Маховичный накопитель энергии
Использование: системы управления, автоматика, распределение энергоресурсов.
Сущность полезной модели: устройство содержит маховик, ось вращения которого находится в вибрационном поле, создаваемом двумя опорами вибрационного подвеса, каждая из которых связана со своим блоком управления. Маховик имеет возможность совершать вращательные движения вокруг своей оси. Инерционные свойства маховика позволяют накапливать кинетическую энергию, сохраняя ее в течение длительного времени. Преимуществом вибрационного подвеса является отсутствие сил трения, приводящего к потерям энергии в роликовых подшипниках, а также отсутствие электромагнитного излучения, характерного для магнитных подшипников. 2 илл.
Полезная модель относится к системам управления, устройствам автоматики и распределения энергоресурсов. Может быть использована при создании альтернативных аккумуляторов энергии.
Известен маховичный накопитель энергии с магнитным подвесом (Дж.Джента. Накопление кинетической энергии. Теория и практика современных маховичных систем: Пер. с англ. - М.: Мир, 1988, с.206-207), содержащий мотор-генератор, механически соединенный с маховиком с помощью гибкого вала, и повешенный к корпусу устройства с помощью активных магнитных подшипников. Активные магнитные подшипники являются электромагнитами с электронным управлением. Создаваемое ими локальное электромагнитное поле поддерживает маховик в состоянии левитации, исключая тем самым износ трущихся элементов, характерный для обычных (роликовых) подшипников. Данное устройство принято за прототип.
Недостатком устройства-прототипа является формируемое магнитными подшипниками сильное электромагнитное поле, что создает проблемы электромагнитной совместимости при компактном размещении электронных устройств, например, на борту летательного аппарата.
В основу полезной модели поставлена задача - улучшить электромагнитную совместимость маховичного накопителя энергии с другими электронными устройствами.
Задача решается за счет того, что в маховичном накопителе энергии, содержащем маховик, имеющий ось вращения, два блока управления, каждый из которых состоит из источника питания, выход которого подключен ко входу генератора, выход которого соединен со входом пьезоэлектрического возбудителя и первым входом устройства фазовой автоподстройки частоты, пьезоэлектрического датчика, выход которого соединен со вторым входом устройства фазовой автоподстройки частоты, выход которого связан с управляющим входом генератора, согласно полезной модели установлен двухопорный вибрационный подвес оси вращения, позволяющий удерживать маховик в состоянии левитации.
На фигуре 1 показана структурная схема устройства, на фигуре 2 изображена функциональная схема первого блока управления.
В состав маховичного накопителя энергии с вибрационным подвесом входит маховик 1, имеющий ось вращения 2, вибрационный подвес, имеющий первую 3 и вторую 4 опоры, а также первый 5 и второй 6 блоки управления. На фиг.2 показана функциональная схема первого блока управления 5, состоящая из источника питания 7, выход которого подключен ко входу генератора 8, выход которого соединен с пьезоэлектрическим возбудителем 9 и первым входом устройства фазовой автоподстройки частоты 11, а также пьезоэлектрического датчика 10, выход которого соединен со вторым входом устройства фазовой автоподстройки частоты 11, выход которого соединен с управляющим входом генератора 8. Пьезоэлектрический возбудитель 9 и пьезоэлектрический датчик 10 связаны с первой опорой 3 виброподвеса. Второй блок управления 6 имеет аналогичную структуру.
Устройство работает следующим образом.
Источник питания 7 обеспечивает требуемый режим работы генератора 8, который вырабатывает переменное напряжение с частотой, близкой к резонансной частоте первой опоры 3 вибрационного подвеса. Пьезоэлектрический возбудитель 9 преобразует данный электрический сигнал в частоту механических колебаний. В результате в зазоре между первой опорой вибрационного подвеса 3 и осью вращения 2 маховика 1 образуется газовое виброполе, удерживающее маховик в состоянии левитации (Биушкин В.А., Хаханкина Н.Б. Управление электромеханическими характеристиками вибровозбудителей газового подвеса //Управление и микропроцессоры: темат. сб. научн. трудов. /ЧПИ. - Челябинск, 1990, с.143-151). Частота механических колебаний контролируется с помощью пьезоэлектрического датчика 10. В случае расхождения сигналов с выхода генератора 8 и выхода пьезоэлектрического датчика 10 по частоте и фазе, в устройстве фазовой автоподстройки частоты 11 формируется сигнал рассогласования, который поступает на управляющий вход генератора 8, изменяя параметры сигнала на его выходе. Тем самым достигается резонансный режим работы вибрационного подвеса, обеспечивающий наилучшие технические характеристики маховичного накопителя энергии.
Аналогично работает второй канал блока управления 5. Преимуществом вибрационного подвеса является отсутствие сил трения, приводящего к потерям энергии в роликовых подшипниках, а также отсутствие электромагнитных полей, характерных для магнитных подшипников.
Маховичный накопитель энергии, содержащий маховик, имеющий ось вращения, два блока управления, каждый из которых состоит из источника питания, выход которого подключен к входу генератора, выход которого соединен со входом пьезоэлектрического возбудителя и первым входом устройства фазовой автоподстройки частоты, пьезоэлектрического датчика, выход которого соединен со вторым входом устройства фазовой автоподстройки частоты, выход которого связан с управляющим входом генератора, отличающийся тем, что в нем установлен двухопорный вибрационный подвес оси вращения, позволяющий удерживать маховик в состоянии левитации.
