PL 211929 B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 211929 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 386478 (51) Int.Cl. H02K 7/18 (2006.01) F03B 13/10 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 07.11.2008 (54) Generator prądu elektrycznego (43) Zgłoszenie ogłoszono: 10.05.2010 BUP 10/10 (73) Uprawniony z patentu: UNIWERSYTET WARMIŃSKO-MAZURSKI W OLSZTYNIE, Olsztyn-Kortowo, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.07.2012 WUP 07/12 (72) Twórca(y) wynalazku: ANDRZEJ LEMPASZEK, Słupy, PL
2 PL 211 929 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest generator prądu elektrycznego, wytwarzający prąd elektryczny kosztem energii pola magnetycznego zgromadzonej w rdzeniu magnetycznym. Generator ten może pracować autonomicznie lub może być napędzany energią strumienia płynącej rzeki lub energią fal morskich. Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 1/1887 generator energii posiadający wytwornicę zmiennego ciśnienia, stos płyt i membran, dźwignię, wodzik oraz turbinę, Wytwornica zmiennego ciśnienia ma zbiornik osadzony na fundamencie i jest zasilany cieczą z układu zbiorników. Wytwornica jest sprzęgnięta ze stosem płyt i membran. Stos ma płyty wyporowe i membrany, przy czym zewnętrzna płyta wyporcza połączona jest z wahaczem dźwigni. Dźwignia ma dodatkowo łożysko i ramię. Ramię dźwigni bezpośrednio współpracuje z magnetycznym wodzikiem, przy czym wodzik umieszczony jest w prowadnicach i jest połączony z turbiną poprzez łącznik. Turbina umieszczona jest w zbiorniku z cieczą. Generator prądu elektrycznego jest urządzeniem przetwarzającym inne rodzaje energii na energię elektryczną. Większość generatorów wytwarza energię elektryczną zgodnie z prawami opisującymi zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Generatory te mają części poruszające się w polu magnetycznym lub wytwarzane jest zmienne pole magnetyczne. Są także generatory, które do wytwarzania energii elektrycznej wykorzystują inne zjawiska fizyczne. Jednak najbardziej powszechne są generatory indukcyjne. Źródłem energii mechanicznej w tych generatorach może być ruch posuwisto-zwrotny, przegrzana para wodna uzyskana ze spalania paliwa lub z promieniowania słonecznego, napędzająca turbinę parową, woda przepływająca przez turbinę wodną lub koło wodne, paliwo spalane w silniku spalania wewnętrznego lub turbinie gazowej, energia kinetyczna przepływającego powietrza w turbinie wiatrowej, napędzany siłą mięśni mechanizm korbowy, sprężone powietrze lub jakiekolwiek inne źródło energii mechanicznej. Źródłem energii zamienianej bezpośrednio na energię elektryczną może być też ciepło wykorzystywane w termogeneratorach lub generatorach MHD, energia wiązań atomowych wykorzystywana w ogniwach paliwowych, energia promienista - promieniowanie alfa lub beta, czy też energia słoneczna wykorzystana w fotoogniwach. Generatory elektryczne wykorzystujące zjawisko indukcji magnetycznej, nie wytwarzają ładunku elektrycznego obecnego w przewodniku, a jedynie wymuszają jego przepływ. Można to porównać do pompy wodnej, która powoduje przepływ wody w rurach, ale jej nie wytwarza. Przepływ ten wymaga dostarczenia z zewnątrz energii. Można, zatem powiedzieć, że dostarczona z zewnątrz energia wymusza ruch ładunku elektrycznego. Przepływ prądu elektrycznego płynącego przez cewkę nawiniętą na rdzeń wykonany z materiału magnetycznego powoduje wytwarzanie wokół rdzenia bardzo silnego pola magnetycznego. Według pierwszej wersji wynalazku generator prądu elektrycznego ma dwa wały kół zamachowych napędzających generatory indukcyjne, do których przymocowane są mimośrodowo korbowody. Korbowody te połączone są z ramieniem dźwigni umieszczonym na dwóch podparciach. Na obu zakończeniach tego ramienia zamocowane są końcówki magnetyczne. Za końcówkami umieszczone są źródła promieniowania laserowego lub podczerwonego, wraz z detektorami. Przy każdej końcówce umieszczony jest rdzeń magnetyczny z nawiniętą cewką. Z cewkami połączone jest źródło prądu, które łączy się z detektorami poprzez sterownik. Druga wersja generatora prądu elektrycznego według wynalazku ma dwa wały kół zamachowych napędzających generatory indukcyjne, do których przymocowane są mimośrodowo korbowody. Korbowody te połączone są z ramieniem dźwigni umieszczonym na dwóch podparciach. Do jednego zakończenia tego ramienia zamocowana jest końcówka magnetyczna a do drugiego końcówka stalowa z przymocowaną łopatką. Za obu końcówkami ramienia dźwigni umieszczone są źródła promieniowania laserowego lub podczerwonego, wraz z detektorami. Przy końcówce magnetycznej ramienia dźwigni umieszczony jest rdzeń magnetyczny z nawiniętą cewką. Z cewką połączone jest źródło prądu, które łączy się z detektorami poprzez sterownik. Taka konstrukcja pierwszej wersji generatora powoduje, że może on pracować autonomicznie. Korzystnymi skutkami takiej konstrukcji jest to, że do jego uruchomienia potrzeba minimalnej ilości energii. A po uruchomieniu wytwarza on energię samodzielnie, kosztem energii magnetycznej zgromadzonej w rdzeniach magnetycznych, na których nawinięto cewki elektryczne. Może on służyć, jako źródło zapasowej energii elektrycznej w systemach wymagających nieprzerwanego zasilania. W tym
PL 211 929 B1 3 przypadku może zastępować akumulatory lub ładować te akumulatory. Z kolei druga wersja generatora może służyć, jako hydrogenerator umieszczony w rzekach lub na wybrzeżu morskim. Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania uwidoczniony jest na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia generator wykorzystujący energię pola magnetycznego, a fig. 2 przedstawia generator wykorzystujący energię pola magnetycznego i energię płynącej wody. Generator prądu elektrycznego według pierwszej wersji ma dwa wały 1 i 2 kół zamachowych napędzających generatory indukcyjne, do których przymocowane są mimośrodowo korbowody 3 i 4, połączone z ramieniem 5 dźwigni z metalowymi lub magnetycznymi końcówkami 6 i 7, umieszczonym na podparciach 8 i 9. Za końcówkami 6 i 7 umieszczone są źródła 10 i 11, promieniowania laserowego lub podczerwonego, a między końcówkami 6 i 7 znajdują się detektory 12 promieniowania laserowego lub podczerwonego. Na wysokości końcówek 6 i 7 znajdują się rdzenie 13 i 14 magnetyczne z nawiniętymi cewkami 15 i 16. Z cewkami 15 i 16 połączone jest źródło prądu 12, które łączy się z detektorami 12 poprzez sterownik 18. Uruchomienie generatora według pierwszej wersji wynalazku polega na takim obrocie wałów 1 i 2 ażeby końcówka 7 ramienia 5 znalazła się jak najbliżej rdzenia 13, a końcówka 6 tej samej dźwigni jak najdalej rdzenia 14, lub na odwrót, czyli ażeby końcówka 7 znalazła się jak najdalej rdzenia 13, a końcówka 6, jak najbliżej rdzenia 14. Od tego momentu generator zaczyna pracę autonomicznie. I tak, jeśli końcówka 7 ramienia 5 znajdzie się jak najbliżej rdzenia 13, to będzie to oznaczało, że przecięło ono wiązkę laserową lub promieniowania podczerwonego generowaną przez źródło 10. Fakt ten wykryją detektory 12 powodując podanie sygnału sterującego do sterownika 18 połączonego ze źródłem prądu 17 zasilającego cewki 15 i 16. Po uzyskaniu tego sygnału źródło to zmniejsza prąd w cewce 15, a zwiększa w cewce 16. Powoduje to znaczne zmniejszenie siły przyciągania końcówki 7 przez rdzeń 13, oraz znaczne zwiększenie przyciągania końcówki 6 przez rdzeń 14. W tym samym czasie ramię 5 dźwigni będzie się opierało na podparciu 9 i oddalone będzie od podparcia 8. Takie warunki pracy powodują, że końcówka 6 ramienia 5 dźwigni jest przyciągana przez rdzeń 14, a końcówka 7 ramienia 5 dźwigni jest bardzo silnie odciągana od rdzenia 13. Dźwignia przemieszcza się wtedy w kierunku podparcia 8. Następnie po dotknięciu tego podparcia oddala się od podparcia 9. Trwa to do momentu, gdy końcówka 6 znajdzie się jak najbliżej rdzenia 14, co oznacza, że przecina ono wiązkę laserową lub promieniowania podczerwonego generowaną przez źródło 11. Fakt ten wykryją detektory 12 powodując podanie sygnału sterującego do sterownika 18 połączonego ze źródłem prądu 17 zasilającego cewki 15 i 16. Po uzyskaniu tego sygnału źródło to zmniejsza prąd w cewce 16, a zwiększa w cewce 15. Powoduje to znaczne zwiększenie siły przyciągania końcówki 7 ramienia 5 przez rdzeń 13, oraz znaczne zmniejszenie przyciągania końcówki 6 przez rdzeń 14. W tym samym czasie ramię 5 dźwigni będzie się opierało na podparciu 8 i oddalone będzie od podparcia 9. Takie warunki pracy powodują, że końcówka 7 jest przyciągana przez rdzeń 13, a końcówka 6 jest bardzo silnie odciągana od rdzenia 14. Ramię 5 dźwigni przemieszcza się wtedy w kierunku podparcia 9. Po osiągnięciu, przez ramię 5 tego punktu podparcia i oddaleniu się od punktu podparcia 8, następuje powtórzenie opisanego cyklu pracy. Podczas powtarzających się cykli pracy generatora według pierwszej wersji wynalazku występują obroty wałów 1 i 2. Obrót wału i napędza generator indukcyjny zasilający źródło prądu 17. Z kolei obrót wału 2 napędza inny generator indukcyjny wymuszający przepływ prądu w dowolnym obwodzie zewnętrznym, znajdujący się poza generatorem według wynalazku. Generator prądu elektrycznego wg drugiej wersji napędzany energią pola magnetycznego i energią strumienia płynącej rzeki lub energią fal morskich ma dwa wały 1 i 2 kół zamachowych napędzających generatory indukcyjne, do których przymocowane są mimośrodowo korbowody 3 i 4, połączone z ramieniem 5 dźwigni z magnetyczną lub metalową końcówką 6, do której przymocowana jest łopatka 19 i końcówką 7. Ramię 5 umieszczone jest na podparciach 8 i 9. Za końcówkami 6 i 7 umieszczone są źródła 10 i 11, promieniowania laserowego lub podczerwonego, a między końcówkami 6 i 7 znajdują się detektory 12 promieniowania laserowego lub podczerwonego. Przy metalowej lub magnetycznej końcówce 7, umieszczony jest rdzeń magnetyczny 13, z nawiniętą cewką 15. Z cewką 15 połączone jest źródło prądu 12, które łączy się z detektorami 12 poprzez sterownik 18. Uruchomienie generatora według drugiej wersji wynalazku polega na takim obrocie wałów 1 i 2 ażeby końcówka 7 ramienia 5 dźwigni znalazła się jak najbliżej rdzenia 13, co oznacza, że przecięło ono wiązkę laserową lub promieniowania podczerwonego generowaną przez źródło 10. Fakt ten wykryją detektory 12 powodując podanie sygnału sterującego do sterownika 18 połączonego ze źródłem prądu 17 zasilającego cewkę 15. Po uzyskaniu tego sygnału źródło to zmniejsza prąd w cewce 15. Powoduje to znaczne zmniejszenie siły przyciągania końcówki 7 przez rdzeń 13. W tym samym czasie
4 PL 211 929 B1 ramię 5 dźwigni będzie się opierało na podparciu 9 i oddalone będzie od podparcia 8. Jeśli przy takich warunkach pracy nastąpi uderzenie falą morską lub strumieniem płynącej rzeki w łopatkę 19, zgodnie z kierunkiem oznaczonym poziomą strzałką, to ramię 5 przemieszcza się wtedy w kierunku podparcia 8. Następnie po dotknięciu tego podparcia oddala się od podparcia 9. Trwa to do momentu, gdy końcówka 7 przetnie wiązkę laserową lub promieniowania podczerwonego generowaną przez źródło 11. Fakt ten wykryją detektory 132 powodując podanie sygnału sterującego do sterownika 18 połączonego ze źródłem prądu 17 zasilającego cewkę 15. Po uzyskaniu tego sygnału źródło to zwiększa prąd w cewce 15. Powoduje to znaczne zwiększenie siły przyciągania końcówki 7 ramienia 5 przez rdzeń 13. W tym samym czasie ramię 5 będzie się opierało na podparciu 8 i oddalone będzie od podparcia 9. Takie warunki pracy powodują, że końcówka 7 ramienia 5 jest przyciągana przez rdzeń 13. Łopatka 19 jest wtedy silnie przemieszczana w kierunku przeciwnym do kierunku strumienia rzeki, a ramię 5 przemieszcza się wtedy w kierunku punktu podparcia 9. Po osiągnięciu tego punktu przez ramię 5 cały cykl się powtarza. Podczas powtarzających się cykli pracy generatora według drugiej wersji wynalazku występują obroty wałów 1 i 2. Obrót wału 1 napędza generator indukcyjny zasilający źródło prądu 17. Z kolei obrót wału 2 napędza inny generator indukcyjny wymuszający przepływ prądu w dowolnym obwodzie zewnętrznym, znajdujący się poza generatorem według wynalazku. Zastrzeżenia patentowe 1. Generator prądu elektrycznego, wytwarzający prąd elektryczny kosztem energii pola magnetycznego zgromadzonej w rdzeniu magnetycznym, znamienny tym, że ma dwa wały (1) i (2) kół zamachowych napędzających generatory indukcyjne, do których przymocowane są mimośrodowo korbowody (3) i (4), połączone z ramieniem (5) dźwigni z magnetycznymi lub stalowymi końcówkami (6) i (7), a ramię (5) umieszczone jest na podparciach (8) i (9), natomiast za końcówkami (6) i (7) umieszczone są źródła (10) i (11), promieniowania laserowego lub podczerwonego, a między końcówkami (6) i (7) znajdują się detektory (12) promieniowania laserowego lub podczerwonego, przy czym na wysokości końcówek (6) i (7) znajdują się rdzenie magnetyczne (13) i (14) z nawiniętymi cewkami (15) i (16) które połączone są ze źródłem prądu (17) połączonym z detektorami (12) poprzez sterownik (18). 2. Generator prądu elektrycznego, wytwarzający prąd elektryczny kosztem energii pola magnetycznego zgromadzonej w rdzeniu magnetycznym i kosztem energii strumienia idącej rzeki lub energii fal morskich, znamienny tym, że ma dwa wały (1) i (2) kół zamachowych napędzających generatory indukcyjne, do których przymocowane są mimośrodowo korbowody (3) i (4), połączone z ramieniem (5) dźwigni z magnetyczną lub metalową końcówką (6) z przymocowaną łopatką 19 i końcówką (7), przy czym ramię (5) dźwigni umieszczone jest na podparciach (8) i (9), natomiast za końcówkami (6) i (7) umieszczone są źródła (10) i (11) promieniowania laserowego lub podczerwonego, a między końcówkami (6) i (7) znajdują się detektory (12) promieniowania laserowego lub podczerwonego, a przy końcówce magnetycznej (7) umieszczony jest rdzeń magnetyczny (13), z nawiniętą cewką (15), przy czym z cewką (15) połączone jest źródło prądu (17), które łączy się z detektorami (12) poprzez sterownik (18).
PL 211 929 B1 5 Rysunki
6 PL 211 929 B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)