Устройство для получения электрической энергии с использованием ведущего колеса автомобиля

Полезная модель представляет собой устройство, предназначенное для получения электрической энергии с использованием автомобиля. Конструктивно устройство состоит из электрического генератора, соединенного валом с установленным на роликовую платформу ведущим колесом заторможенного автомобиля. После запуска двигателя и приведения во вращение ведущего колеса и вала ротора генератора, можно подключать к генератору нагрузку. С учетом мощности автомобильного двигателя, мощность нагрузки может составлять десятки киловатт, что позволяет использовать устройство не только в личном хозяйстве (домовладения, дачи), но и для нужд производства. Устройство в ряде случаев может оказаться привлекательнее, чем используемые с теми же целями бензиновые и дизельные электростанции. Преимуществами устройства в частности являются меньшая стоимость, снижение эксплуатационных затрат, снижение массы и габаритов, повышение надежности. Использование устройства, в связи с современным распространением автомобиля, широкодоступно.

Область техники.

Модель относится к области малой энергетики и может широко использоваться в быту и на производстве в условиях перебоев в электроснабжении или в местах, где оно отсутствует.

Уровень техники.

Аналогами предлагаемого устройства, сточки зрения назначения, являются:

1. Подвагонные генераторы пассажирских поездов («Железнодорожный транспорт. Энциклопедия». Н.С.Конарев, М.; Большая Российская энциклопедия; 1994 г.

«Технические средства железных дорог». Е.П.Гундорова, М.; Маршрут, 2003 г.). Подвагонный генератор представляет собой электрический генератор постоянного или переменного тока, закрепленный на раме грузовой тележки или на раме кузова вагона. Приводом генератора является ось колесной пары грузовой тележки, передающая вращение (во время движения поезда) ротору генератора посредством клиноременных, зубчатых, карданных связей. В комплексе с аккумуляторными батареями и устройствами преобразования электрической энергии, подвагонный генератор обеспечивает электроснабжение пассажирского вагона железной дороги. Существенными признаками подвагонного генератора являются:

- использование, в качестве источника электроэнергии, электрического генератора;

- использование, в качестве привода генератора, оси колесной пары железнодорожного вагона;

- использование клиноременных, зубчатых, карданных связей, для передачи вращения от оси колесной пары на вал генератора. Общими существенными признаками предлагаемой полезной модели и указанного аналога являются: использование электрического генератора, использование, в качестве привода генератора, движущегося в рабочем режиме конструктивного элемента сторонней машины (отсутствие собственного приводного двигателя), использование внешних связей, передающих вращение на вал генератора. Притом, что предлагаемая полезная модель и указанный аналог достигают принципиально одинакового технического результата, они имеют различные сферы использования. В одном случае- узкоспециальная сфера пассажирских поездов, в другом - использование в личном хозяйстве, строительстве, производстве, других сферах деятельности, везде, где есть исправный автомобиль и потребность в электроэнергии.

2. Передвижные дизельные и бензиновые электростанции с двигателями внутреннего сгорания («Дизель-генераторы переменного тока напряжением до 400 В». В.И.Штерн, А.А.Самойлов, М.; Энергия, 1972 г.).

Передвижная электростанция представляет собой смонтированный на общей раме агрегат, состоящий из двигателя внутреннего сгорания и одно-, трехфазного электрического генератора, предназначенный для автономного электроснабжения. Массово используются в строительных, ремонтных, аварийных работах, личных хозяйствах и др.. Более мощные электростанции поставляются в собственных укрытиях (вагонах). Существенными признаками передвижных электростанций являются:

- использование, в качестве источника электроэнергии, электрического генератора;

- использование, в качестве привода генератора, двигателя внутреннего сгорания;

- использование моноблочной конструкции, при которой, двигатель и генератор собраны в агрегат на общей раме и не имеют внешних механических связей. Общими существенными признаками предлагаемой полезной модели и указанного аналога являются использование электрического генератора и двигателя внутреннего сгорания, хотя в предлагаемой модели используется сторонний двигатель. Кроме того предлагаемую модель и мобильную электростанцию объединяет общая задача, которую они решают (общая широкая сфера использования).

По причине большего числа общих существенных признаков и общности назначения, более близким аналогом (прототипом) предлагаемой полезной модели, считаю передвижную электростанцию с двигателем внутреннего сгорания.

Раскрытие полезной модели.

Сущность технического решения заключается в приводе электрического генератора от двигателя неподвижного автомобиля через его трансмиссию и свободно вращающееся ведущее колесо. Техническим результатом использования устройства является получение электрической мощности в размере до нескольких десятков киловатт. Преимущество устройства по сравнению с мобильными электростанциями состоит в следующем:

- значительно меньшая стоимость комплекта используемых средств;

- снижение эксплуатационных затрат (основная часть эксплуатационных затрат передвижной электростанции связана с собственным двигателем и его системами);

- снижение массы и габаритов (или резкое увеличение располагаемой мощности при тех же массе и габаритах);

- повышение надежности, в частности, когда потребность в автономном электроснабжении возникает редко, а также в условиях низких температур. Считаю, что указанные преимущества во многих случаях могут иметь решающее значение при выборе автономного источника электрической энергии. В общем случае комплект устройства состоит из следующих частей:

- генератор переменного тока на раме;

- платформа опорная роликовая;

- сцепное устройство;

- ведущий вал;

Устройство используется только в комплексе с исправным автомобилем.

Указанный комплекс используется следующим образом:

На одно из ведущих колес автомобиля (1) крепится сцепное устройство (2, 3).

На твердом основании устанавливается опорная платформа (5), имеющая два горизонтальных свободновращающихся ролика.

Автомобиль въезжает на платформу колесом, на котором установлено сцепное устройство так, чтобы колесо могло вращаться, опираясь на ролики.

Рама генератора (6) соединяется с платформой специальными элементами (7), чем обеспечивается соосность колеса и ротора генератора в горизонтальной плоскости и расстояние между сцепным устройством и генератором, необходимое для монтажа ведущего вала (4).

Ведущий вал (4) соединяется со сцепным устройством (3).

При помощи установочных винтов рамы генератора, его ось окончательно совмещается с осью колеса.

Ведущий вал соединяется с валом генератора подвижной муфтой (8).

Автомобиль затормаживается ручным тормозом и(или) специальными башмаками.

Двигатель автомобиля запускается.

Последовательным включением передач колесо на опорной платформе, а вместе с ним и ротор генератора приводится в движение до достижения номинальной скорости вращения.

К генератору подключается нагрузка.

Скорость вращения при изменениях величины нагрузки поддерживается педалью акселератора.

Краткое описание чертежей.

На чертеже показано схематичное изображение устройства в собранном виде, с обозначением всех основных частей.

Осуществление полезной модели.

Для работы с устройством могут использоваться любые легковые и грузовые автомобили. Автомобиль может иметь передний или задний привод. Во втором случае вместо ручного тормоза используются тормозные башмаки на передних колесах. Здесь мы характеризуем легковой автомобиль с передним приводом, как наиболее массовый в современных условиях. Двигатель основной массы легковых автомобилей имеет мощность порядка 50-60 кВт, таким образом, даже использование половины мощности двигателя позволяет получать электрическую мощность порядка 20кВт.Фактором ограничения мощности на ведущем колесе, является мощность, при которой второе ведущее колесо преодолеет силу трения на опорной поверхности и начнет вращаться. Для предотвращения проворачивания неиспользуемого в работе ведущего колеса может применяться дополнительная тормозная платформа.

Передаточное число главной передачи автомобиля приблизительно равно 4, поэтому при условно максимальной электрической нагрузке в нормальном режиме работы двигателя (прямая передача, 2000 об/мин, порядка 40% мощности), ведущее колесо вращается со скоростью 500 об/мин (60 км/ч). Следовательно, для получения частоты 50 Гц может использоваться без дополнительного редуктора многополюсный генератор. Поддержание числа оборотов может осуществляться как человеком на водительском сидении, так и автоматически, при помощи фиксируемой в кабине штанги с закрепленным на ней электромагнитным двигателем, воздействующим на педель акселератора и управляемым напряжением генератора.

В качестве генератора может использоваться обычный синхронный одно- или трехфазный генератор переменного тока, с 3-мя или 4-мя парами полюсов. Вал ротора генератора должен иметь со стороны привода соответствующую выбранному способу присоединения ведущего вала конструкцию (фланец, шлиц, цапфу). Генератор размещается на раме имеющей регулировочные винты для перемещения в вертикальной плоскости.

Роликовая платформа обеспечивает свободное вращение ведущего колеса, должна быть достаточно жесткой, а для использования с грузовым автомобилем (сдвоенные ведущие колеса), иметь достаточную ширину. Платформа соединяется с рамой генератора съемными элементами на болтах для обеспечения соосности генератора и ведущего колеса.

Сцепное устройство служит для связи диска ведущего колеса с ведущим валом. Используемые на легковых автомобилях колесные диски очень разнообразны, в особенности литые конструкции, поэтому возможно окажется целесообразным производство нескольких модификаций сцепных устройств. Тем не менее, нет никаких сомнений, что эта проблема будет эффективно решена. В качестве примера предлагаю сцепное устройство, состоящее из 3-5 шпилек с гайками (2) и звезды (3). Шпильки устанавливаются последовательно на место болтов крепления колеса к ступице и затягиваются обычным усилием. Звезда устанавливается на шпильки и затягивается гайками. В зависимости от величины радиуса, на котором расположены болты крепления колеса, их количества и профиля диска (литье), сцепное устройство соответственно будет иметь несколько типоразмеров. Сцепное устройство является съемным, но может и оставаться на колесе, поскольку его «вылет» за габарит колеса не будет существенным (50-100 мм).

Ведущий вал - жесткий трубчатый или гибкий проволочный, имеющий на одном конце подвижную муфту для удобства сборки. Муфта может одновременно быть ограничителем нагрузки, отключающим привод при скачке крутящего момента.

Отсутствующая в настоящем описании конкретика, касающаяся точной конструкции платформы, вала, узлов соединения вала с генератором и сцепным устройством, соединения платформы с рамой генератора, геометрической формы и размеров отдельных частей устройства представляется на данном этапе несущественной и не может вызвать сомнений в реализации предлагаемого устройства. Все эти конструктивные элементы с параметрами необходимыми для данной модели используются многие десятки лет и решения по ним будут легко найдены специалистами, если дело дойдет до конструирования.

Кроме указанного в разделе «Раскрытие полезной модели» состава комплекта устройства для общего случая, в комплект могут входить также: тормозные башмаки, дополнительная платформа, устройство автоматического регулирования мощности, защитный кожух для ведущего вала, инструмент для сборки устройства.

Устройство для получения электрической энергии, состоящее из электрического генератора, ведущего вала, сцепного устройства и опорной платформы, использующее, в качестве привода, двигатель неподвижного автомобиля, его трансмиссию и ведущее колесо, причем в рабочем режиме сцепное устройство передает вращение от ведущего колеса автомобиля ведущему валу, ведущий вал - валу генератора, а опорная платформа обеспечивает свободное вращение ведущего колеса.