| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2292106
магнітоелектричні генератори
Ім'я винахідника: Белоногов Олег Борисович
Ім'я патентовласника: Відкрите акціонерне товариство "Ракетно-космічна корпорація" Енергія "ім. С.П. Корольова"
Адреса для листування: 141070, Московська обл., М Корольов, вул. Леніна, 4а, ВАТ "РКК" Енергія "ім. С.П. Корольова", відділ інтелектуальної власності
Дата початку дії патенту: 2005.03.30
Винахід відноситься до електротехніки і може бути використано в ракетно-космічній техніці, галузях електроенергетики та в побуті. Магнітоелектричний генератор містить діелектричний корпус, на кінцях якого встановлені крайові постійні магнітні елементи. Усередині корпусу встановлено з зазором та можливістю переміщення між крайовими постійними магнітними елементами рухливий магнітопровід, що складається з рухомого постійного магнітного елемента, немагнітною тяги і додаткового рухомого постійного магнітного елемента. У стінках корпусу виконані наскрізні пази, а з зовнішнього боку корпусу встановлені дві магнітні напрямні з трьох і більше постійних магнітних елементів, а й замкнутий на випрямляч електропровідний контур і замкнутий на додатковий випрямляч додатковий електропровідний контур. У генераторі його рухливий магнітопровід утримується в ширяючому або підвішеному (на магнітній підвісці) стані щодо діелектричного корпусу і електропроводящііх контурів. Ось рухомого муздрамтеатру зорієнтована під кутом до напрямку зовнішніх збурень магнітного поля, а власна частота коливань рухомого муздрамтеатру під дією таких збурень збігається з частотою якої-небудь гармоніки з спектра збурень зовнішнього магнітного поля. Технічний результат полягає в забезпеченні перетворення енергії збурень зовнішнього магнітного поля в електричну енергію при зменшенні габаритів і маси генератора, так як він особливо ефективний в "нано" -виконанні.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до області електромагнітної техніки і може бути використано в ракетно-космічній техніці і галузях електроенергетики.
Відомий магнітоелектричний генератор, що містить замкнутий електропровідний контур, який взаємодіє з магнітним елементом, який переміщують всередині електропровідного контура [1].
У замкнутому електропровідному контурі такого магнітоелектричного генератора при русі всередині нього магнітного елемента виникає електричний струм, величина якого пропорційна швидкості переміщення магнітного елемента. Однак для отримання електроенергії за допомогою такого магнітоелектричного генератора, необхідно витрачати механічну енергію на переміщення магнітного елемента всередині електропровідного контура.
Відомий земно-космічний генератор електроенергії польського інженера Янічек [2], який містить замкнутий електропровідний контур, розташований на Землі, яка виконує роль ротора турбіни, при цьому замкнутий електропровідний контур обертається разом з Землею в магнітному полі космічного магнітного елемента - Сонця, перетинаючи його магнітні лінії.
Такий магнітоелектричний перетворювач здатний виробляти електроенергію без використання зовнішньої теплової, світловий, механічної та електричної енергії, проте він повинен мати значні габарити, а отже, і масу, тому він надзвичайно витратний і непридатний в космічній техніці. Крім цього при значній віддаленості від Сонця вироблення електроенергії подібним магнітоелектричним генератором стає проблематичною.
В якості найбільш близького аналога винаходу - прототипу обраний магнітоелектричний генератор, що містить корпус, всередині якого встановлені два крайових постійних магнітних елемента, розміщених на протилежних його кінцях, і встановлений всередині корпусу з можливістю переміщення між крайовими постійними магнітними елементами рухливий постійний магнітний елемент, який взаємодіє із замкнутим на випрямляч електропровідним контуром [3].
Такий магнітоелектричний генератор перетворює енергію постійних магнітних елементів в електричну енергію, проте для вироблення електроенергії за допомогою такого магнітоелектричного генератора необхідно витрачати електроенергію від зовнішнього джерела, необхідну для обертання крайових постійних магнітних елементів.
Для тривалих досліджень автоматичними космічними апаратами і зондами далеких планет сонячної системи, що володіють магнітним полем, де отримання електроенергії за рахунок світлового випромінювання сонця важко, а розрідженість атмосфери або її відсутність не дозволяють використовувати для отримання електроенергії силу вітру, а й силу потоку рідини, корисно мати компактний пристрій, здатний перетворювати зміни магнітного поля планети, обумовлені обертанням ядра планети в її мантії, а й обурення, викликані магнітними бурями, в електричну енергію.
Крім цього, дуже корисно мати в різних галузях промисловості і в побуті пристрої, здатні перетворювати непродуктивні обурення зовнішнього магнітного поля в електричну енергію. Такі обурення обумовлені, наприклад, роботою радіостанцій, телевізійних передавальних станцій, електростанцій, ліній електропередач, електричних мереж, трансформаторних станцій і т.п.
Завданням винаходу є забезпечення можливості виробляти генератором електричний струм за рахунок використання явища магнітомеханічного резонансу при виключенні витрат механічної, теплової, світлової та електричної енергії.
Технічним результатом винаходу є забезпечення можливості перетворення енергії збурень зовнішнього магнітного поля в електричну енергію при зменшенні габаритів і маси генератора.
Технічний результат досягається тим, що в магнітоелектричні генератори, що містить корпус, всередині якого встановлені два крайових постійних магнітних елемента, розміщених на протилежних його кінцях, і встановлений всередині корпусу з можливістю переміщення між крайовими постійними магнітними елементами рухливий постійний магнітний елемент, який взаємодіє із замкнутим на випрямляч електропровідним контуром, на відміну від прототипу в нього введений додатковий електропровідний контур, замкнутий на додатковий випрямляч, а один з полюсів рухомого постійного магнітного елемента тягою з немагнітного матеріалу жорстко уздовж однієї осі з'єднаний з однойменною полюсом додаткового рухомого постійного магнітного елемента, і встановленого всередині корпусу з можливістю переміщення між крайовими постійними магнітними елементами, при цьому рухливий постійний магнітний елемент звернений однойменною полюсом до першого крайовій постійному магнітному елементу, а додатковий рухомий постійний магнітний елемент звернений однойменною полюсом до другого крайовій постійному магнітному елементу, причому рухливий постійний магнітний елемент, тяга і додатковий рухомий постійний магнітний елемент утворюють рухливий магнітопровід, який встановлений з зазором в корпусі, при цьому корпус виконаний з діелектричного матеріалу, а в його стінці виконаний один і більше наскрізних пазів, довжина кожного з яких дорівнює або більше відстані між крайовими постійними магнітними елементами, при цьому з зовнішнього боку корпусу між двома площинами, перпендикулярними корпусу і перетинають зону, прилеглу до полюса рухомого постійного магнітного елемента, що взаємодіє з однойменною полюсом першого крайового магнітного елемента, і між двома площинами, перпендикулярними корпусу і перетинають зону, прилеглу до полюса додаткового постійного магнітного елемента, що взаємодіє з однойменною полюсом другого крайового магнітного елемента, встановлено по магнітної направляючої з трьох і більше рівновіддалених один від одного постійних магнітних елементів, причому постійні магнітні елементи першої магнітної направляючої звернені однойменними полюсами до однойменного полюса рухомого постійного магнітного елемента, а постійні магнітні елементи другої магнітної направляючої звернені однойменними полюсами до однойменного полюса додаткового рухомого постійного магнітного елемента, при цьому електропровідний контур встановлений поверх корпусу між площинами, перпендикулярними корпусу і перетинають зону, прилеглу до полюса рухомого постійного магнітного елемента, сполученого з тягою, а додатковий електропровідний контур встановлений поверх корпусу між площинами, перпендикулярними корпусу і перетинають зону, прилеглу до полюса додаткового рухомого постійного магнітного елемента, і з'єднаного з тягою, при цьому подовжня вісь рухомого муздрамтеатру спрямована до лінії напряму збурень зовнішнього магнітного поля під кутом 
, Що визначається співвідношенням
arctg (l / h) <| | < 
/ 2,
де l - відстань між крайовими постійними магнітними елементами;
h - найбільша ширина крайового постійного магнітного елемента.
Завдяки такій конструкції магнітоелектричного генератора його рухливий магнітопровід знаходиться в ширяючому або в підвішеному (на магнітній підвісці) стані, при цьому його положення щодо електропровідних контурів і енергетичний стан (спокій або рух) визначаються суперпозицією і взаємодією магнітних полів всіх магнітних елементів конструкції магнітоелектричного генератора і зовнішнього магнітного поля, а обурення зовнішнього магнітного поля при певній орієнтації осі рухомого муздрамтеатру до напрямку цих збурень приводить його в рух, в результаті чого у взаємодіючих з рухомими постійними магнітними елементами рухомого муздрамтеатру замкнутих на випрямлячі електропровідних контурах виникає електричний струм. Ефект вироблення електроенергії посилюється при збільшенні швидкості коливальних рухів рухомого муздрамтеатру, тобто коли власна частота рухомого муздрамтеатру на магнітній підвісці знаходиться в стані резонансу з частотою будь-якої гармоніки з спектра збурень зовнішнього магнітного поля, а сам рухливий магнітопровід є слабодемпфірованним. При цьому зовнішня механічна, теплова, світлова та електрична енергія не витрачається, а коливання рухомого муздрамтеатру відбуваються під дією енергії збурень зовнішнього магнітного поля.
Сукупність усіх зазначених істотних ознак магнітоелектричного генератора дозволяє перетворювати енергію збурень зовнішнього магнітного поля в енергію електричного струму.
Так як заявлена сукупність істотних ознак магнітоелектричного генератора дозволяє вирішити поставлену задачу, то заявлений магнітоелектричний генератор відповідають критерію "винахідницький рівень".
Заявлений магнітоелектричний генератор ілюструється фіг.1 і фіг.2.
 |
 |
На фіг.1 зображений загальний вид магнітоелектричного генератора в розрізі.
На фіг.2 зображено перетин магнітоелектричного генератора в зоні над магнітної направляючої в площині, перпендикулярній осі його рухомого муздрамтеатру.
Магнітоелектричний генератор містить корпус 1, всередині якого на кожному з його кінців встановлено по крайовій постійному магнітному елементу 2 і 3. Усередині корпусу 1 встановлені з можливістю переміщення між крайовими постійними магнітними елементами 2 і 3 рухливий постійний магнітний елемент 4 і додатковий рухомий постійний магнітний елемент 6 , жорстко з'єднані тягою 5. рухомий постійний магнітний елемент 4, тяга 5 і додатковий рухомий постійний магнітний елемент 6 утворюють рухливий магнітопровід, який встановлений з зазором 7 у внутрішній порожнині корпуса 1. У стінці корпусу 1 виконано один і більше наскрізних пазів 8. Наявність зазору 7 виключає сухе тертя між складовими рухомого муздрамтеатру і корпусом 1, а наявність наскрізних пазів 8 з довжиною, рівною або більшою відстані між крайовими постійними магнітними елементами 2 і 3, в корпусі 1 забезпечують мінімальне демпфірування рухомого муздрамтеатру при будь амплітуді його коливань за рахунок гарантованого обеспечінія прохідних вікон для виходу газової або повітряного середовища з порожнини між полюсом рухомого постійного магнітного елемента 4 і однойменною полюсом першого крайового постійного магнітного 2, а і з порожнини між полюсом додаткового рухомого постійного магнітного елемента 6 і однойменною полюсом другого крайового постійного магнітного 3, причому чим більше виконано пазів 8, тим більше площа прохідного перетину прохідних вікон і тим менше демпфірування. При цьому довжина пазів 8 не повинна бути більше довжини корпусу 1 для забезпечення його цілісності, а при довжині пазів 8, що дорівнює довжині корпусу 1, цілісність корпусу 1 може бути забезпечена, наприклад, шляхом жорсткого кріплення його складових до крайових постійним магнітним елементам 2 і 3 . рухомий постійний магнітний елемент 4 звернений однойменною полюсом до першого крайовій постійному магнітному елементу 2, а додатковий рухомий постійний магнітний елемент 6 звернений однойменною полюсом до другого крайовій постійному магнітному елементу 3. Між крайовим постійним магнітним елементом 2 і взаємодіє з ним рухомим постійним магнітним елементом 4 , а й між крайовим постійним магнітним елементом 3 і взаємодіє з ним додатковим рухомим постійним магнітним елементом 6 рухомого муздрамтеатру є зазори 9, необхідні для забезпечення рухливості і необхідної амплітуди коливань рухомого муздрамтеатру. Із зовнішнього боку корпусу 1 між двома площинами, перпендикулярними корпусу 1 і перетинають зону, прилеглу до полюса рухомого постійного магнітного елемента 4, взаємодіє з однойменною полюсом першого крайового магнітного елемента 2, і між двома площинами, перпендикулярними корпусу 1 і перетинають зону, прилеглу до полюса додаткового постійного магнітного елемента 6, взаємодіє з однойменною полюсом другого крайового магнітного елемента 3, встановлено по магнітної направляючої з трьох і більше рівновіддалених один від одного постійних магнітних елементів 10, причому постійні магнітні елементи 10 першої магнітної направляючої звернені однойменними полюсами до однойменного полюса рухомого постійного магнітного елемента 4, а постійні магнітні елементи 10 другий магнітної направляючої звернені однойменними полюсами до однойменного полюса додаткового рухомого постійного магнітного елемента 6. магнітні напрямні та крайові постійні магнітні елементи 2 і 3 необхідні для утримання рухомого муздрамтеатру в ширяючому або підвішеному (на магнітній підвісці) стані при будь-якому положенні корпусу 1. При кількості постійних магнітних елементів 10 магнітної направляючої менше трьох неможливо забезпечити гарантоване утримання рухомого муздрамтеатру з зазором 7 всередині корпусу 1. Електропровідний контур 11, замкнутий на випрямляч 12, встановлений поверх корпусу 1 між площинами, перпендикулярними корпусу 1 і перетинають зону земель, що належали до полюса рухомого постійного магнітного елемента 4, сполученого з тягою 5, а додатковий електропровідний контур 13, замкнутий на додатковий випрямляч 14, встановлений поверх корпусу 1 між площинами, перпендикулярними корпусу 1 і перетинають зону, прилеглу до полюса додаткового рухомого постійного магнітного елемента 6 , і з'єднаного з тягою 5. рухомий постійний магнітний елемент 4 і додатковий рухомий постійний магнітний елемент 6 звернені один до одного однойменними полюсами і з'єднані тягою 5 з немагнітного матеріалу для спотворення їх магнітних полів з метою поліпшення взаємодії з електропровідними контурами 11 і 13 при малих амплітудах переміщення рухомого муздрамтеатру, а виконання корпусу 1 з діелектричного матеріалу виключає замикання витків електропровідних контурів 11 і 12 рухомим постійним магнітним елементом 4 і додатковим рухомим постійним магнітним елементом 6 при можливих коливаннях рухомого муздрамтеатру в напрямках, відмінних від поздовжнього. Наявність додаткового електропровідного контура 13, замкнутого на додатковий випрямляч 14, дозволяє збільшити вироблення електроенергії магнітоелектричного генератора за рахунок руху додаткового рухомого постійного магнітного елемента 6.
Рухомий муздрамтеатр, що складається з рухомого постійного магнітного елемента 4, тяги 5 і додаткового рухомого постійного магнітного елемента 6, знаходиться в ширяючому або підвішеному (на магнітній підвісці) стані щодо крайових магнітних елементів 2 і 3 і магнітних елементів 9 магнітних напрямних при будь-якому положенні корпусу 1 . При цьому його положення щодо електропровідних контурів 11 і 13 і енергетичний стан (спокій або рух) визначаються суперпозицією і взаємодією магнітних полів всіх магнітних елементів конструкції магнітоелектричного генератора і зовнішнього магнітного поля.
Обурення зовнішнього магнітного поля при певній орієнтації поздовжньої осі рухомого слабодемпфірованного муздрамтеатру магнітоелектричного генератора до напрямку цих збурень, призводить його в рух, в результаті чого під взаємодіючому з рухомим постійним магнітним елементом 4 замкнутому на випрямляч 12 електропровідному контурі 11, і у взаємодіючому з додатковим рухомим постійним магнітним елементом 6 замкнутому на додатковий випрямляч 14 додатковому електропровідному контурі 13 виникає електричний струм.
Для виникнення поздовжніх коливань рухомого муздрамтеатру необхідно, щоб
- кут ( max) між поздовжньою віссю рухомого муздрамтеатру і напрямком збурень зовнішнього магнітного поля відрізнявся від / 2, відповідного нагоди, при якому рухливий магнітопровід під дією збурень зовнішнього магнітного поля може здійснювати рухи тільки в напрямках, відмінних від поздовжнього, тобто
- кут ( min) між поздовжньою віссю рухомого муздрамтеатру і напрямком збурень зовнішнього магнітного поля повинен бути таким, щоб зовнішні зміни магнітного поля, не екранувати крайовими постійними магнітними елементами 2 і 3, а проникаючи між постійними магнітними елементами 10 будь-якої з магнітних напрямних, могли впливати на рухливий постійний магнітний елемент 4 або додатковий рухомий постійний магнітний елемент 6 рухомого муздрамтеатру, тобто необхідно, щоб
де l - відстань між крайовими постійними магнітними елементами 2 і 3;
h - найбільша ширина крайового постійного магнітного елемента 2 або 3.
Тоді остаточне співвідношення для кута набуває вигляду:
Для отримання найбільшого ефекту необхідно, щоб швидкість переміщення рухомого муздрамтеатру була максимальною [1].
Розглянемо гармонійні коливання рухомого муздрамтеатру, що визначаються виразом
де Х м - координата переміщення рухомого муздрамтеатру;
А - амплітуда переміщення рухомого муздрамтеатру;
f - частота коливань рухомого муздрамтеатру;
t - час.
Швидкість переміщення коливається муздрамтеатру можна визначити, продифференцировав за часом t вираз (4)
З теорії коливань відомо, що амплітуда коливань рухомого муздрамтеатру і швидкість його руху будуть максимальними, якщо власна частота цих коливань буде збігатися з частотою будь-якої гармоніки із спектру коливань зовнішньої сили, що обурює (в даному випадку зміни магнітного поля), тобто коли виникне явище резонансу і коли рухливий магнітопровід є слабодемпфірованним, тобто в'язке тертя при його русі є дуже малим, а сухе тертя відсутнє.
З іншого боку, для збільшення швидкості переміщення рухомого муздрамтеатру відповідно до вираження (5) необхідно, щоб власна частота f коливань рухомого муздрамтеатру, яка визначається виразом
де m - маса рухомого муздрамтеатру;
С - жорсткість магнітної підвіски, була максимальною.
З виразу (6), зокрема, випливає, що збільшення власної частоти коливань рухомого муздрамтеатру може бути досягнуто шляхом зменшення його маси при забезпеченні відповідної жорсткості магнітної підвіски шляхом зміни намагнічеснності складових підвіску магнітних елементів (2, 10 і 4, 3, 10 і 6 ).
Тому найбільш ефективним є виконання заявленого пристрою в мікроісполненіі за допомогою, наприклад, нанотехнологій. Об'єднання таких наноустройств в батарею з послідовним, паралельним або комбінованим послідовно-паралельним з'єднанням дозволяє підвищити або напруга, що генерується, або генерується струм, що виробляється батареєю магнітоелектричних генераторів, або те й інше разом узяте, а їх наноісполненіе дозволяє створити компактну мікромодульному конструкцію невеликої маси, яка генерує електроенергію .
Крім цього з'єднані в батарею окремі магнітоелектричні генератори можуть бути виконані таким чином, що власні частоти коливань їх рухомих магнитопроводов збігаються з частотами різних гармонік з спектра збурень зовнішнього магнітного поля і (або) зорієнтовані під зазначеним кутом до різних джерел збурень зовнішнього магнітного поля. Тоді інтенсивність вироблення електроенергії такою батареєю зростає багаторазово.
Таким чином, заявлений магнітоелектричний генератор за рахунок магнітомеханіческіх резонансних явищ його рухомого муздрамтеатру дозволяє виробляти електричний струм без зовнішніх витрат механічної, теплової, світлової та електричної енергії. Виконання заявленого магнітоелектричного генератора в наноісполненіі дозволяє створити компактне мікромодульному пристрій невеликої маси, що генерує електроенергію за рахунок збурень зовнішнього магнітного поля, яке може бути використане в космічній техніці для тривалих досліджень планет сонячної системи, що володіють магнітним полем, за допомогою космічних апаратів і зондів, а й в галузях електроенергетики та в побуті.
ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ
1. Курс загальної фізики. Ч 2. Київ .: Днiпро, 1994, стр.260-263.
2. Меркулов А.П. Магнітні поля - трудівники. М .: Машинобудування, 1978, стор.141, 143.
3. Патент РФ №2206170 - прототип.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Магнітоелектричний генератор, що містить корпус, всередині якого встановлені два крайових постійних магнітних елемента, розміщені на протилежних його кінцях, і встановлений всередині корпусу з можливістю переміщення між крайовими постійними магнітними елементами рухливий постійний магнітний елемент, який взаємодіє із замкнутим на випрямляч електропровідним контуром, що відрізняється тим, що в нього введений додатковий електропровідний контур, замкнутий на додатковий випрямляч, а один з полюсів рухомого постійного магнітного елемента тягою з немагнітного матеріалу жорстко уздовж однієї осі з'єднаний з однойменною полюсом додаткового рухомого постійного магнітного елемента, і встановленого всередині корпусу з можливістю переміщення між крайовими постійними магнітними елементами , при цьому рухливий постійний магнітний елемент звернений однойменною полюсом до першого крайовій постійному магнітному елементу, а додатковий рухомий постійний магнітний елемент звернений однойменною полюсом до другого крайовій постійному магнітному елементу, причому рухливий постійний магнітний елемент, тяга і додатковий рухомий постійний магнітний елемент утворюють рухливий магнітопровід, який встановлений з зазором в корпусі, при цьому корпус виконаний з діелектричного матеріалу, а в його стінці виконаний один і більше наскрізних пазів, довжина кожного з яких дорівнює або більше відстані між крайовими постійними магнітними елементами, при цьому із зовнішнього боку корпусу між двома площинами, перпендикулярними корпусу і перетинають зону, прилеглу до полюса рухомого постійного магнітного елемента, що взаємодіє з однойменною полюсом першого крайового магнітного елемента, і між двома площинами, перпендикулярними корпусу і перетинають зону, прилеглу до полюса додаткового постійного магнітного елемента, що взаємодіє з однойменною полюсом другого крайового магнітного елемента , встановлено по магнітної направляючої з трьох і більше рівновіддалених один від одного постійних магнітних елементів, причому постійні магнітні елементи першої магнітної направляючої звернені однойменними полюсами до однойменного полюса рухомого постійного магнітного елемента, а постійні магнітні елементи другої магнітної направляючої звернені однойменними полюсами до однойменного полюса додаткового рухомого постійного магнітного елемента, при цьому електропровідний контур встановлений поверх корпусу між площинами, перпендикулярними корпусу і перетинають зону, прилеглу до полюса рухомого постійного магнітного елемента, сполученого з тягою, а додатковий електропровідний контур встановлений поверх корпусу між площинами, перпендикулярними корпусу і перетинають зону, прилеглу до полюсу додаткового рухомого постійного магнітного елемента, і з'єднаного з тягою, при цьому подовжня вісь рухомого муздрамтеатру спрямована до лінії напряму збурень зовнішнього магнітного поля під кутом , Що визначається співвідношенням
arctg (l / h) <| \ < / 2,
де l - відстань між крайовими постійними магнітними елементами;
h - найбільша ширина крайового постійного магнітного елемента.
Версія для друку
Дата публікації 10.01.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.