Устройство взаимного электромеханического преобразования механической энергии и электрической энергии - заявка 2016139961 на патент на изобретение в РФ

1. Устройство взаимного электромеханического преобразования механической энергии и электрической энергии, содержащее:
корпус;
неподвижную часть, преимущественно неподвижно установленную внутри корпуса, содержащую:
генератор магнитного потока, способный генерировать магнитный поток;
пару полюсных наконечников, способных подавать магнитный поток, генерируемый генератором магнитного потока через по меньшей мере одну магнитную цепь из первой магнитной цепи и второй магнитной цепи,
по меньшей мере одну катушку, способную проводить электрический ток и рассчитанную на электромагнитное взаимодействие с по меньшей мере одной магнитной цепью из первой и второй магнитных цепей;
при этом неподвижная часть термоэлектрически соединена с корпусом для обеспечения линии теплового потока с низким сопротивлением между неподвижной частью и корпусом, что позволяет отводить тепло, генерируемое при работе преобразователя;
подвижную часть, содержащую:
первый замыкающий элемент, которым оканчивается первая магнитная цепь и который отделен от пары полюсных наконечников первым зазором; и
второй замыкающий элемент, которым оканчивается вторая магнитная цепь и который отделен от пары полюсных наконечников вторым зазором;
при этом первый и второй замыкающие элементы механически связаны и установлены с возможностью возвратно-поступательного движения относительно пары полюсных наконечников вокруг положения равновесия, при возвратно-поступательном движении первый и второй зазоры могут изменяться таким образом, что при увеличении одного зазора из первого и второго зазоров соответствующим образом уменьшается другой зазор из первого и второго зазоров, и изменение первого и второго зазоров вызывает изменение магнитного сопротивления в каждой магнитной цепи из первой и второй магнитных цепей.
2. Устройство по п. 1, в котором неподвижная часть содержит неподвижную раму, на которую опирается генератор магнитного потока, пара полюсных наконечников и, по меньшей мере, одна катушка, при этом неподвижная рама жестко соединена с корпусом.
3. Устройство по п. 2, в котором неподвижная рама имеет, по меньшей мере, одно из следующего:
протяженную площадь поверхности вблизи корпуса для уменьшения теплового сопротивления между неподвижной частью и корпусом;
по меньшей мере, участок, выполненный из материала с высокой теплопроводностью; и
термопасту для уменьшения теплового сопротивления и переноса теплоты посредством поверхностей неподвижной рамы, которые жестко соединены с корпусом.
4. Устройство по любому из пп. 1-2, в котором полюсные наконечники электрически изолированы от неподвижной рамы.
5. Устройство по любому из пп. 1-4, в котором, электрический ток из внешнего источника электрической энергии может поступать, по меньшей мере, в одну катушку, которая создает в первой и второй магнитных цепях индуцированный электромагнитной силой магнитный поток, взаимодействующий с магнитным потоком, генерируемым генератором магнитного потока, и вызывающий изменение магнитного потока в каждой магнитной цепи из первой и второй магнитных цепей, в результате чего между неподвижной частью и подвижной частью генерируется сила.
6. Устройство по любому из пп. 1-5, в котором в подвижную часть может поступать внешняя механическая сила для сообщения возвратно-поступательного движения, а изменение магнитного сопротивления в каждой магнитной цепи из первой и второй магнитных цепей под действием возвратно-поступательного движения может вызывать изменения магнитного потока, проходящего через соответствующие первую и вторую магнитную цепи, и создавать индуцированный электромагнитной силой электрический потенциал, по меньшей мере, в одной катушке.
7. Устройство по любому из пп. 1-6, в котором размер первого и второго зазоров выбран таким образом, чтобы обеспечивать амплитуду возвратно-поступательного движения около 0,25 мм.
8. Устройство по любому из пп. 1-7, дополнительно содержащее одно из следующего:
по меньшей мере, один конденсатор, установленный последовательно, по меньшей мере, с одной катушкой и обеспечивающий реактивную составляющую полного сопротивления, способную преимущественно сводить на нет реактивную составляющую полного сопротивления, по меньшей мере, одной катушки; и
цепь активной нагрузки, обеспечивающую переменную составляющую полного сопротивления в ответ на управляющий сигнал, который генерируется, чтобы составляющая полного сопротивления преимущественно сводила на нет реактивную составляющую полного сопротивления, по меньшей мере, одной катушки.
9. Устройство по любому из пп. 1-8, в котором первый и второй замыкающие элементы с возможностью возвратно-поступательного движения установлены на податливой подвеске.
10. Устройство по п. 9, в котором податливая подвеска сконфигурирована, чтобы преимущественно ограничивать возвратно-поступательное движение замыкающих элементы единственной степенью свободы в направлении, которое способствует изменению первого и второго зазоров.
11. Устройство по п. 10, в котором податливая подвеска содержит первую податливую подвеску и дополнительно содержит вторую податливую подвеску, которая допускает возвратно-поступательное движение, но подавляет движение замыкающих элементов со степенями свободы помимо единственной степени свободы.
12. Устройство по п. 11, в котором первая податливая подвеска содержит трубчатую пружину, а вторая податливая подвеска содержит изгиб.
13. Устройство по п. 12, в котором трубчатая пружина имеет концентрически расположенные первую и вторую цилиндрические стенки, которые механически соединены и образуют свернутую трубчатую пружину, при этом, по меньшей мере, одна цилиндрическая стенка из первой и второй цилиндрических стенок может расширяться наружу вблизи механического соединения стенок.
14. Устройство по любому из пп. 9-13, в котором податливая подвеска сконфигурирована, чтобы способствовать возвратно-поступательному движению с частотой колебаний около 500 Гц.
15. Устройство электромеханического преобразования, содержащее два электромеханических преобразователя по любому из пп. 1-14, образующих примыкающую друг к другу конфигурацию на общей оси, в результате чего во время работе преимущественно сводятся на нет силы инерции вследствие возвратно-поступательного движения каждого из соответствующих электромеханических преобразователей.
16. Устройство по п. 15, дополнительно содержащее, по меньшей мере, один конденсатор, установленный последовательно, по меньшей мере, с одной катушкой, по меньшей мере, одного из электромеханических преобразователей, при этом емкость, по меньшей мере, одного конденсатора может выбираться таким образом, чтобы электрически компенсировать различия между подвижными частями соответствующих электромеханических преобразователей, которые могут включать одно из следующего: механическую жесткость и массу.
17. Устройство по п. 15, дополнительно содержащее цепь активной нагрузки, установленную последовательно, по меньшей мере, с одной катушкой, по меньшей мере, одного из электромеханических преобразователей, при этом цепь активной нагрузки обеспечивает переменное полное сопротивление в ответ на управляющий сигнал, генерируемый, чтобы активная нагрузка электрически компенсировала различия между подвижными частями соответствующих электромеханических преобразователей, которые могут включать одно из следующего: механическую жесткость и массу.
18. Устройство по любому из пп. 15-17, дополнительно содержащее а регулирующую массу, связанную с подвижной частью, по меньшей мере, одного из электромеханических преобразователей, при этом регулирующую массу выбирают таким образом, чтобы уравновесить силы инерции вследствие соответствующего возвратно-поступательного движения электромеханических преобразователей.
19. Устройство по любому из пп. 1-18, в котором генератор магнитного потока содержит постоянный магнит.
20. Устройство по п. 19, в котором постоянный магнит содержит множество электрически изолированных магнитных элементов, образующих массив.
21. Устройство по любому из пп. 1-20, в котором с каждой стороны генератора магнитного потока находится пара полюсных наконечников, а, по меньшей мере, одна катушка включает:
первую катушку между парой полюсных наконечников с одной стороны генератора магнитного потока; и
вторую катушку между парой полюсных наконечников с противоположной стороны генератора магнитного потока.
22. Устройство по п. 21, в котором первая и вторая катушки установлены последовательно.
23. Устройство по любому из пп. 1-22, в котором, по меньшей мере, один из полюсных наконечников и замыкающих элементов содержит одно из следующего:
аморфную электротехническую сталь;
слоистые структуры из электротехнической стали с изоляцией между слоями; и
ферритный материал.
24. Устройство по любому из пп. 1-23, в котором замыкающие элементы жестко смонтированы в подвижной раме и электрически изолированы от нее, при этом подвижная рама может иметь, по меньшей мере, одно из следующего:
протяженную площадь поверхности вблизи корпуса для уменьшения теплового сопротивления между неподвижной частью и корпусом;
по меньшей мере, участок, выполненный из материала с высокой теплопроводностью; и
термопасту для уменьшения теплового сопротивления и переноса теплоты от замыкающих элементов до подвижной рамы.
25. Устройство по п. 24, в котором замыкающие элементы имеют установочные поверхности в форме ласточкина хвоста, а подвижная рама входит в контакт с установочными поверхностями в форме ласточкина хвоста, обеспечивая жесткий монтаж замыкающих элементов в подвижной раме.
26. Устройство по п. 25, в котором установочные поверхности в форме ласточкина хвоста находятся вдали от областей замыкающего элемента, через которые при работе преобразователя протекает существенная часть магнитного потока.
27. Устройство по п. 25, дополнительно содержащее держатель, способный заставлять установочные поверхности в форме ласточкина хвоста замыкающих элементов входить в контакт с соответствующей поверхностью в форме ласточкина хвоста подвижной рамы, в результате чего сила трения в результате контакта между соответствующими поверхностями в форме ласточкина хвоста превышает силы, которые воздействуют на замыкающий элемент во время возвратно-поступательного движения.
28. Устройство по любому из пп. 1-27, в котором корпус является герметизированным.
29. Устройство по п. 28, в котором герметизированном корпусе содержится, по меньшей мере, одно из следующего:
газ, представляющий собой, по меньшей мере, одно из следующего: водород и гелий, и
газ под сниженным рабочим давлением.
30. Устройство взаимного преобразования механической энергии и электрической энергии, содержащее:
множество электромеханических преобразователей по любому из пп. 1-29, расположенных вокруг центральной оси; и
по меньшей мере, одну общую для каждого из множества электромеханических преобразователей катушку, находящуюся в электромагнитном взаимодействии с по меньшей мере одной магнитной цепью из первой и второй магнитных цепей, связанных с каждым из множества электромеханических преобразователей.
31. Устройство по п. 30, в котором множество электромеханических преобразователей включает три электромеханических преобразователя, образующих дельтообразную конфигурацию вокруг центральной оси.
32. Устройство по любому из пп. 30-31, дополнительно содержащее общий вал, проходящий вдоль центральной оси, при этом замыкающие элементы каждого из электромеханических преобразователей связаны с общим валом.
33. Устройство по любому из пп. 30-32, в котором неподвижные части каждого из множества электромеханических преобразователей имеют общую раму для монтажа соответствующих генераторов магнитного потока, пар полюсных наконечников и, по меньшей мере, одной катушки.
34. Устройство по любому из пп. 30-33, в котором подвижные части каждого из множества электромеханических преобразователей имеют общую подвижную раму для монтажа соответствующих замыкающих элементов.
Наверх