магнитоэлектрический генератор

Формула изобретения

Магнитоэлектрический генератор, содержащий корпус, внутри которого установлены два краевых постоянных магнитных элемента, размещенные на противоположных его концах, причем корпус выполнен из диэлектрического материала, а в его стенке выполнен один и более сквозных пазов, при этом внутри корпуса установлен с зазором и возможностью перемещения вдоль оси корпуса подвижный магнитопровод, состоящий из двух обращенных навстречу друг к другу одноименными полюсами постоянных магнитных элементов, вдоль одной оси соединенных тягой из немагнитного материала, а поверх корпуса установлены два замкнутых на выпрямители электропроводящих контура, причем первый электропроводящий контур установлен между двумя плоскостями, перпендикулярными корпусу и пересекающими зону, прилежащую к полюсу соединенного с тягой первого постоянного магнитного элемента подвижного магнитопровода, а второй электропроводящий контур установлен между двумя плоскостями, перпендикулярными корпусу и пересекающими зону, прилежащую к одноименному полюсу соединенного с тягой второго постоянного магнитного элемента подвижного магнитопровода, при этом с внешней стороны корпуса между двумя плоскостями, перпендикулярными корпусу и пересекающими зону, прилежащую к полюсу первого постоянного магнитного элемента подвижного магнитопровода, взаимодействующего с одноименным полюсом первого краевого магнитного элемента, и между двумя плоскостями, перпендикулярными корпусу и пересекающими зону, прилежащую к полюсу второго постоянного магнитного элемента подвижного магнитопровода, взаимодействующего с одноименным полюсом второго краевого магнитного элемента, установлено по магнитной направляющей из трех и более равноудаленных друг от друга постоянных магнитных элементов, причем постоянные магнитные элементы первой магнитной направляющей обращены одноименными полюсами к одноименному полюсу первого постоянного магнитного элемента подвижного магнитопровода, а постоянные магнитные элементы второй магнитной направляющей обращены одноименными полюсами к одноименному полюсу второго постоянного магнитного элемента подвижного магнитопровода, отличающийся тем, что каждый краевой постоянный магнитный элемент выполнен со сквозным отверстием и установлен в корпусе с возможностью перемещения и фиксации относительно корпуса, причем ось сквозного отверстия каждого краевого постоянного магнитного элемента совмещена с осью корпуса, а постоянные магнитные элементы каждой магнитной направляющей жестко прикреплены к подложке из немагнитного материала, при этом подложки установлены поверх корпуса с возможностью перемещения и фиксации относительно с возможностью перемещения и фиксации относительно корпуса, а длина сквозного паза в корпусе меньше длины корпуса и ограничена с обоих концов перемычками стенки корпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электромагнитной техники и может быть использовано в ракетно-космической технике, в отраслях электроэнергетики и в быту.

Известен магнитоэлектрический генератор, содержащий корпус, внутри которого установлены два краевых постоянных магнитных элемента, размещенные на противоположных его концах, и установленный внутри корпуса с возможностью перемещения между краевыми постоянными магнитными элементами подвижный постоянный магнитный элемент, взаимодействующий с замкнутым на выпрямитель электропроводящим контуром [1].

Такой магнитоэлектрический генератор преобразовывает энергию постоянных магнитных элементов в электрическую энергию, однако для ее выработки с помощью такого магнитоэлектрического генератора необходимо затрачивать электроэнергию от внешнего источника, необходимую для вращения краевых постоянных магнитных элементов.

Известен магнитоэлектрический генератор - прототип [2], содержащий корпус из диэлектрического материала, два краевых постоянных магнитных элемента, размещенные на противоположных его концах, а в стенке корпуса выполнен один и больше сквозных пазов, длина каждого из которых равна или больше расстояния между краевыми постоянными магнитными элементами, при этом внутри корпуса установлен с зазором и возможностью перемещения вдоль оси корпуса подвижный магнитопровод, состоящий из двух обращенных навстречу друг к другу одноименными полюсами постоянных магнитных элементов, вдоль одной оси соединенных тягой из немагнитного материала, а поверх корпуса установлены два замкнутых на выпрямители электропроводящих контура, причем первый электропроводящий контур установлен между двумя плоскостями, перпендикулярными корпусу и пересекающими зону, прилежающую к полюсу соединенного с тягой первого постоянного магнитного элемента подвижного магнитопровода, а второй электропроводящий контур установлен между двумя плоскостями, перпендикулярными корпусу и пересекающими зону, прилежающую к одноименному полюсу соединенного с тягой второго постоянного магнитного элемента подвижного магнитопровода, при этом первый постоянный магнитный элемент подвижного магнитопровода обращен одноименным полюсом к первому краевому постоянному магнитному элементу, а второй постоянный магнитный элемент подвижного магнитопровода обращен одноименным полюсом ко второму краевому постоянному магнитному элементу, причем с внешней стороны корпуса между двумя плоскостями, перпендикулярными корпусу и пересекающими зону, прилежающую к полюсу первого постоянного магнитного элемента подвижного магнитопровода, взаимодействующего с одноименным полюсом первого краевого магнитного элемента, и между двумя плоскостями, перпендикулярными корпусу и пересекающими зону, прилежающую к полюсу второго постоянного магнитного элемента подвижного магнитопровода, взаимодействующего с одноименным полюсом второго краевого магнитного элемента, установлено по магнитной направляющей из трех и более равноудаленных друг от друга постоянных магнитных элементов, причем постоянные магнитные элементы первой магнитной направляющей обращены одноименными полюсами к одноименному полюсу первого постоянного магнитного элемента подвижного магнитопровода, а постоянные магнитные элементы второй магнитной направляющей обращены одноименными полюсами к одноименному полюсу второго постоянного магнитного элемента подвижного магнитопровода, при этом продольная ось подвижного магнитопровода направлена к линии направления возмущений внешнего магнитного поля под углом , определяемого соотношением

,

где l - расстояние между краевыми постоянными магнитными элементами;

h - наибольшая ширина краевого постоянного магнитного элемента.

Такой магнитоэлектрический генератор позволяет вырабатывать электрический ток без внешних затрат механической, тепловой, световой и электрической энергии.

Недостатком этого магнитоэлектрического генератора является необходимость установки оси его подвижного магнитопровода под углом к направлению возмущений внешнего магнитного поля, что приводит к уменьшению действующих на подвижный магнитопровод вынуждающих сил и, как следствие, к уменьшению амплитуды колебаний подвижного магнитопровода, а следовательно, не позволяет преобразовывать энергию возмущений внешнего магнитного поля в электроэнергию в полном объеме. Другим недостатком указанного магнитоэлектрического генератора является сложность и, как следствие, недостаточная точность настройки частоты подвески его подвижного магнитопровода на частоту какой-либо гармоники возмущений внешнего магнитного поля путем изменения намагниченности краевых постоянных магнитных элементов, что также уменьшает амплитуду колебаний подвижного магнитопровода, а следовательно, уменьшает и выработку им электроэнергии.

Задачей изобретения является обеспечение возможности работы магнитоэлектрического генератора при ориентации оси его подвижного магнитопровода непосредственно вдоль направления возмущений внешнего магнитного поля при одновременном упрощении и увеличении точности настройки.

Техническим результатом изобретения является увеличение выработки магнитоэлектрическим генератором электроэнергии.

Технический результат достигается тем, что в магнитоэлектрическом генераторе, содержащем корпус, внутри которого установлены два краевых постоянных магнитных элемента, размещенные на противоположных его концах, причем корпус выполнен из диэлектрического материала, а в его стенке выполнен один и более сквозных пазов, при этом внутри корпуса установлен с зазором и возможностью перемещения вдоль оси корпуса подвижный магнитопровод, состоящий из двух обращенных навстречу друг к другу одноименными полюсами постоянных магнитных элементов, вдоль одной оси соединенных тягой из немагнитного материала, а поверх корпуса установлены два замкнутых на выпрямители электропроводящих контура, причем первый электропроводящий контур установлен между двумя плоскостями, перпендикулярными корпусу и пересекающими зону, прилежающую к полюсу соединенного с тягой первого постоянного магнитного элемента подвижного магнитопровода, а второй электропроводящий контур установлен между двумя плоскостями, перпендикулярными корпусу и пересекающими зону, прилежающую к одноименному полюсу соединенного с тягой второго постоянного магнитного элемента подвижного магнитопровода, при этом с внешней стороны корпуса между двумя плоскостями, перпендикулярными корпусу и пересекающими зону, прилежающую к полюсу первого постоянного магнитного элемента подвижного магнитопровода, взаимодействующего с одноименным полюсом первого краевого магнитного элемента, и между двумя плоскостями, перпендикулярными корпусу и пересекающими зону, прилежающую к полюсу второго постоянного магнитного элемента подвижного магнитопровода, взаимодействующего с одноименным полюсом второго краевого магнитного элемента, установлено по магнитной направляющей из трех и более равноудаленных друг от друга постоянных магнитных элементов, причем постоянные магнитные элементы первой магнитной направляющей обращены одноименными полюсами к одноименному полюсу первого постоянного магнитного элемента подвижного магнитопровода, а постоянные магнитные элементы второй магнитной направляющей обращены одноименными полюсами к одноименному полюсу второго постоянного магнитного элемента подвижного магнитопровода, в отличие от прототипа каждый краевой постоянный магнитный элемент выполнен со сквозным отверстием и установлен в корпусе с возможностью перемещения и фиксации относительно корпуса, причем ось сквозного отверстия каждого краевого постоянного магнитного элемента совмещена с осью корпуса, а постоянные магнитные элементы каждой магнитной направляющей жестко прикреплены к подложке из немагнитного материала, при этом подложки установлены поверх корпуса с возможностью перемещения и фиксации относительно корпуса, а длина сквозного паза в корпусе меньше длины корпуса и ограничена с обоих концов перемычками стенки корпуса.

При такой конструкции магнитоэлектрического генератора и ориентации оси подвижного магнитопровода непосредственно вдоль направления возмущений внешнего магнитного поля, его экранирование, благодаря краевым постоянным магнитным элементам со сквозными отверстиями, исключается. Это приводит к увеличению вынуждающей силы, действующей на подвижный магнитопровод, а следовательно, к увеличению амплитуды его колебаний и, в конечном итоге, к увеличению вырабатываемой магнитоэлектрическим генератором электроэнергии.

С другой стороны, благодаря возможности перемещения краевых постоянных магнитных элементов и фиксации относительно корпуса имеется возможность изменять путем их сближения или разудаления упругость "магнитных пружин" между ними и подвижным магнитопроводом, что существенно упрощает процедуру настройки магнитоэлектрического генератора и увеличивает ее точность. А это также приводит к увеличению амплитуды колебаний подвижного магнитопровода магнитоэлектрического генератора и выработки им электроэнергии.

Совокупность всех указанных существенных признаков магнитоэлектрического генератора позволяет ему работать при ориентации оси его подвижного магнитопровода непосредственно вдоль направления возмущений внешнего магнитного поля, а также существенно упростить и повысит точность его настройки, что обеспечивает повышение выработки магнитоэлектрическим генератором электроэнергии.

Так как заявленная совокупность существенных признаков магнитоэлектрического генератора позволяет решить поставленную задачу, то заявленный магнитоэлектрический генератор соответствуют критерию "изобретательский уровень".

Заявленный магнитоэлектрический генератор иллюстрируется чертежами, где

на фиг.1 изображен общий вид магнитоэлектрического генератора в разрезе.

На фиг.2 изображено сечение магнитоэлектрического генератора по магнитной направляющей в плоскости, перпендикулярной оси корпуса над подложкой.

Магнитоэлектрический генератор содержит корпус 1 из диэлектрического материала, в стенке которого выполнен один и более сквозных пазов 3, длина каждого из которых должна быть меньше длины корпуса 1 и ограничена с обоих концов перемычками 13 стенки корпуса 1 для обеспечения целостности и жесткости его конструкции. Внутри корпуса 1 с зазором 4 и возможностью перемещения вдоль оси корпуса 1 установлен подвижный магнитопровод 5, состоящий из двух обращенных навстречу друг к другу одноименными полюсами постоянных магнитных элементов 6, которые вдоль одной оси соединены тягой 7 из немагнитного материала. Кроме этого, внутри корпуса 1 на противоположных его концах установлены два краевых постоянных магнитных элемента 2. Краевые постоянные магнитные элементы 2 выполнены со сквозными отверстиями, а оси сквозных отверстий совмещены с осью корпуса 1. Это необходимо для исключения экранирования возмущений внешнего магнитного поля в направлении оси подвижного магнитопровода 5. Краевые постоянные магнитные элементы 2 установлены с возможностью перемещения и фиксации относительно корпуса 1. Фиксация может быть обеспечена, например, совместным сверлением корпуса 1 и краевого постоянного магнитного элемента 2 и последующим штифтованием. Возможность перемещения и фиксации краевых постоянных магнитных элементов 2 относительно корпуса 1 необходима для обеспечения тонкой настройки осевой упругости "магнитных пружин" между постоянными магнитными элементами 6 подвижного магнитопровода 5 и краевыми постоянными магнитными элементами 2 путем сближения или разудаления краевых постоянных магнитных элементов 2 с подвижным магнитопроводом 5, что существенно упрощает процедуру настройки магнитоэлектрического генератора и увеличивает ее точность. С внешней стороны корпуса 1 между двумя плоскостями, перпендикулярными корпусу 1 и пересекающими зону, прилежающую к полюсу первого постоянного магнитного элемента 6 подвижного магнитопровода 7, взаимодействующего с одноименным полюсом первого краевого магнитного элемента 2, и между двумя плоскостями, перпендикулярными корпусу 1 и пересекающими зону, прилежающую к полюсу второго постоянного магнитного элемента 6 подвижного магнитопровода 5, взаимодействующего с одноименным полюсом второго краевого магнитного элемента 2, установлено по магнитной направляющей 10 из трех и более равноудаленных друг от друга постоянных магнитных элементов 11. Постоянные магнитные элементы 11 первой магнитной направляющей 11 обращены одноименными полюсами к одноименному полюсу первого постоянного магнитного элемента 6 подвижного магнитопровода 5, а постоянные магнитные элементы 11 второй магнитной направляющей 10 обращены одноименными полюсами к одноименному полюсу второго постоянного магнитного элемента 6 подвижного магнитопровода 5. Постоянные магнитные элементы 11 каждой магнитной направляющей 10 жестко прикреплены к подложке 12 из немагнитного материала (например, приклеены к ним), что необходимо для обеспечения целостности конструкции магнитных направляющих 10. Подложки 12 с магнитными направляющими 10 установлены поверх корпуса 1 с возможностью перемещения и фиксации относительно корпуса 1. Возможность перемещения и фиксации подложек 12 относительно корпуса 1 необходима для обеспечения подстройки положения магнитных направляющих 10 в процессе настройки частоты колебаний подвижного магнитопровода 5 (т.е. при смещении как краевых постоянных магнитных элементов 2, так и подвижного магнитопровода 5), при этом фиксация подложек 12 относительно корпуса 1 может быть выполнена аналогично фиксации относительно корпуса 1 краевых постоянных магнитных элементов 2. Выполнение подложек 12 из немагнитного материала исключает взаимодействие постоянных магнитных элементов 11 магнитных направляющих 10 между собой. Поверх корпуса 1 установлены два электропроводящих контура 9, замкнутые на выпрямители 8. Первый электропроводящий контур 9 установлен между двумя плоскостями, перпендикулярными корпусу 1 и пересекающими зону, прилежащую к полюсу, соединенного с тягой 7 первого постоянного магнитного элемента 6 подвижного магнитопровода 5. Второй электропроводящий контур 9 установлен между двумя плоскостями, перпендикулярными корпусу 1 и пересекающими зону, прилежащую к одноименному полюсу, соединенного с тягой 7 второго постоянного магнитного элемента 6 подвижного магнитопровода 5.

Работа магнитоэлектрического генератора осуществляется следующим образом. Подвижный магнитопровод 5 находится в состоянии левитации в осевом и радиальном направлениях внутри корпуса 1 между краевыми постоянными магнитными элементами 2 и постоянными магнитными элементами 11 магнитных направляющих 10, жестко закрепленных на подложках 12 при любом его положении корпуса 1. При этом положение подвижного магнитопровода 5 относительно электропроводящих контуров 9 и его энергетическое состояние (покой или движение) определяются суперпозицией и взаимодействием магнитных полей всех постоянных магнитных элементов конструкции магнитоэлектрического генератора и внешнего магнитного поля. Возмущение внешнего магнитного поля при ориентации продольной оси подвижного магнитопровода 5 магнитоэлектрического генератора вдоль направления этого возмущения ввиду отсутствия экранирования магнитного поля с торцев корпуса 1 магнитоэлектрического генератора благодаря краевым постоянным магнитным элементам 2 со сквозными отверстиями приводит подвижный магниторовод 10 в движение, в результате чего во взаимодействующих с постоянными магнитными элементами 6 подвижного магнитопровода 5 электропроводящих контурах 9, замкнутых на выпрямители 8 и нагрузку, возникает электрический ток.

Для получения наибольшей амплитуды колебаний подвижного магнитопровода 5 необходимо, чтобы подвижный магнитопровод 5 был слабодемпфированным, а его собственная частота колебаний на магнитной подвеске краевых постоянных магнитных элементов 2 совпадала с частотой какой-либо гармоники из спектра возмущений внешнего магнитного поля.

Первое требование обеспечивается наличием паза (пазов) 3 в корпусе 1 и возможностью свободного выхода воздушной или газовой среды с торцев корпуса 1 магнитоэлектрического генератора через сквозные отверстия краевых постоянных магнитных элементов 2.

Второе требование обеспечивается возможностью более тонкой настройки упругости "магнитных пружин" между подвижным магнитопроводом 5 и краевыми постоянными магнитными элементами 2 путем сближения или разудаления краевых постоянных магнитных элементов 2 с подвижным магнитопроводом 5.

Таким образом, благодаря возможности обеспечения более точной настройки частоты колебаний подвижного магнитопровода магнитоэлектрического генератора на частоту какой-либо гармоники из спектра возмущений внешнего магнитного поля и возможности установки оси подвижного магнитопровода непосредственно вдоль направления этих возмущений повышается амплитуда колебаний подвижного магнитопровода магнитоэлектрического генератора, за счет чего происходит увеличение вырабатываемой им электроэнергии.

Кроме этого, при расположении оси подвижного магнитопровода по направлению, в частности, перпендикулярно к центру планеты магнитоэлектрический генератор благодаря массово-инерционным свойствам его подвижного магнитопровода способен реагировать на изменения ее гравитационного поля и поэтому может быть использован в качестве не только магнитоэлектрического, но и гравитационного источника энергии.

Источники информации

1. Патент РФ №2206170.

2. Патент РФ №2292106 - прототип.