Способ и устройство преобразования магнитных силовых взаимодействий в механическую энергию
Изобретение предназначено для использования в энергетике, а именно в системах, предназначенных для преобразования одного вида энергии в другой вид энергии или в механическую работу. В способе осуществляют подачу переменного или импульсного тока на соединенные между собой катушку возбуждения с сердечником и компенсационную катушку; при этом происходит воздействие образующегося переменного магнитного поля на постоянный магнит, закрепленный на исполнительном механизме с возможностью перемещения в зоне действия переменного магнитного поля с совершением работы. Устройство для осуществления способа содержит источник переменного или импульсного тока, соединенные между собой и подключенные к указанному источнику тока катушку возбуждения с сердечником, компенсационную катушку, и исполнительный механизм, включающий постоянный магнит. Изобретение обеспечивает уменьшение массогабаритных характеристик и увеличение скорости движения постоянного магнита, что приводит к увеличению съема механической энергии. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
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.
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.
