Двигатель с вращательным движением на управляемых магнитах
Изобретение может найти применение на транспорте и в различных отраслях промышленности взамен используемых электродвигателей. Приведены различные типы двигателей на управляемых магнитах с вращательным движением подвижной части (ротором). При этом количество магнитов и их взаимное расположение определяется, в большей степени, назначением и характеристиками приводного механизма, чем самого двигателя, т.е. двигатель может быть выполнен под решение определенной задачи. Магниты являются приводами в таких двигателях, а управляющие катушки с замкнутыми ферромагнитными сердечниками регуляторами мощности и скоростью движения ротора. Принцип работы напоминает движение ротора за вращающимся электромагнитным полем статора в электродвигателе, только в данном случае получено движение ротора за вращающимся магнитным полем постоянных магнитов. Полезная работа совершается только силой притяжения магнитов, а ее ослабление или полная нейтрализация регулируются величиной импульсов тока, подаваемых на управляющие катушки. Количество энергии подводимое к управляющим катушкам никак не связано с полями магнитов и силовым с ними взаимодействием, т.е. к.п.д. двигателя зависит лишь от материального и конструктивного исполнения ферромагнитных сердечников или, другими словами, он тем выше, чем меньшим количеством затраченной энергии полностью нейтрализуются внешние поля (силы притяжения) магнитов. Форма магнитов не имеет принципиального значения в предлагаемых двигателях.
Изобретение может найти применение на транспорте и в различных отраслях промышленности взамен используемых электродвигателей.
При анализе описаний магнитных двигателей, опубликованных в открытых источниках, можно сделать вывод, что во многих случаях предлагается использовать катушки с сердечниками для силового взаимодействия электромагнитных полей с внешними полями постоянных магнитов (патент на полезную модель RU 45576, 2004 г.).
Таких двигателей предложено множество, но, по сути, все они являются двигателями с электромагнитным приводом. Для них характерны значительные затраты энергии, т.к. их мощность и количество совершаемой полезной работы напрямую зависит от величины тока, подаваемого на катушки электромагнитов.
Подавляющее большинство попыток построить магнитный двигатель исходит из свойств магнитов отталкиваться одноименными полюсами или отталкивании магнита от силовых линий электромагнитного поля. Это вполне естественно, т.к. процессом взаимоотталкивания достаточно не сложно управлять.
Задачей изобретения является построение магнитного двигателя работающего на использовании силы притяжения постоянного магнита и при этом управление этой силой должно быть без прямого воздействия на само поле магнита и без силового с ним взаимодействия, т.е. с наименее возможной затрачиваемой энергией.
Для этого предлагается использовать способ управления внешним полем (силой притяжения) постоянного магнита по заявке RU 2010113699, 2010 г, когда к полюсам постоянных магнитов приставляют управляющие катушки с замкнутыми ферромагнитными сердечниками.
При отсутствии тока в катушках ферромагнитные сердечники не препятствуют прохождению силовых линий поля и магнитная проницаемость зазора между полюсами магнита определяется только окружающей средой (воздухом), а при его подаче они увеличивают сопротивление в магнитной цепи постоянного магнита из-за насыщенности стали. Условно говоря, они как бы «запирают» магнитное поле внутри самого магнита или являются «выключателями» его внешнего поля (силы притяжения).
Одним из близких по составу элементов является двигатель по патенту RU 2145764, 1998 г., так же имеющий ферромагнитные элементы и катушки. Но этот двигатель имеет очень сложную конструкцию, а принцип его автономной работы напоминает «вечный двигатель».
В предлагаемом двигателе магнит является единственным приводом, а управляющие катушки с замкнутыми ферромагнитными сердечниками регуляторами мощности и скоростью движения подвижной части (ротора). Полезная работа совершается только силой притяжения магнита, а ее ослабление или нейтрализация регулируются величиной импульсов тока, подаваемых на управляющие катушки. При этом максимальная амплитуда токовых импульсов естественно достаточна, когда внешнее поле магнита (сила притяжения) полностью нейтрализовано. При этом к.п.д. такого двигателя тем выше, чем меньшим количеством затраченной энергии мы полностью нейтрализуем внешнее поле (силу притяжения) магнита.
Конструктивные и эксплуатационные характеристики такого двигателя зависят от выбранных магнитов и ферромагнитных сердечников. Количество магнитов и их взаимное расположение определяется в большей степени назначением и характеристиками приводного механизма, т.е. двигатель может быть выполнен под решение определенной задачи.
Существенным признаком является необязательность взаимодействия одного магнита с другим, т.к. использование силы притяжения, а не силы отталкивания, позволяет выполнять подвижную или неподвижную части двигателя из металлических деталей.
Вращение такого двигателя обеспечивается логикой работы электрических контактов, подающих импульсы тока необходимой амплитуды и нужной полярности на управляющие катушки с замкнутыми ферромагнитными сердечниками. Для этого в состав двигателя входит схема или устройство управления электрическими контактами.
Если электрические контакты конструктивно или механически связать с ротором или валом, то необходимость в схеме или устройстве управления их работой отпадает.
Вместо электрических контактов возможно применение электронных устройств (транзисторов, тиристоров и т.п.).
Двигатель может иметь конденсатор или генератор на валу для экономии или возобновления потребляемой им энергии. При этом их коммутация с управляющими катушками так же обеспечивается электрическими контактами или электронными устройствами.
На фиг.1 и 2 показаны роторные двигатели на управляемых магнитах. На фиг.1 ротор 3 находится внутри статора, а на фиг.2 - снаружи. К внутренним или внешним полюсам магнитов 1.1, 1.2 и 1.3 приставлены управляющие катушки 2.1, 2.2 и 2.3 с замкнутыми ферромагнитными сердечниками, роторы 3 содержат по своей окружности металлические бруски 9.
Если ток отсутствует во всех трех управляющих катушках, то роторы пусть находятся в показанных положениях. При одновременной подаче через электрические контакты импульсов тока на катушки 2.1 и 2.3, «свободные» магниты 1.2, на обоих фигурах, притянут ближайшие металлические бруски 9 и роторы начнут движение по часовой стрелке и продолжат его, если импульсы тока поочередно и одновременно подавать на пары катушек в этом же направлении (1.1-1.2, 1.2-1.3 и т.д.). Это напоминает вращающееся электромагнитное поле статора в электродвигателе, только в данном случае мы получаем вращающееся магнитное поле постоянных магнитов.
На фиг.3 показан двухроторный двигатель на управляемых магнитах. Внешний ротор 3.1 и внутренний ротор 3.2. К обоим полюсам магнитов 1.1, 1.2 и 1.3 приставлены управляющие катушки 2.1, 2.2 и 2.3 с замкнутыми ферромагнитными сердечниками.
Работа этого двигателя идентична работе двигателей на фиг.1 и 2, но вместо одного ротора здесь применено два. Причем оба ротора могут иметь как одну, общую, ось вращения, так и две независимые оси и в этом случае, в зависимости от режима подачи импульсов тока на внешние и внутренние управляющие катушки, они могут иметь разные направления и частоту вращения.
Количество магнитов статора во всех предлагаемых двигателях может быть n (n>1), в зависимости от размеров и характеристик двигателя, а количество металлических брусков на роторе m, в зависимости от количества магнитов статора, но m не должно быть равно n, 2n, 3n и т.д., чтобы угол между соседними магнитами статора не равнялся углу между ближайшими металлическими брусками ротора и не был бы кратным ему.
На всех фигурах магниты показаны расположенными радиально, но возможно и их расположение под некоторым углом к радиусам, что увеличивает воздействие магнитов на металлические бруски.
Магнитный двигатель может иметь коллектор, когда подача импульсов тока на управляющие катушки распределяется через его контакты (ламели).
Упрощается установка («нанизывание») на общий вал нескольких однотипных двигателей. Это позволяет конструктивно наращивать мощность на приводном вале. При этом управляющие катушки статоров собирают в схему для синхронной «работы» магнитов.
Форма магнитов в предлагаемых двигателях не имеет принципиального значения. Они могут быть линейными, подковообразными и т.д.
1. Двигатель с вращательным движением приводного механизма, содержащий статор из n (n>1) магнитов, равномерно и радиально или под некоторым углом расположенных по окружности и к полюсу или полюсам каждого из которых приставлены управляющие катушки с замкнутыми ферромагнитными сердечниками, и ротор, находящийся внутри или снаружи статора и имеющий равномерно расположенные по своей окружности m (m не равно kn) металлических брусков, совершающий вращательное движение в зависимости от режима подачи импульсов тока необходимой амплитуды и нужной полярности на управляющие катушки через электрические контакты или электронные устройства (транзисторы, тиристоры и т.п.).
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что имеются два ротора, расположенных внутри и снаружи статора, и роторы имеют общую ось вращения.
3. Двигатель по п.2, отличающийся тем, что роторы имеют свои оси вращения.
4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что имеет схему или устройство управления работой электрических контактов или электронных устройств.
5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что электрические контакты конструктивно или механически связаны с ротором или валом.
6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что импульсы тока на управляющие катушки распределяются через коллектор на валу двигателя.
7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что имеет конденсатор для экономии электроэнергии и/или генератор на валу для ее возобновления.
8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что общий вал приводится во вращение несколькими однотипными двигателями, управляющие катушки статоров которых собирают в схему для синхронной «работы» магнитов.
