close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY16088

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.06.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 16088
(13) C1
(19)
H 02K 21/00 (2006.01)
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
(21) Номер заявки: a 20100264
(22) 2010.02.24
(43) 2011.10.30
(71) Заявитель: Дмитриев Сергей Михайлович (BY)
(72) Автор: Дмитриев Сергей Михайлович (BY)
(73) Патентообладатель: Дмитриев Сергей Михайлович (BY)
(56) Элементарный учебник физики / Под редакцией Г.С.ЛАНДСБЕРГА. - Москва:
Государственное издательство физикоматематической литературы, 1961. Т. 2. - С. 300-302.
BY 5047 C1, 2003.
RU 86811 U1, 2009.
RU 71189 U1, 2008.
FR 2587855 A1, 1987.
JP 58054860 A, 1983.
BY 16088 C1 2012.06.30
(57)
1. Способ получения электрической энергии, при котором воздействуют внешним магнитным потоком на замкнутый электропроводный контур в виде плоских спиральных катушек с кольцевым магнитопроводом, причем катушки размещены, по меньшей мере, в
двух секциях попарно и зеркально-симметрично друг другу, в каждой секции и между
секциями катушки соединены последовательно, причем свободный вывод первой катушки
Фиг. 1
BY 16088 C1 2012.06.30
первой секции и свободный вывод второй катушки последней секции электрически замкнуты между собой через нагрузку, внешний магнитный поток ориентирован униполярно с
магнитным полем кольцевого магнитопровода в каждой секции и ортогонально к плоской
поверхности катушек, посредством лепестков дискового магнитопровода, проходящих в
зазоре между зеркально-симметричными катушками, периодически создают в магнитном
потоке через поперечное сечение катушек локальные зоны с повышенной плотностью
магнитной индукции для индуцирования в катушках пульсирующего электрического тока,
причем осуществляют вращение упомянутых локальных зон вокруг оси, параллельной
направлению внешнего магнитного потока.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что магнитную индукцию в упомянутых локальных зонах задают не менее 0,85 Тл.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выводы катушек каждой секции соединяют
с нагрузкой по параллельной или последовательной схеме подключения.
Изобретение относится к энергетическому машиностроению и электротехнике, а
именно к методам, использующим энергию постоянных магнитов, и предназначено для
генерирования в широком диапазоне мощностей экологически чистой энергии.
Известны многочисленные способы генерирования электрической энергии с использованием постоянных магнитов, взаимодействующих с замкнутым электропроводным
контуром и содержащих магнитопровод [1, 2, 3, 4].
Известна система получения энергии, в которой выход электрического тока превышает
вклад на его генерирование [1]. Система реализована тремя способами, в одном из которых генератор построен с использованием постоянных магнитов в комбинации с жидкостью. В другом варианте использованы специальные материалы, размещенные между
двумя стационарными постоянными магнитами, при этом указанный материал обеспечивает сохранение результирующего магнитного поля, по меньшей мере, в пределах его границ поверхности. В третьем и четвертом вариантах реализации способа предусмотрено
использование относительно тяжелых индукционных катушек, содержащих большое число витков, в которых генерируют электрический ток относительно небольшой активизацией вращающимся постоянным магнитом в виде диска.
Недостатком способа является низкий КПД использования энергии магнитного поля
системы вследствие рассеяния магнитного потока, что не позволяет реализовать в полной
мере потенциальные возможности системы в целом.
Предложен способ получения электрической энергии, в котором совокупность свойств
и явлений, связанных с магнитным взаимодействием в макроскопических масштабах, проявляется между телами, обладающими магнитным моментом [2]. Указанное взаимодействие
осуществляют посредством магнитного поля, которое существенно усиливают посредством снабжения магнитных полюсов магнитов, выполненных из ферромагнетика, обладающих
способностью, в частности, отталкивать одноименные магнитные полюса охватывающей
токопроводящей обмоткой. В качестве альтернативного источника энергии для осуществления производства электроэнергии используют само рабочее тело, в котором взаимодействуют одноименными магнитными полюсами ферромагнетиков ротора и статора, при этом
ротор приобретает инерционное вращательное движение. Синхронную передачу вращения от вала ротора на каждый вал ферромагнетика статора обеспечивают с помощью механизма передачи вращательного движения, например зубчатой или цепной, или ременной,
с заданной расчетной угловой скоростью. При каждом последующем взаимодействии
одноименными магнитными полюсами ферромагнетиков ротора и статора инерционному
вращательному движению ротора придают дополнительный импульс углового ускорения, в
результате стабильно увеличивают скорость вращения рабочего тела. В результате взаимодействия синхронного вращательного движения ферромагнетиков ротора и статора в
2
BY 16088 C1 2012.06.30
магнитном поле в охватывающих токопроводящих обмотках индуцируют электродвижущую
силу, которую затем суммарно включают на контур нагрузки потребления в электросети.
Недостатком способа является низкая эффективность вследствие потерь на механическую передачу для обеспечения синхронизации вращения от вала ротора на каждый вал
ферромагнетика статора.
Способ [3] получения электрической энергии включает создание замкнутых контуров
потоков постоянных магнитных полей в полом теле или наборе полых тел из магнитного
материала с помощью источников постоянного магнитного поля. В замкнутых контурах
потоки импульсных магнитных полей направляют на встречу потокам постоянных магнитных полей в контурах. Отбор электрической энергии осуществляют путем пропускания потока магнитного поля через витки обмотки из электропроводящего материала,
отвода из этих обмоток переменного электрического тока и передачи его в нагрузку потребителям электрической энергии. Потоки постоянных магнитных полей создают с помощью набора источников постоянного магнитного поля, а суммарный поток магнитного
поля, образующегося при сложении векторов импульсного и постоянного магнитных полей каждого контура, пропускают одновременно через витки обмотки.
Недостатками способа являются технологическая сложность организации циркуляции
замкнутых контуров потоков постоянных магнитных полей в полом теле из магнитного
материала.
Известен способ выработки электрической энергии путем вращения расположенных
на периферии ротора с зазором со статором роликов [4]. Ролики выполнены из постоянных магнитов и приведены в зацепление со статором посредством поперечных магнитных
вставок, смонтированных относительно своих осей и вместе с ротором относительно статора. Ротор размещают внутри статора, а внутреннюю поверхность статора, наружные поверхности роликов и вала ротора покрывают токопроводящим слоем. Ротор раскручивают
до скорости саморазгона и самоподдержания вращения, а переходящий при этом со статора на ролики поток электронов с помощью токосъемников, установленных на сепараторе
ротора и посредством перемычек, отводят в токопроводящий слой вала, соединенный с
коллектором. С помощью токосъемных щеток с коллектора поток электронов передает их
во внешнюю электрическую цепь, содержащую устройства, потребляющие электрическую
энергию. Другой конец электрической цепи соединяют с токопроводящим слоем статора.
Недостатками способа являются неэффективное использование энергии магнитного
поля постоянных магнитов роликов и статора вследствие большого рассеяния магнитного
потока и снижение в результате этого КПД системы в целом.
Известно явление возникновения "трения" между электронами и атомами твердого тела
при пропускании по нему электрического тока, на котором основан способ вращения
электропроводящего диска, находящегося в магнитном поле, который и выбран в качестве
прототипа [5]. Согласно способу электропроводящий медный диск закрепляют на оси, проходящей через его центр, с возможностью свободного вращения и размещают в магнитном
поле между полюсами подковообразного постоянного магнита. Ось диска и его торец соединяют с источником тока и образуют замкнутый электропроводный контур, находящийся под воздействием внешнего магнитного потока, через который затем пропускают
ток по радиусу между осью и торцом диска. Для снижения механического трения торец
диска соединяют с источником тока через "жидкий" контакт, выполненный из ртути. Затем пропускают через диск электрический ток и приводят его во вращение. При изменении направления тока или направления внешнего магнитного потока вращение диска
меняется на обратное. Вращение диска осуществляется под действием сил Лорентца, которые проявляются в действии на проводник благодаря взаимодействию движущихся зарядов - электронов с неподвижными атомами в узлах решетки твердого тела (медного
диска), своего рода трения между ними. При этом силы Лорентца отклоняют электроны,
движущиеся по радиусу, в перпендикулярном направлении и вследствие "трения" между
3
BY 16088 C1 2012.06.30
ними и атомами в узлах кристаллической решетки металла весь диск приходит во вращение. В случае принудительного вращения медного диска, вследствие увлечения электронов при движении вещества в целом, проявляется обратный эффект - в электропроводном
контуре под воздействием внешнего магнитного потока возбуждается ЭДС и при замыкании концов контура на нагрузку в нем протекает электрический ток, который усиливается,
если контур дополнительно содержит магнитопровод.
Недостатками прототипа являются низкая эффективность процесса генерирования
электрического тока и, как следствие, незначительная мощность, выделяемая, в нагрузку
или механическая мощность на оси диска при его вращении.
Целью изобретения является устранение указанных недостатков и повышение эффективности процесса получения электрического тока.
Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного действия
процесса генерирования электрического тока, а также в увеличении электрической мощности, выделяемой в нагрузку.
Технический результат достигается тем, что в способе получения электрической энергии, включающем воздействие внешнего магнитного потока на замкнутый электропроводный контур в виде плоских спиральных катушек с кольцевым магнитопроводом,
причем катушки размещены, по меньшей мере, в двух секциях попарно и зеркальносимметрично друг другу, в каждой секции и между секциями катушки соединены последовательно, причем свободный вывод первой катушки первой секции и свободный вывод
второй катушки последней секции электрически замкнуты между собой через нагрузку,
внешний магнитный поток ориентирован униполярно с магнитным полем кольцевого
магнитопровода в каждой секции и ортогонально к плоской поверхности катушек, посредством лепестков дискового магнитопровода, проходящих в зазоре между зеркальносимметричными катушками, периодически создают в магнитном потоке через поперечное
сечение катушек локальные зоны с повышенной плотностью магнитной индукции для индуцирования в катушках пульсирующего электрического тока, причем осуществляют
вращение упомянутых локальных зон вокруг оси, параллельной направлению внешнего
магнитного потока.
Магнитную индукцию в упомянутых локальных зонах задают не менее 0,85 Тл.
Выводы катушек каждой секции соединяют с нагрузкой по параллельной или последовательной схеме подключения. В каждой секции начало одной плоской спиральной катушки электрически соединяют с концом другой плоской катушки, а конец первой
плоской катушки и начало второй плоской спиральной катушки электрически замыкают
между собой через нагрузку, при этом плоские катушки каждой секции подсоединяют к
нагрузке по параллельной или последовательной схеме подключения.
Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1-5.
На фиг. 1 представлена принципиальная конструктивная схема системы для реализации способа.
На фиг. 2 - элемент для изменения плотности магнитной индукции.
На фиг. 3 - зеркально-симметричная плоская спиральная структура.
На фиг. 4 - схема подключения к нагрузке спиральных структур.
На фиг. 5 - диаграмма, иллюстрирующая движение свободных электрических зарядовэлектронов в зеркально-симметрично плоских спиральных структурах.
Система 1 для реализации способа включает магнитопровод 2 в виде пакета 3 из кольцевого магнита 4 с магнитной проницаемостью не менее 0,85 Тл, набора кольцевых пластин 5 и цилиндрического корпуса 6 из магнитомягкого материала, например, стали марки
Ст.3 для создания замкнутого внешнего B магнитного потока 7; секции 8, 9 с замкнутыми
электропроводными контурами 10 в виде зеркально-симметрично плоских спиральных
структур 11 с кольцевым магнитопроводом 12 из магнитомягкого материала - Ст.3, встроенного в пакет 3; вращающийся вал 13, смонтированный параллельно направлению В
4
BY 16088 C1 2012.06.30
внешнего магнитного потока 7, на котором установлены с возможностью вращения элементы 14 с локальными зонами 15 с повышенной магнитной плотностью, размещенные в
зазоре 16 между зеркально-симметричными плоскими спиральными структурами 11. Вал
13 установлен в подшипниковых узлах 17 боковых крышек 18 из немагнитного материала,
например, алюминия, которые закреплены на внешних кольцевых пластинах 5 пакета 3.
Элементы 14 включают выполненный из материала с высокой магнитной проницаемостью дисковый магнитопровод 19, который жестко смонтирован между двумя дисковыми
пластинами 20 из немагнитного материала, например стеклотекстолита, и содержит локальные зоны 15 в виде N лепестков, размещенных по окружности на торцевой поверхности дискового магнитопровода 19 с заданным шагом h. В секциях 8, 9 плоские спиральные
структуры 11 содержат в форме спирали катушки 21, 22 в секции 8 и 23, 24 в секции 9.
Катушки 21, 22 и 23, 24 попарно смонтированы зеркально-симметрично относительно
друг друга (см. фиг. 3). Конец K1 катушки 21 в секции 8 электрически соединен с началом
H2 катушки 22, начало H1 катушки 21 выведено на нагрузку Rн, а конец K2 катушки 22
секции 8 соединен с началом H3 катушки 23 секции 9, конец которой K3 соединен с началом H4 катушки 24, конец которой K4 выведен на нагрузку Rн.
Способ осуществляют следующим образом. Собирают систему 1, подсоединяют соответствующие выводы плоских катушек секций 8, 9 к нагрузке по параллельной или последовательной схеме подключения, в зависимости от типа нагрузки, и посредством
автоматического блока управления (на чертеже не показано) приводят во вращение вал 13
с жестко закрепленными на нем элементами 14, например, посредством электропривода
(на чертеже не показано). При этом лепестки N дискового магнитопровода 19 совершают
движение по окружности и каждая локальная зона 15 с высокой магнитной проницаемостью периодически "ометает" (закрывает подобно тени) часть плоской поверхности спиральных структур 11, создавая локальную повышенную плотность магнитного потока
через поперечное сечение спиральных катушек 21, 22 в секции 8 и 23, 24 в секции 9. Одновременно в промежутках между лепестками N с зонами 15 напряженность магнитного поля
остается фоновой и равной исходной напряженности, создаваемой в зазорах секций 8, 9
магнитопроводом 2 с магнитной индукцией B. Локальные возмущения плотности магнитного потока через поперечное сечение спиральных катушек 21, 22 в секции 8 и 23, 24 в
секции 9 генерируют в них бегущие волны однопериодического характера, распространяющиеся в направлении, обратном вращению элементов 14. При этом в первой половине
полупериода I (см. фиг. 5) в зоне возмущения 25 магнитное поле возрастает до максимального значения, которое определяется суммой максимального значения магнитной индукции B кольцевого магнита 4 и локальных зон 15 с высокой магнитной проницаемостью
дискового магнитопровода 19. Во второй половине полупериода II в зоне возмущения 26
магнитное поле уменьшается до минимального значения, равного магнитной индукции
кольцевого магнита 4. Под воздействием импульсов возмущения магнитного поля в зеркально-симметричных спиральных плоских структурах 11, в соответствии с правилом
Ленца, индуцируется радиально направленный электрический ток. При этом осуществляется сложение энергии внешнего магнитного поля B и магнитного поля, индуцируемого
радиально направленным электрическим током в результате двойного поворотом на 90°
свободных носителей отрицательных зарядов-электронов 27 при их движении в проводнике плоских катушек 21, 22, 23 и 24. При этом в первом I полупериоде 25 под воздействием бегущей волны внешнего магнитного поля осуществляется первый сдвиг электронов 27
под углом 90° относительно направления вращения зон 15 с разделением положительных
зарядов - ионов, закрепленных в узлах кристаллической решетки (на чертеже не показано), и свободных отрицательных зарядов - электронов 27 с созданием поперечной разности потенциалов Eп. Во втором II полупериоде 26, при локальном уменьшении индукции
внешнего магнитного поля в зоне, где отсутствует возмущение, под воздействием внутреннего магнитного поля магнитопровода 19 осуществляется второй поворот электронов 27 еще
5
BY 16088 C1 2012.06.30
на 90° относительно направления вращения дискового магнитопровода 19 и при включенной нагрузке Rн в замкнутой цепи протекает индукционный электрический ток, вызванный пондемоторной силой:
F = e⋅Епр,
где e - заряд электрона,
Eпр - продольная напряженность (разность потенциалов) электрического поля в проводнике спиральных плоских структурах 11.
Частота следования импульсов возмущений постоянного магнитного поля, а следовательно, частота индукционного электрического тока в катушках 21, 22, 23 и 24 определяются соотношением:
f = n⋅ω,
где n - число лепестков N магнитопровода 19,
ω - угловая скорость вращения вала 13.
Нагрузка Rн через блок управления связана с движителем отрицательной обратной
связью (на чертеже не показано), что позволяет автоматически поддерживать в заданном
режиме скорость вращения вала 13 и оптимизировать процесс генерирования электрического тока. Спиральные структуры 11 секций 8, 9 подсоединяют к нагрузке Rн известным
способом по параллельной или последовательной схеме в зависимости от конкретных условий эксплуатации.
Изобретение обладает промышленной применимостью, что подтверждается приведенным выше описанием реализации способа и результатами испытаний экспериментального образца электрической машины (таблица).
Техническое решение удовлетворяет условию патентоспособности "новизна", так как
из уровня техники не известна заявляемая совокупность существенных признаков, направленных на достижение указанного выше технического результата.
Изобретение отвечает критерию патентоспособности "изобретательский уровень", т.к.
из комбинации существенных признаков известных ближайших аналогов очевидным образом не вытекает предлагаемое техническое решение с тем же техническим результатом.
В таблице представлены результаты испытания способа с магнитной системой на основе феррита стронция с индукцией B = 0,85 Тл, а в качестве материала магнитопровода
19 стали марки Ст3.
Число оборотов
Напряжение, Мощность, Пульсация ∆B, Способ измерения
Ток, A
ротора, мин-1
V
W
параметров
Тл
3000
500
0,4
200
0,5
прямой
6000
1000
0,8
800
0,5
прямой
12000
2000
1,6
3200
0,5
экстраполяция
По сравнению с прототипом КПД процесса повышается на 10-15 %, что обусловлено
более эффективным использованием энергии магнитного поля магнитной системы вследствие отсутствия потерь на перемагничивание магнитопровода 2 в процессе генерирования электрического тока и исполнения замкнутого электропроводного контура в виде
зеркально-симметричных плоских спиральных структур 11.
Источники информации:
1. WO 83/00963, 1983.
2. RU 2004115383 A, 2005.
3. RU 2002132090 A, 2004.
4. RU 2002120055 A, 2004.
5. Элементарный учебник физики / Под ред. акад. Г.С.Ландсберга. Т. II. Электричество и магнетизм. Изд. третье. - М.: Государственное издательство физико-математической
литературы, 1961. - С. 300-302 (прототип).
6
BY 16088 C1 2012.06.30
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
189 Кб
Теги
by16088, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа