Устройство преобразования силового взаимодействия системы из постоянных магнитов и ферромагнетика в механическую энергию по принципу неоднократного применения

Изобретение относится к области электротехники и энергетики, в частности к устройствам для получения механической энергии и преобразования ее в различные другие виды, например в электрическую и тепловую. Задачей предлагаемого изобретения является получение механической энергии по принципу неоднократного применения. Технический результат, достигаемый в результате использования предлагаемого изобретения, состоит в обеспечении возможности преобразования силового взаимодействия системы из постоянных магнитов и ферромагнетика в механическую энергию и далее в другие виды энергии, например электрическую и тепловую. Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство преобразования силового взаимодействия системы из постоянных магнитов и ферромагнетика в механическую энергию по принципу неоднократного применения содержит как минимум два постоянных магнита и ферромагнетик, при этом один из постоянных магнитов установлен неподвижно, а второй постоянный магнит установлен с возможностью вращения относительно оси, перпендикулярной главному вектору поляризации, причем ферромагнетик связан с исполнительным механизмом, который является приемником энергии и установлен с возможностью возвратно-поступательного движения. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области получения механической энергии и преобразованию ее в различные другие виды, например в электрическую и тепловую.

Задачей предлагаемого изобретения является получение механической энергии по принципу неоднократного применения без внешних затрат.

В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность преобразовывать силовое взаимодействие системы из постоянных магнитов и ферромагнетика в механическую энергию и далее в другие виды энергии, например электрическую и тепловую.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство преобразования силового взаимодействия системы из постоянных магнитов и ферромагнетика в механическую энергию по принципу неоднократного применения, содержащее постоянный магнит и ферромагнетик, содержит как минимум два постоянных магнита, при этом один из постоянных магнитов установлен неподвижно, а второй магнит установлен с возможностью вращения относительно оси, перпендикулярной главному вектору поляризации, причем ферромагнетик связан с исполнительным механизмом, который является приемником энергии и установлен с возможностью возвратно-поступательного движения.

В предлагаемом устройстве ферромагнетик выполнен из собранных в пакет листов электротехнической стали с низким остаточным уровнем намагничивания.

В предлагаемом устройстве постоянные магниты выполнены из магнитотвердого материала с высоким остаточным уровнем поля и большой коэрцитивной силой.

Для исключения влияния на кинематику схемы положительных и отрицательных сил при повороте постоянного подвижного магнита и увеличения мощности устройства в него включен еще один стационарный постоянный магнит, идентичный постоянному неподвижному магниту и установлен зеркально с противоположной стороны.

Для увеличения мощности зеркально в схему дополнительно введены четыре ферромагнетика, два из которых установлены на одном валу, а два других - на другом.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, 2 и 3.

На фиг.1 представлена общая схема устройства.

На фиг.2 представлена схема с включенным шаговым двигателем, поворачивающим постоянный подвижный магнит на 180° в правую позицию.

На фиг.3 представлена схема с дополнительным неподвижным постоянным магнитом и дополнительными ферромагнетиками.

Устройство представляет собой систему, состоящую как минимум из двух постоянных магнитов, неподвижного магнита 1, подвижного магнита 2 и одного ферромагнетика 3. Один из постоянных магнитов, например 1, неподвижен, а постоянный магнит 2 совершает поворот на 180° вокруг своей оси, параллельной оси 8 (см. фиг.1, 2) в зависимости от положения ферромагнетика 3: X₁ или Х₂. Соответственно, ферромагнетик 3 через кривошипно-шатунный механизм 5, связанный с валом 6 исполнительного механизма 7, в зависимости от позиции подвижного магнита 2 (вектор м.п. смотрит влево (по фиг.1) или навстречу вектору м.п. - левая позиция; вектор смотрит вправо - правая позиция), совершает работу от X₁ к Х₂ или возвращается в исходное положение от X₂ к X₁. Шаговый двигатель 9 кинематически связан с исполнительным механизмом 7.

На фиг.3 зеркально включен еще один стационарный постоянный магнит 10, а также зеркально в схему включены дополнительные ферромагнетики 11, 12, 13 и 14. Ферромагнетики 14 и 12 работают на одном валу 15, а ферромагнетики 11 и 13 - на другом валу 16.

Работает устройство следующим образом.

Данная элементарная ячейка преобразования действует следующим образом. В исходном положении (фиг.1) постоянный магнит 2 занимает левую позицию, ферромагнетик 3 - поз. X₁. При этом силовые линии магнитных полей и разомкнуты между собой и круто вдоль оси 4 замыкаются сами на себя, охватывая постоянные магниты 1 и 2, градиент поля и вдоль оси 4 возрастает, и он тем больше, чем меньше зазор между постоянными магнитами 1 и 2. Сила, воздействующая на каждый магнитный диполь m ферромагнетика 3, пропорциональна именно градиенту этих полей вдоль оси 4: F_x=m·grad B_x (Э.Парселл. Электричество и магнетизм, том II, Москва: Наука, 1983 г., стр.345). Под воздействием этой силы ферромагнетик 3 устремляется к положению Х₂, и на валу 6 исполнительного механизма 7 совершается положительная работа, пропорциональная среднему значению этой силы F_{x ср.} на путь ΔХ=Х₁-Х₂:A₊=F_{x cp.}·ΔX.

По достижении положения Х₂ включается шаговый двигатель 9, поворачивающий постоянный магнит 2 на 180° в правую позицию (фиг.2). При этом происходит замыкание силовых магнитных линий и в единую обобщенную конфигурацию. В случае, когда постоянные магниты 1 и 2 идентичны по характеристикам и одинаковы по размерам и форме, характер поля таков, что вдоль оси 4 градиент магнитного поля практически равен нулю, силовое воздействие по оси 4 исчезает. На ферромагнетик 3 начинают действовать растягивающие силы постоянных подвижных магнитов 1 и 2 поперек него или параллельно оси 8, то есть создаются условия, благоприятные для возврата его в исходное положение X₁ без затрат энергии: А_.→0. Отрицательная энергия на возврат будет затрачена в основном на преодоление сил трения, которые можно минимизировать.

Когда ферромагнетик 3 вернется в первоначальное положение X₁, a сделает он это по инерции маховика вала 6 кривошипно-шатунного механизма 5, постоянный подвижный магнит 2 поворачивается шаговым двигателем 9 также на 180° - в левую позицию, силовые линии магнитного поля и размыкаются и устройство готово к новому циклу совершения работы.

При совершении поворотов постоянного подвижного магнита 2 вокруг своей оси 4 ему приходится совершать работу: положительную - из левой позиции в правую, отрицательную - из правой позиции в левую. Так как центры постоянных магнитов 1 и 2 не меняют своего относительного положения, то и работы эти полностью идентичны по величине, но противоположны по знаку. За полный цикл (поворот на 360°) эта работа равна нулю, за исключением работы на преодоление сил трения, которые можно минимизировать известными техническими средствами.

С целью исключения влияния на кинематику схемы положительных и отрицательных сил при повороте постоянного магнита 2 и увеличения мощности устройства целесообразно в схему включить еще один стационарный постоянный магнит 10, идентичный постоянному магниту 1, и установить зеркально с противоположной стороны (справа) по схеме, от постоянного магнита 2 с ориентацией м.п. навстречу (антипараллельно) м.п. (фиг.3). Таким образом, суммарное силовое воздействие полей и на постоянный магнит 2 при его вращении будет стремиться к нулю. Работа на поворот постоянного магнита 2 будет тратиться только на преодоление сил трения, которые минимизируются.

Зеркально в схему включаются дополнительные ферромагнетики 11, 12, 13 и 14. Ферромагнетики 14 и 12 работают на одном валу 15, а ферромагнетики 11 и 13 - на другом валу 16. Когда ферромагнетики 14 и 11 возвращаются в исходное положение или совершают холостой ход, то ферромагнетики 12 и 13 совершают положительную работу и наоборот. За каждый цикл или полный оборот постоянного магнита 2 на 360° в такой комбинации будет совершена положительная работа А₊=4F_cp.·ΔX и отрицательная работа А<<А₊.

Ферромагнетик может быть выполнен из собранных в пакет листов электротехнической стали с низким остаточным уровнем намагничивания. Постоянные магниты 1, 2 и 10 целесообразно подбирать из магнитотвердого материала с высоким остаточным уровнем поля и большой коэрцитивной силой.

Из блоков, изображенных на фиг.3, можно собирать объемные, связанные общей кинематической схемой узлы, управляемые позиционированием магнитов группы 2.

1. Устройство преобразования силового взаимодействия системы из постоянных магнитов и ферромагнетика в механическую энергию по принципу неоднократного применения, содержащее постоянный магнит и ферромагнетик, отличающееся тем, что оно содержит, как минимум, два постоянных магнита, при этом один из постоянных магнитов установлен неподвижно, а второй магнит установлен с возможностью вращения относительно оси, перпендикулярной главному вектору поляризации, причем ферромагнетик связан с исполнительным механизмом, который является приемником энергии и установлен с возможностью возвратно-поступательного движения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ферромагнетик выполнен из собранных в пакет листов электротехнической стали с низким остаточным уровнем намагничивания.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что постоянные магниты выполнены из магнитотвердого материала с высоким остаточным уровнем поля и большой коэрцитивной силой.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него включен еще один стационарный постоянный магнит, идентичный постоянному неподвижному магниту, и установлен зеркально с противоположной стороны.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно в него введены четыре ферромагнетика, два из которых установлены на одном валу, а два других - на другом.