на SMD линиях), и путем электрического соединения всех приборов с двумя общими проводами и электрической «массой».
   

   Список литературы
   

   1. Справочник по физике: Кухлинг Х. Пер. с нем. 2-е изд. – М.: Мир, 1985. – 520 с., ил.
   2. Газовая турбина на железнодорожном транспорте.Бартош Е. Т. Изд-во «Транспорт», 1972, стр. 1-144.
   3. Черчение - Хаскин А. М. 4 – е изд., перрераб. И доп. –.: Вищашк. Головное изд – во, 1985. – 447 с.
   4. Симисторы и их применение в бытовой электроаппаратуре, Ю. А. Евсеев, С. С. Крылов. 1990.
   5. Ежемесячный рекламно-информационный журнал «Электротехнический рынок» №5 (23) сентябрь-октябрь 2008.
   6. Проектирование автотракторных двигателей. Р. А. Зейнетдинов, Дьяков И. Ф., С. В. Ярыгин. Учебное пособие. Ульяновск: УлГТУ, 2004.- 168 с.
   7. Основы преобразовательной техники: учебное пособие для вузов/ О. З. Попков. 2-е изд., стереот. – М.: Издательский дом МЭИ, 2007. 200 с.: ил.
   8. Основы промышленной электроники: Учебник для неэлектротехн. спец. вузов /В.Г. Герасимов, О М. Князьков, А Е. Краснопольский, В.В. Сухоруков; под ред. В.Г. Герасимова. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2006. – 336 с., ил.
   9. Двигатели внутреннего сгорания. Теория и расчёт рабочих процессов. 4-е изд., переработ, и дополн. Под общей редакцией А.С. Орлина и М.Г. Круглова. М.: Машиностроение. 1984.
   10. Электротехника и электроника в 3-х кн. Под ред. В.Г. Герасимова Кн.2. Электромагнитные устройства и электрические машины. – М.: Высшая шк. – 2007 г.
   11. Теоретические основы электротехники. Учеб.для вузов. В трех т. Под общ.ред. К.М.Поливанова. Т.1. К.М.Поливанов. Линейные электрические цепи с сосредоточенными постоянными. М.:Энергия, 1972. –240с.

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в преобразовании энергии возвратно поступательного перемещения деталей и механизмов в энергию электрического тока. Линейный электрический генератор содержит цилиндрический корпус, размещенный внутри него каркас с кольцевыми индуктивными катушками, генерирующий магнитный сердечник с размещенными внутри тонкостенного цилиндра из диамагнетика дисковых постоянных магнитов с осевой намагниченностью и встречным расположением одноименных магнитных полисов и зазором между ними. Генерирующий магнитный сердечник размещенный внутри каркаса с кольцевыми индуктивными катушками, с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси генератора.

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в качестве преобразователей возвратно-поступательного движения деталей механизмов в электрическую энергию.

Известно устройство, содержащее корпус из магнитомягкого железа, каркас из немагнитного материала с расположенными на нем в ряд кольцевыми индуктивными катушками, генерирующий магнитный сердечник с кольцевыми постоянными магнитами (см. Патент РФ на полезную модель 83373, опубликованный 27.05.2009 Бюл. 15), прототип.

Недостатком прототипа является низкий КПД, связанный с потерями энергии магнитного потока кольцевых постоянных магнитов, замыкающегося через отверстие кольцевых магнитов.

Технический результат заключается в повышении КПД преобразования за счет использования дисковых постоянных магнитов, что при равенстве магнитных потоков постоянных магнитов в предлагаемой полезной модели и прототипе приведет к уменьшению габаритов и веса генератора.

Технический результат достигается тем, что линейный электрический генератор содержит цилиндрический корпус из магнитомягкого железа, размещенный внутри него каркас из немагнитного материала, с расположенными на нем в ряд кольцевыми индуктивными катушками, разделенными щечками, генерирующий магнитный сердечник, как минимум, с двумя постоянными магнитами с осевой намагниченностью. Особенностью является то, что постоянные магниты, имеющие дисковую форму, размещены внутри тонкостенного цилиндра из диамагнетика с зазором относительно друг друга, и встречным расположение одноименных магнитных потоков, скреплены дисковыми концентраторами магнитного поля с осевыми наконечниками, спресованными или посаженными на клей по окружности стенок тонкостенного цилиндра и имеют возможность свободного возвратно-поступательного перемещения внутри каркаса с кольцевыми индуктивными катушками. Относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: высота дисковых постоянных магнитов составляет (0,3÷0,4) от их диаметра; зазор между дисковыми постоянными магнитами определяется толщиной немагнитных прокладок, и составляет (0,5÷1) от высоты дисковых постоянных магнитов; внутренний диаметр цилиндрического корпуса больше диаметра дисковых постоянных магнитов не более, чем на их высоту; длина каждой из кольцевых индуктивных катушек равна сумме высоты дисковых постоянных магнитов, и величины зазора между ними; длина хода генерирующего магнитного сердечника не более величины зазора между дисковыми постоянными магнитами; зазор между тонкостенным цилиндром с дисковыми постоянными магнитами и внутренней поверхностью каркаса с кольцевыми индуктивными катушками должен быть минимальным и обеспечивающим свободное возвратно-поступательное перемещение генерирующего магнитного сердечника.

Сущность полезной моделью поясняется графическими материалами на которых изображено: на фиг.1 - конструкция линейного электрического генератора с видом с торца сечения; на фиг.2 - схематически показаны визуализированные магнитные силовые линии, замыкающиеся через магнитопровода и кольцевые индуктивные катушки.

Линейный электрический генератор содержит цилиндрический корпус 1 из магнитомягкого железа, размещенный внутри него каркас 2 из немагнитного материала с расположенными на нем в ряд кольцевыми индуктивными катушками 3, разделенными щечками 4, генерирующий магнитный сердечник, как минимум, с двумя постоянными магнитами 5 с осевой намагниченностью. Постоянные магниты 5, имеющие дисковую форму, размещены внутри тонкостенного цилиндра 6 из диамагнетика с зазором относительно друг друга и встречным расположением одноименных магнитных полюсов, скрепленных дисковыми концентраторами 7 магнитного поля с осевыми наконечниками 8, спрессованными или посаженными на клей по окружности стенок тонкостенного цилиндра 6 и имеют возможность свободного возвратно-поступательного перемещения внутри каркаса 2 с кольцевыми индуктивными катушками 3. Относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: высота h дисковых постоянных магнитов 5 составляет (0,3÷0,4) от их диаметров D м, h=(0,3÷0,4) D м; зазор между дисковыми постоянными магнитами 5 определяется толщиной немагнитных прокладок 9, и составляет (0,5÷1) от высоты h дисковых постоянных магнитов 5, =(0,5÷1)h; внутренний диаметр D k цилиндрического корпуса 1 больше диаметра D м дисковых постоянных магнитов 5 не более, чем на половину их высоту h, (D м +h)D k ; длина l k каждой их кольцевых индуктивных катушек 3 равна сумме высоты h дисковых постоянных магнитов 5, и величины зазора между ними l k =h+; длина l х хода генерирующего магнитного сердечника не более величины зазора между дисковыми постоянными магнитами 5, l x ; зазор между тонкостенным цилиндром 6 с дисковыми постоянными магнитами 5 и внутренней поверхностью каркаса 2 с кольцевыми индуктивными катушками 3 должен быть минимальным и обеспечивающим свободное возвратно-поступательное перемещение генерирующего магнитного сердечника.

Торцевые стенки 10 цилиндрического корпуса 1 выполнены из диамагнетика, а на их внутренних сторонах расположены демпферы 11. Число дисковых постоянных магнитов 5 определяет мощность генератора. На фиг.2 схематически показаны визуализированные силовые магнитные линии 12 дисковых постоянных магнитов 5, замыкающихся по магнитопроводу и пересекающих витки кольцевых индуктивных катушек 3. При возвратно-поступательном перемещении генерирующего магнитного сердечника в кольцевых индуктивных катушках 3 наводится ЭДС.

Кольцевые индуктивные катушки 3 могут быть электрически соединены параллельно-встречно или последовательно-встречно. При отсутствии отверстий в дисковых постоянных магнитах 5 в преобразовании используется энергия магнитного поля полностью, что приводит к увеличению КПД преобразования.

1. Линейный электрический генератор, содержащий цилиндрический корпус из магнитомягкого железа, размещенный внутри него каркас из немагнитного материала с расположенными на нем в ряд кольцевыми индуктивными катушками, разделенными щечками, генерирующий магнитный сердечник как минимум с двумя постоянными магнитами с осевой намагниченностью, отличающийся тем, что постоянные магниты, имеющие дисковую форму, размещены внутри тонкостенного цилиндра из диамогнетика с зазором относительно друг друга и встречным расположением одноименных магнитных полюсов, скреплены дисковыми концентраторами магнитного поля с осевыми наконечниками, спресованными или посаженными на клей по окружности стенок тонкостенного цилиндра и имеют возможность свободного возвратно-поступательного перемещения внутри каркаса с кольцевыми индуктивными катушками.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что относительные размеры упомянутых составных элементов находятся в следующих пределах: высота дисковых постоянных магнитов составляет (0,3÷0,4) от их диаметра; зазор между дисковыми постоянными магнитами определяется толщиной немагнитных прокладок и составляет (0,5÷1) от высоты дисковых постоянных магнитов; внутренний диаметр цилиндрического корпуса больше диаметра дисковых постоянных магнитов не более чем на их высоту; длина каждой из кольцевых индуктивных катушек равна сумме высоты дисковых постоянных магнитов и величины зазора между ними; длина хода генерирующего магнитного сердечника не более величины зазора между дисковыми постоянными магнитами; зазор между тонкостенным цилиндром с дисковыми постоянными магнитами и внутренней поверхностью каркаса с кольцевыми индуктивными катушками должен быть минимальным и обеспечивающим свободное возвратно-поступательное перемещение генерирующего магнитного сердечника.

Похожие патенты:

Полезная модель электрического генератора переменного тока относится к электротехнике, а именно к системам двигатель-генератор, и может быть использована при проектировании и производстве источников переменного электрического тока, в том числе на транспорте.