способ и устройство преобразования магнитных силовых взаимодействий в механическую энергию

Формула изобретения

1. Способ преобразования магнитных силовых взаимодействий в механическую энергию, характеризуемый подачей переменного или импульсного тока на соединенные между собой катушку возбуждения с сердечником и компенсационную катушку, воздействие образующегося переменного магнитного поля на постоянный магнит, закрепленный на исполнительном механизме с возможностью перемещения в зоне действия переменного магнитного поля с совершением работы над исполнительным механизмом с генерированием механической энергии.

2. Устройство преобразования электромагнитных силовых взаимодействий в механическую энергию, характеризуемое наличием источника переменного или импульсного тока, по меньшей мере, одной катушки возбуждения с сердечником, по меньшей мере, одной компенсационной катушки, причем катушки соединены между собой и подключены к указанному источнику тока, и исполнительного механизма, содержащего, по меньшей мере, один постоянный магнит, закрепленный на исполнительном механизме с возможностью перемещения в зоне действия переменного магнитного поля с совершением работы над исполнительным механизмом с генерированием механической энергии.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно содержит четное количество катушек возбуждения.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно содержит четное количество компенсационных катушек.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области энергетики, в частности к области преобразования одного вида энергии в другой вид энергии, и может быть использовано как в системах, предназначенных для совершения механической работы, так и в системах преобразования энергии.

Известен (RU, патент 2206170) линейный электрогенератор, содержащий корпус из немагнитного материала, внутри которого установлены на валах вращающиеся от приводов в виде шаговых электродвигателей постоянные магниты в виде горизонтальных цилиндров с выпуклостями по сторонам, внутри обмотки статора между указанными вращающимися постоянными магнитами установлен с возможностью перемещения между ними постоянный магнит-ползун в виде прямоугольника с выпуклостями и с подвижными контактами по бокам, на внутренней стороне обмотки статора установлены неподвижные контакты для управления шаговыми электродвигателями приводов указанных постоянных магнитов в зависимости от нахождения постоянного магнита-ползуна, при этом система управления шаговыми электродвигателями приводов вращающихся постоянных магнитов обеспечивает замыкание подвижных контактов с неподвижными контактами при подходе постоянного магнита-ползуна к одной мертвой точке для передачи сигнала на систему управления указанных приводов постоянных магнитов в зависимости от положения постоянного магнита-ползуна для такого поворота постоянных магнитов, чтобы постоянный магнит-ползун устремлялся к другой мертвой точке, при этом наведенная в обмотке статора электродвижущая сила поступает в выпрямитель.

Известен (RU, патент 2055236) способ генерации механической энергии, включающий создание в генераторе магнитного поля с векторным потенциалом, ориентированным под углом 90-270° к космологическому электромагнитному векторному потенциалу, и перемещение в этом поле материальных тел, механически связанных с потребителями механической энергии, в области пониженных значений потенциала, равного сумме указанных векторных потенциалов, причем материальные тела предварительно раскручивают вокруг осей, перпендикулярных плоскостям, в которых расположены векторы векторного потенциала магнитного поля генератора механической энергии и электромагнитного космологического векторного потенциала, до достижения каждым из тел режима равенства нулю момента внешних сил относительно центра инерции тела, после чего предварительное раскручивающее воздействие снимают и к вращающимся материальным телам подключают потребителей механической энергии.

Для реализации указанного способа предложено использовать устройство, представляющее собой генератор механической энергии, содержащий источник магнитного поля и размещенные в ней материальные тела, причем источник магнитного поля выполнен в виде цилиндрической осесимметричной магнитной системы, а материальные тела выполнены в виде установленных с возможностью вращения дисковых роторов, оси которых размещены параллельно оси симметрии магнитной системы, выведены за ее пределы, подсоединены к потребителям механической энергии и механически связаны с системами предварительной раскрутки роторов.

Известен также (RU, патент 2091976) способ генерирования механической энергии, включающий создание источником магнитного поля в пространстве магнитного поля с векторным потенциалом, ориентированным под углом 90-270° к космологическому векторному потенциалу, размещение и перемещение материальных тел, механически связанных с потребителями механической энергии, в области пониженных значений векторного потенциала, равного сумме указанных векторных потенциалов, причем в локальной зоне пространства в области пониженных значений векторного потенциала, равного сумме векторного потенциала магнитного поля источника магнитного поля и космологического векторного потенциала, снижают индукцию магнитного поля источника магнитного поля, а материальные тела, по крайней мере, частью их массы размещают в указанной локальной зоне и, вращая их, предварительно раскручивают вокруг осей, перпендикулярных плоскостям, в которых расположены векторы векторного потенциала магнитного поля источника магнитного поля и космологического векторного потенциала, до достижения каждым из тел режима равенства нулю момента внешних сил относительно центра инерции тела, после чего предварительное раскручивающее воздействие снимают и к вращающимся материальным телам подключают потребителей механической энергии.

Для реализации способа предложено использовать генератор механической энергии, содержащий магнитную систему и материальные тела, причем магнитная система выполнена в виде осесимметричного источника магнитного поля и магнитопровода, выполненного в виде установленных на полюсах источника магнитного поля полюсных наконечников, развитых в радиальном относительно оси источника магнитного поля направлении и связанных между собой на периферии, а материальные тела выполнены в виде установленных с возможностью вращения роторов, механически связанных с системами предварительной раскрутки роторов и с системами подсоединения роторов к потребителям механической энергии и выполненных в виде тел вращения, по крайней мере, часть массы которых размещена в пространстве между боковой поверхностью источника магнитного поля и элементами, связывающими на периферии полюсные наконечники магнитной системы генератора, при этом оси роторов расположены параллельно оси симметрии источника магнитного поля.

Все известные технические решения не применимы к решению поставленной задачи.

Техническая задача, решаемая посредством разработанного технического решения, состоит в разработке нового способа превращения магнитной энергии в механическую.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного технического решения, состоит в обеспечении возможности превращения магнитной энергии в механическую.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать способ преобразования электромагнитных силовых взаимодействий в механическую энергию, характеризуемый подачей переменного или импульсного тока на соединенные между собой катушку возбуждения с сердечником и компенсационную катушку, воздействие образующегося переменного магнитного поля на постоянный магнит, закрепленный на исполнительном механизме с возможностью перемещения в зоне действия переменного магнитного поля с совершением работы над исполнительным механизмом с генерированием механической энергии.

Для реализации способа предложено использовать устройство, содержащее источник переменного или импульсного тока, по меньшей мере, одну катушку возбуждения с сердечником, по меньшей мере, одну компенсационную катушку, причем катушки соединены между собой и подключены к указанному источнику тока, и исполнительный механизм, содержащий постоянный магнит, закрепленный на исполнительном механизме с возможностью перемещения в зоне действия переменного магнитного поля с совершением работы над исполнительным механизмом с генерированием механической энергии. Предпочтительно использовать четное количество катушек возбуждения и/или четное количество компенсационных катушек.

В дальнейшем сущность и преимущества разработанного технического решения будут раскрыты с использованием примеров его реализации.

Разработанное техническое решение может быть реализовано с применением устройства, блок-схема которого приведена на чертеже.

Устройство содержит электронную схему 1 управления токами в обмотках катушек, узел 2 согласования фаз переключения направления токов катушек с движением постоянного магнита, вал 3 отбора механической мощности, кривошипно-шатунный механизм 4, шток 5, оболочка 6 постоянного магнита 7, выполненная из магнитопрозрачного и неэлектропроводящего материала, жестко связанная со штоком 5 и постоянным магнитом 7, катушка 8 возбуждения и компенсационная катушка 9. Электронная схема управления представляет собой выпрямитель переменного тока с электронным управлением с использованием тиристоров (в частном случае, симисторов), способный формировать потенциал напряжения необходимой полярности, амплитуды, формы и длительности, узел согласования представляет собой электронную схему, срабатывающую в необходимый по времени момент и посылающую электрический сигнал в виде импульса, отпирающего или запирающего тиристоры электронной схемы управления, оболочка может быть выполнена из твердого изоляционного материала, в частности керамики или полимера на основе фенолформальдегидной смолы.

Приведенное устройство работает следующим образом. При размещении постоянного магнита 7 в крайнем правом положении относительно катушек 8 и 9 электронная схема 1 подает на обмотку катушки 8 возбуждения ток такого направления и амплитуды, при котором возникает движение постоянного магнита 7 в крайнее левое положение с выработкой некоторого количества механической энергии при движении. В процессе движения шток 5 передает движение постоянного магнита 7 кривошипно-шатунному механизму 4, перемещение которого вызывает проворот вала 3 на 180°. При достижении постоянным магнитом 7 указанного крайнего левого положения положение вала 3 дает сигнал узлу согласования 2, который вырабатывает управляющий сигнал для электронной схемы управления 1 на изменение полярности питающего напряжения. При этом, соответственно, меняет свою полярность и поток магнитного поля, охватывающий катушку 8 возбуждения. Указанным полем катушка 8 воздействует на постоянный магнит, обеспечивая его перемещение из крайнего левого в крайнее правое положение с передачей посредством штока 5 и кривошипно-шатунного механизма 4 движения валу 3. Изменение полярности магнитного поля катушки 8 возбуждения обеспечивает цикличность перемещения постоянного магнита и, в конечном счете, вращение вала.

При скоростном перемещении постоянного магнита 7 в обмотке катушки 8 возбуждения, согласно закону электромагнитной индукции, наводится электродвижущая сила, препятствующая созданию в обмотке разгоняющего постоянный магнит магнитного поля, т.е. направленная против силы тока, поступающего из электронной схемы управления 1. Для предотвращения указанного действия электродвижущей силы в устройство дополнительно введена компенсационная катушка 9, электрически соединенная с катушкой возбуждения таким образом, что при скоростном движении постоянного магнита 7 в компенсационной катушке 9 также наводится электродвижущая сила, направленная в том же направлении, что и основной запитывающий ток. Параметры компенсационной катушки 9 подобраны таким образом, что основной разгоняющий постоянный магнит 7 магнитный поток, генерированный катушкой 9, при скоростном движении магнита несколько усиливается.

Катушка 9 вносит своим магнитным потоком тормозящее действие на движение постоянного магнита 7, но поскольку она выполнена без сердечника, то и отрицательная магнитная составляющая в результирующем магнитном потоке от нее будет существенно меньше по сравнению с потоком магнитного поля, который возникает от катушки 8. Катушка возбуждения 8 не только не уменьшает свой основной магнитный поток при скоростном движении постоянного магнита, а, наоборот, - даже увеличивает его, так как ее сердечник находится в ненасыщенном состоянии.

Устройства, изготовленные на основе разработанного способа, могут быть использованы в двигателях различных транспортных средств, а также в качестве привода электрогенератора для автономного электрообеспечения.

Для уменьшения потерь в компенсирующей части устройства можно уменьшить геометрические размеры компенсационной катушки 9 и две указанные компенсационные катушки 9 установить перпендикулярно оси сердечника катушки 8 и ее торцов, при этом постоянный магнит 7 будет перемещаться между указанными компенсационными катушками 9 параллельно катушке возбуждения.

Возможны также и другие варианты реализации разработанного способа.

В частности, для уменьшения массогабаритных характеристик устройства при одновременном увеличении скорости движения постоянного магнита и, следовательно, вала, приводящем к увеличению съема механической энергии, целесообразно заменить возвратно-поступательное движение магнита на вращательное.

Использование разработанного технического решения позволяет обеспечить возможность превращения магнитной энергии в механическую энергию.