Изобретение, которое заявляется, относится к электроэнергетике, в частности к производству электроэнергии за счет использования энергии потока воды, который приводится в движение электродвигателем.

В 21 веке достаточно остро возникает проблема загрязнения окружающей среды и исчерпания природных ресурсов. Поэтому все большего значения приобретают альтернативные источники электроэнергии, которые экономят природные ресурсы, являются экологически чистыми, безопасными для окружающей среды, в перспективе экономически выгоднее в сравнении с традиционными источниками электроэнергии.

Также следует подчеркнуть имеющуюся проблему бытового обеспечения электроэнергией в отдаленных регионах, например, в горной местности, где из-за природных ограничений отсутствует электрификация, а установка ветровых или солнечных электростанций является часто не целесообразной или же невозможной из-за специфических природных или погодных условий. Поэтому возникает необходимость в наличии устройства, пригодном для бытового обеспечения электроэнергией, даже в таких специфических условиях.

В данное время широкое использование приобрели ветровые, солнечные и гидроэлектростанции, которые имеют ряд недостатков, среди которых: возможность использования и эффективность часто ограничиваются природными условиями и географическим расположением, в которых они работают;

- нелинейность напряжения, которое производит электрогенератор, из-за перемены погодных условий; переизбыток произведенной электроэнергии в период повышенной солнечной активности (для солнечных панелей) или порывов ветра (для ветрогенераторов) сбрасывается на балласт (как правило, нагревательный элемент), что приводит к нерациональным затратам избыточной электроэнергии.

Широко известны приборы альтернативного производства электроэнергии, такие, как ветрогенераторы. Так, известна модель - ветрогенератор с вертикальной осью вращения: к концам вертикального вала закреплены выгнутые по типу охотничьего лука лопасти, которые имеют в поперечном разрезе аэродинамический профиль. Число лопастей - от двух до четырех. Вал через муфту и редуктор соединен с генератором. Вся конструкция крепится на своеобразной башне-подставке и имеет распорки (Патент Украины N°24065, публ. 11.06.2007).

Недостатки аналога в сравнении с заявленным изобретением:

- громоздкость и стационарность конструкции;

- зависимость от географического размещения;

- зависимость от погодных условий и, как следствие, нелинейность напряжения, которую производит электрогенератор;

- невозможность установки в помещениях, подвалах и т.д.;

- сложность технического обслуживания.

Также применяются солнечные батареи, которые поглощают солнечные лучи и преобразовывают в электроэнергию. Так, известна полезная модель, которая содержит последовательно соединенные солнечный генератор с панелями солнечных батарей, устройства отбора максимальной мощности, регулятор зарядки-розрядки, инвертор, потребитель переменного напряжения, а также потребитель постоянного напряжения, подключенный к выходу регулятора зарядки-розрядки, и аккумуляторную батарею, соединенную с регулятором зарядки-розрядки, которая отличается тем, что дополнительно введен датчик солнца, расположенный на панелях солнечных батарей, выход которого через регулятор положения подключен к двукоординатному приводу панелей солнечных батарей (Патент Украины N°45738 публ. 25.11.2009).

Недостатки аналога в сравнении с заявленным изобретением:

- громоздкость и стационарность конструкции;

- зависимость от географического размещения и времени года;

- зависимость от погодных условий и, как следствие, нелинейность напряжения, которое производит батарея;

- невозможность установки в помещениях, подвалах и т.д. По способу использования и совокупностью существенных признаков в качестве ближайшего аналога (прототипа) заявленного изобретения, взята гидроэлектростанция Макаревича с искусственным вращением воды, которая содержит нижний бассейн с выпускным водогоном и верхний бассейн со впускным водогоном, водяной трубопровод, который соединяет верхний и нижний бассейны, преобразователь энергии воды в электрическую энергию, насос для подъема воды в верхний бассейн, которая отличается тем, что дополнительно содержит вытяжную трубу, которая через воздушный трубопровод и автоматическое устройство подсоединена к воздушному цилиндру низкого давления, соединенного с атмосферой, поршень цилиндра низкого давления жестко соединен штоком с поршнем водного цилиндра высокого давления поршневого насоса, который предназначен для подъема воды в верхний бассейн (Патент Украины N°44209, публ. 25.09.2009).

Относительными недостатками прототипа являются:

- громоздкость и стационарность конструкции;

- потребность в строительстве отдельного сооружения или переоборудования шахтного ствола для установки электростанции; сложность обслуживания насосного оборудования электростанции;

- большое количество воды, которое находится в обороте.

Заявленное изобретение отличается тем, что:

- для функционирования устройства достаточно одного резервуара с водой; искусственный оборот воды совершается с помощью электродвигателей;

- для производство электроэнергии используется магнитно- левитационный генератор;

- есть возможность использования полного диапазона оборотов генератора путем изменения количества оборотов двигателей.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании простого в использовании устройства, способного обеспечивать пользователя альтернативной электроэнергией в бытовых з целях независимо от времени года, погодных условии, географического размещения, то есть в таких условиях, где другие источники альтернативной электроэнергии невозможно использовать, либо они являются неэффективными.

Технический результат, который достигается при использовании заявленного изобретения, состоит в том, что данное устройство позволяет производить достаточное количество электроэнергии для питания собственных двигателей и зарядки аккумуляторных батарей. Устройство является мобильным, автономным (может включаться при достижении полной зарядки аккумуляторных батарей (далее - АКБ), и включаться автоматически при необходимости зарядки, при необходимости может работать беспрерывно, с заданной частотой оборотов, необходимой для генератора, что обеспечивает линейность напряжения, возможность использования генератора во всех диапазонах оборотов.

Решение технической задачи состоит в использовании известных узлов и компонентов (герметическая емкость с водой округлой формы, безколлекторные электродвигатели, винты, АКБ, магнитно-левитационный генератор, колесо-турбина, зарядное устройство, контроллер напряжения) и решается их уникальным сочетанием и созданием устройства альтернативного производства электроэнергии, которое использует искусственный оборот воды (с помощью электрических двигателей), которая приводит в движение турбину вместе с генератором, который производит электрический ток. Это позволяет использовать устройство в помещениях, подвалах, а также избавиться от зависимости от природных условий в окружающей среде.

Суть заявленного изобретения, показана на Фиг. 1 и Фиг. 2 и объясняется следующим образом.

Устройство производит электроэнергию и включает в себя емкость с водой, оборудование для обеспечения искусственного оборота воды, генератор. Отличается тем, что содержит по крайней мере один резервуар с водой, по крайней мере один электрический двигатель (который осуществляет искусственный оборот воды), колесо-турбину с лопастями и по крайней мере один магнитно-левитационный электрогенератор и контроллер напряжения. В устройстве применяется емкость с водой диаметром 410 мм, где искусственный оборот воды осуществляют бесколлекторные электродвигатели с винтами. Вода приводит в движение колесо-турбину с лопастями, крутящий момент с которой турбина передает на электрогенератор, который в свою очередь производит электроэнергию и передает ее через контролер напряжения на зарядку отдельных аккумуляторных батарей для двигателей и основных аккумуляторных батарей для накопления электроэнергии.

Принцип работы:

При работе бесколлекторные электродвигатели 4, вмонтированные в боковые стенки бака с водой и питаются через регулятор хода от отдельных на каждый двигатель АКБ, приводят в движение винты 5, подсоединены к валам обоих двигателей, винты в свою очередь отталкивают воду 7, которая находится в специально изготовленном герметическом баке 1, выполненном из стали. Вода выступает маховиком и приводит в движение водное колесо-турбину 2, которое расположено посредине бака и закреплено на двух подшипниках (радиальном и радиально упорном) с лопастями 3. Турбина в свою очередь передает крутящий момент на вал магнитно-левитационного генератора 6, который при этом вырабатывает электроэнергию, которую передает через контроллер напряжения на зарядку тяговых АКБ и отдельных АКБ для бесколлектроных электродвигателей через зарядное устройство (зарядка осуществляется по очереди, в момент остановки двигателя, в то время, как другой продолжает работу), зарядное устройство работает через инвертор напряжения. А на использование электроэнергии в бытовых условиях осуществляется от тяговой АКБ через отдельный инвертор напряжения.

Для достижения технического результата было использовано два бесколлекторных электродвигателя T-Motor АТ2216-8 KV1250 3-4S мощностью 260 Вт, которые работают через регулятор хода (что позволяет подбирать оптимальное количество оборотов двигателя, необходимых для работы генератора). Также были использованы винты 52/80 мм, где первое - это диаметр, а второе - шаг винта. Двигатели с помощью винтов осуществляют искусственный оборот воды в баке округлой формы, диаметр которого 410 мм, протяженность максимального хода воды по кругу составляет 1288 мм. Вода приводит в движение колесо-турбину, расположенное посредине бака, диаметр которого составляет 200 мм. Колесо-турбина изготовлено из титана, содержит 15 лопастей размером 100 на 55 мм. Был использован тихоходный синхронный магнитно- левитационный генератор на неодимовых магнитах Maglev 1,5 кВт, выставленный на частоту оборотов 185 об/мин, который через контроллер СОМ 3000 осуществляет зарядку двух тяговых АКБ, соединенных последовательно - NorthStar AGM ЮОАч, разряженных до напряжения . -. O 2021/040672 „ PCT/UA2020/000082

12,4V (5U% от максимальной емкости). Во время зарядки контроллер обеспечивал АКБ напряжением 24,4V и емкостью 10 Ач (что не является максимальными значениями при таких условиях, но обеспечивает максимальных срок службы АКБ).

Заявленное устройство позволяет вырабатывать заданное количество электроэнергии, для зарядки АКБ электродвигателей (используется балластный ток, вырабатываемый при увеличении оборотов генератора), и зарядки тяговых АКБ.

Использование заявленного изобретения (с компонентами, их характеристиками и параметрами, указанными выше) дало возможность достичь таких результатов:

Две тяговые АКБ соединены последовательно NorthStar AGM ЮОАч разряжены до напряжения 12,4V , что составляет 50% от их максимальной емкости (для продолжения срока службы АКБ изобретатель избегал глубокого разряда, поэтому зарядка осуществляется из оптимальной емкости) были заряжены до напряжения 12,7V и 100 Ач каждая, что составляет 100% от емкости АКБ за 300 мин (5 ч.) При этом работа осуществлялась на одном электродвигателе (поочередно). Работа одного электродвигателя на АКБ LiPo 2S 14000MA/30C/7.4V в данных условиях составила около трех часов. Зарядка этого АКБ LiPo (нормальная около 2,5 часа, быстрая зарядка 45 мин).

В заявленном изобретении существует возможность изменять параметры максимально гибко - смена режима работы двигателей (поочередно или одновременно), изменение количества оборотов двигателей, шага и размера винтов, что дает возможность использовать полный диапазон оборотов генератора: от минимального к максимальному значению, в зависимости от потребностей потребителя, характеристик количества АКБ, а также способов зарядки АКБ (нормальный, быстрый и т.д.)

Данное устройство может быть построено в разных вариациях, в зависимости от потребностей потребителя - можно менять размер бака (соответственно, и количество воды), колеса-турбины, лопастей и их количества; количество и тип двигателей, винтов; тип генератора, АКБ. Все это обеспечивает возможность широкого использования заявленного изобретения, начиная от бытовых условий, заканчивая промышленным использованием .