Способ генерации механической энергии и генератор механической энергии

 

Использование: в машиностроении, а именно в двигательных ( тяговых ) системах для перемещения объектов в пространстве и в устройствах преобразования механической энергии в другие виды энергии. Сущность изобретения: в способе генерация механической энергии достигается за счет создания в генераторе магнитного поля с векторным потенциалом, ориентированным под углом 90 - 270^o к космологическому электромагнитному векторному потенциалу, и вращение в этом поле материальных тел, механически связанных с потребителями механической энергии, в области пониженных значений потенциала, равного сумме указанных векторных потенциалов, при этом материальные тела предварительно раскручивают вокруг осей, перпендикулярных плоскостям, в которых расположены векторы векторного потенциала магнитного поля генератора механической энергии и электромагнитного космологического векторного потенциала, до достижения каждым из тел режима равенства нулю момента внешних сил относительно центра энерции тела, после чего предварительное раскручивающее воздействие снимают и к вращающимся материальным телам подключают потребителей механической энергии. Устройство, обеспечивающее получение механической энергии, содержит источник магнитного поля, выполненный в виде цилиндрической осесимметричной магнитной системы, и размещенные в нем материальные тела, выполненные в виде установленных с возможностью вращения дисковых роторов, оси которых размещены параллельно оси симметрии магнитной системы, выведены за ее пределы, подсоединены к потребителям механической энергии и механически связаны с системами предварительной раскрутки роторов. 2 с. и 4 з. п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в двигательных (тяговых) системах для перемещения объектов в пространстве и в устройствах преобразования механической энергии в другие виды энергии.

Известен способ генерации механической энергии, включающий отбрасывание с некоторой скоростью части массы генератора этой энергии [1] Данный способ реализован во всех транспортных системах с реактивными двигателями.

Недостатками этого способа и соответствующих устройств являются большой расход энергии, обусловленный малым КПД тепловых движителей, и существенная неэкологичность процесса и устройств, связанная с необходимостью выброса в окружающую объект среду продуктов сгорания рабочего вещества реактивного движителя-генератора механической энергии. Необходимость наличия запаса топлива для движителя отрицательно сказывается на массовых характеристиках генератора и объекта-потребителя механической энергии.

Известен также способ генерации механической энергии, включающий создание в генераторе магнитного поля и перемещение в этом поле тел, механически связанных с объектом-потребителем механической энергии. Устройство, реализующее данный способ, содержит источник магнитного поля, механически связанные с объектом-потребителем механической энергии материальные тела и средство для перемещения этих тел в магнитном поле генератора механической энергии [2] Этот способ и устройство основаны на принципе электромагнитного ускорения внешней среды с дипольной микроструктурой без ее ионизации и может использоваться для генерации механической энергии (например, для создания тяги) как на Земле, так и в космосе.

Недостатком этого способа и соответствующего устройства является ограниченная область применения (необходима подходящая среда) и относительно высокие энергозатраты на генерацию необходимых возбуждающих электромагнитных полей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ генерации механической энергии, используемой для перемещения объекта-потребителя механической энергии в пространстве, включающий создание в генераторе магнитного поля с векторным потенциалом, ориентированным под углом 90-270^о к космологическому электромагнитному векторному потенциалу, и перемещение в этом поле тел, механически связанных с объектом-потребителем механической энергии, в области пониженных значений потенциала, равного сумме указанных векторных потенциалов [3] Устройство для реализации этого способа (генератор механической энергии) содержит источник магнитного поля, выполненный в виде тороидальной токовой обмотки, материальные тела, размещенные во внутренней полости обмотки, и средства для перемещения этих тел, выполненные в виде механизмов изменения положения тел относительно поверхности обмотки. Механизмы изменения положений тел могут быть выполнены в виде равномерно размещенных вдоль поверхности обмотки тяг, жестко связанных с корпусом объекта-потребителя механической энергии и снабженных приводами их выдвижения-уборки вдоль радиальных направлений образующей окружности торовой поверхности обмотки.

При этом реализуется несимметричное расположение вещества в окрестности области пространства, характеризуемой уменьшенным суммарным потенциалом, что приводит к возникновению силы, воздействующей на перемещаемые тела, механически связанные с объек- том-потребителем механической энергии, и перемещающей за счет выработанной при этом процессе механической энергии объект в пространстве.

Недостатком способа-прототипа является относительно малая величина силы, возникающей при его использовании и воздействующей на объект, а следовательно, и малая величина генерируемой механической энергии.

Устройство, реализующее способ, конструктивно достаточно сложно. Для отбора от него генерируемой механической энергии (для подключения к устройству иных потребителей и/или преобразователей механической энергии в другие виды энергии (например, в электрическую) необходимы сложные дополнительные устройства и системы их управления.

Целью изобретения является устранение отмеченных недостатков, создание способа генерации механической энергии, обеспечивающего достижение более высокого значения генерируемой энергии, и создание конструктивно более простого генератора механической энергии, обеспечивающего более эффективное использование и преобразование этой энергии, чем в прототипе.

Цель достигается за счет того, что при генерации механической энергии путем создания в генераторе магнитного поля с векторным потенциалом, ориентированным под углом 90-270^о к космологическому электромагнитному векторному потенциалу и перемещения в этом поле материальных тел, механически связанных с потребителями механической энергии, в области пониженных значений потенциала, равного сумме указанных векторных потенциалов, материальные тела предварительно раскручивают вокруг осей, перпендикулярных плоскостям, в которых расположены векторы векторного потенциала магнитного поля объекта и электромагнитного космологического векторного потенциала, до достижения каждым из тел режима равенства нулю момента внешних сил относительно центра инерции тела, после чего предварительное раскручивающее воздействие снимают и к вращающимся материальным телам подключают потребителей механической энергии.

Оси вращения материальных тел могут быть размещены в области минимума потенциала, равного сумме векторного потенциала магнитного поля генератора механической энергии и электромагнитного космологического векторного потенциала.

Для осуществления этих операций в генераторе механической энергии, содержащем источник магнитного поля и размещенные в нем материальные тела, источник магнитного поля выполнен в виде цилиндрической осесимметричной магнитной системы, а материальные тела выполнены в виде установленных с возможностью вращения дисковых роторов, оси которых размещены параллельно оси симметрии магнитной системы, выведены за ее пределы, подсоединены к потребителям механической энергии и механически связаны с системами предварительной раскрутки роторов.

В генераторе механической энергии оси роторов могут быть размещены в области расположения среднего диаметра цилиндрической магнитной системы.

Генератор может быть снабжен ротором, ось которого размещена на оси магнитной системы.

Источник магнитного поля генератора может быть размещен на роторе и механически связан с ним.

В результате, сила, возникающая вследствие создания неравномерного распределения вещества в области пространства, характеризуемой уменьшенным суммарным потенциалом, и воздействующая на вращаемые материальные тела, после достижения этими телами (за счет их предварительной раскрутки) режима свободного инерциального вращения (т.е. режима равенства нулю момента внешних сил относительно центра инерции тела) приводит к дальнейшему раскручиванию тел, вследствие чего генерируемая при этом механическая энергия может быть отведена к потребителям (например, к электрогенераторам или к вращающимся элементам транспортных средств), что оптимальным образом обеспечивается предложенными вариантами конструкции устройства.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема части одной из возможных по предлагаемому способу конструкций генератора механической энергии с источником магнитного поля, выполненным в виде тороидальной токовой обмотки; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1 с указанием взаимного расположения вектор-потенциала магнитного поля генератора, космологического электромагнитно- го векторного потенциала, оси вращения одного из вращающихся материальных тел (роторов) и вектора силы, действующей на материальное тело (ротор) и вращающей его; на фиг. 3 принципиальная конструктивная схема варианта выполнения предлагаемого генератора механической энергии с источником магнитного поля цилиндрической осесимметричной магнитной системой, выполненной в виде соленоидальной токовой обмотки, внутри которой размещен ротор-вращающееся материальное тело; а фиг. 4 сечение Б-Б на фиг. 3 с указанием взаимного расположения вектор-потенциала магнитного поля генератора, космологического электромагнитного векторного потенциала, оси вращения ротора и силы, действующей на ротор и вращающей его; на фиг. 5 принципиальная конструктивная схема варианта выполнения предлагаемого генератора с источником магнитного поля цилиндрической осесимметричной магнитной системой, выполненной в виде соленоидальной токовой обмотки или постоянного магнита с осевой намагниченностью, снаружи которых размещены роторы-вращающиеся материальные тела; на фиг. 6 сечение В-В на фиг. 5 с указанием взаимного расположения вектор-потенциала магнитного поля генератора, космологического электромагнитного векторного потенциала, осей вращения четырех материальных тел-роторов и векторов сил, действующих на роторы и вращающих их; на фиг. 7 принципиальная конструктивная схема варианта выполнения предлагаемого генератора с источником магнитного поля цилиндрической осесимметричной магнитной системой, выполненной в виде двух расположенных на некотором расстоянии друг от друга соленоидальных токовых обмоток, и с ротором, размещенным в зазоре между частями магнитной системы в области расположения среднего диаметра магнитной системы; на фиг. 8 принципиальная конструктивная схема варианта выполнения предлагаемого генератора с источником магнитного поля цилиндрической осесимметричной магнитной системой, выполненной в виде соленоидальной токовой обмотки, внутри которой расположен ротор, ось которого размещена на оси симметрии магнитной системы; на фиг. 9 сечение Г-Г на фиг. 8 с указанием взаимного расположения вектор-потенциала магнитного поля генератора, космологического электромагнитного векторного потенциала, оси вращения ротора и вектора силы, действующей на ротор и вращающей его; на фиг. 10 принципиальная конструктивная схема варианта выполнения предлагаемого генератора с источником магнитного поля цилиндрической осесимметричной магнитной системой, выполненной в виде постоянного магнита с осевой намагниченностью, размещенной на роторе и механически связанной с ним; на фиг. 11 сечение Д-Д на фиг. 10 с указанием взаимного расположения вектор-потенциала магнитного поля генератора, космологического электромагнитного векторного потенциала, оси вращения ротора и вектора силы, действующей на ротор и вращающей его.

На фиг. 1-11 показаны вектор-потенциал 1 (А) магнитного поля генератора механической энергии; космологический электромагнитный вектор-потенциал 2 (А_г); суммарный вектор-потенциал 3 (A); область 4 пространства с пониженным суммарным потенциалом; часть конструкции генератора механической энергии с источником магнитного поля, выполненным в виде тороидальной токовой обмотки (тороид 5); обмотка 6 тороида 5; материальное тело ротор 7; ось 8 вращения ротора 7, расположенная перпендикулярно плоскости расположения векторов векторного потенциала 1 (А) магнитного поля генератора механической энергии и космологического электромагнитного векторного потенциала 2 (А_г); направление 9 вращения материального тела-ротора 7; опора-подшипник 10; механизм 11 предварительной раскрутки ротора 7; потребитель 12 механической энергии; управляемая муфта 13 механизма 11 предварительной раскрутки ротора 7; управляемая муфта 14 потребителя 12 механической энергии; суммарная механическая сила 15, возникающая в области 4 пониженного значения суммарного потенциала 3 (A) и вращающая материальное тело-ротор 7; цилиндрическая осесимметричная магнитная система 16; соленоидальная токовая обмотка 17 магнитной системы 16; силовые линии 18 цилиндрической осесимметричной магнитной системы; ось 19 симметрии магнитной системы; цилиндрическая осесимметричная магнитная система 20, выполненная в виде постоянного магнита с осевой намагниченностью; рама 21; опоры 22 магнита 20; область 23 пространства с постоянным суммарным потенциалом 3; конические шестерни зубчатой передачи 24; наружный диаметр 25 цилиндрической осесимметричной магнитной системы 16; внутренний диаметр 26 магнитной системы; средний диаметр 27 магнитной системы; место 28 размещения оси 8 ротора 7; источник 29 магнитного поля, выполненный в виде кольцевого постоянного магнита с осевой намагничен- ностью, размещенного на роторе 7 и механически связанного с ним.

В соответствии с предлагаемым способом генерация механической энергии осуществляется следующим образом.

В генераторе механической энергии создают (например, путем пропускания тока по тороидальной токовой обмотке 6 тороида 5, фиг. 1, 2) магнитное поле, вектор-потенциал 1 (А) которого ориентирован под углом 90-270^о к космологическому электромагнитному векторному потенциалу 2 (А_г). Направление космологического вектор-потен- циала 2 одно и то же в окрестности Солнца и ближайших звезд. Вследствие этого в некоторой зоне пространства создается область 4 с пониженным суммарным потенциалом 3 (A) (заштрихована на фиг. 2, 4, 6, 9 и 11). В этой области возникает сила, действующая на материальные тела 7, расположенные внутри области 4.

Эта сила складывается из большого количества сил, распределенных по элементам тела 7 и имеющих различную величину в зависимости от конкретного места расположения того или иного элемента тела 7 в области 4 пространства.

Результирующая всех сил, воздействующих на тело 7 в области 4 пониженного значения суммарного потенциала 3, показана на чертеже в виде вектора 15.

Величина движущей силы 15, действующей на материальные тела 7, зависит от величины тока в обмотке источника магнитного поля (от величины векторного потенциала 1), от места расположения тела 7 в области 4 пониженного суммарного потенциала 3 и от угловой скорости вращения тела 7 (от скорости перемещения массы в области 4 пространства с пониженным суммарным потенциалом 3).

Максимальное значение силы 15 достигается при расположении материальных тел 7 на осях, перпендикулярных плоскостям, в которых расположены векторы векторного потенциала 1 (А) магнитного поля генератора механической энергии и электромагнитного космологического векторного потенциала 2 (А_г), при этом в частности, при размещении осей в той зоне области 4, где имеет место минимум потенциала 3 (A), равного сумме векторного потенциала магнитного поля генератора механической энергии и электромагнитного космологического векторного потенциала 2 (А_г).

Воздействие сил 15 приводит к вращению материальных тел 7 вокруг осей 8 в направлении 9, в результате чего генерируется механическая энергия.

Чтобы эту механическую энергию можно было полезно использовать, необходимо вначале вывести вращающиеся тела 7 в режим свободного инерциального вращения, т.е. в режим равенства нулю момента внешних сил относительно центра инерции тела, для чего тела 7 предварительно раскручивают с помощью механизмов 11, подсоединенных к валам 8 через управляемые муфты 13. Поскольку сила 15 увеличивается с увеличением угловой скорости вращения тела 7, то после обеспечения равенства нулю момента внешних сил относительно центра инерции тела (т.е. когда раскручивающий момент равен моменту сил трения и других сил) имеет место дальнейший рост угловой скорости тела 7, вследствие чего предварительное раскручивающее воздействие от механизма 11 снимают (отключают управляемую муфту 13), а к валу 8 с помощью аналогичной муфты 14 подключают потребителей 12 выработанной механической энергии (например, электрогенераторы).

Вследствие непрерывного движения (вращения) материальных тел 7 действующая на них сила возрастает (по сравнению с прототипом), поэтому эффективность воздействия с ее стороны на перемещаемый объект и соответственно генерируемая механическая энергия также увеличиваются.

Генератор механической энергии работает следующим образом.

Путем запитки током токовой обмотки 17 цилиндрической осесимметричной магнитной системы 16 в генераторе создают магнитное поле 18, вектор-потенциал 1 (А) которого вблизи обмотки совпадает с направлением витков обмотки 17. При этом, если вектор космологического электромагнитного векторного потенциала 2 (А_г) лежит в плоскости поперечной симметрии цилиндрической токовой обмотки 17, как показано на фиг. 4, 6, 9 и 11, то в части внутреннего и внешнего по отношению к обмотке 17 пространства создаются область 4 с пониженным суммарным потенциалом 3 (A) и область 23 пространства, где суммарный потенциал не изменился.

Для генерации механической энергии материальные тела, выполненные в виде установленных с возможностью вращения дисковых роторов 7, оси 8 которых размещены параллельно оси 19 симметрии магнитной системы 16, выведены за ее пределы и подсоединены через управляемые муфты 14 к потребителям 12 механической энергии (электрогенераторам), предварительно раскручивают в направлении 9 с помощью механизмов 11 предварительной раскрутки роторов 7, механически связанных с осями 8 муфтами 13.

Когда угловая скорость роторов 7 возрастет до величины, обеспечивающей увеличение силы 15 до значения, достаточного для достижения каждым из тел режима равенства нулю момента внешних сил относительно центра инерции тела, муфты 13 отключают, раскручивающее воздействие снимается, и с помощью муфт 14 к роторам 7 подключают потребителей 12 механической энергии.

Роторы 7 могут быть расположены как во внутренней полости источника магнитного поля (фиг. 3, 4, 8 и 9), так и снаружи его (фиг. 5 и 6). В последнем случае источник магнитного поля целесообразно выполнять в виде постоянного магнита 20 с осевой намагниченностью, установленного на опорах 22 на одной из рам 21, в которых с помощью опор-подшипников 10 закреплены с возможностью вращения валы 8 роторов 7. Вращающее воздействие испытывают только те из роторов 7, которые целиком или частично находятся в области 4 пониженного суммарного потенциала 3 (на фиг. 6 это роторы 7', 7" и 7'''). Роторы, находящиеся в области 23 с постоянным суммарным потенциалом (ротор 7"" на фиг. 6) такого воздействия не испытывают, вращающая сила 15 здесь равна нулю, механическая энергия ими не генерируется. Однако при повороте генератора в пространстве (например, за счет суточного вращения Земли) вследствие изменения ориентации магнитной системы 20 относительно космологического электромагнитного вектор-потенциала 2 (А_г) эти роторы также могут вступить в работу.

Оси 8 роторов 7 могут быть также размещены в области расположения среднего 27 (фиг. 7) относительно наружного 25 и внутреннего 26 диаметров диаметра цилиндрической магнитной системы 16, т.е. в зоне 28, в зазоре между двумя частями магнитной системы 16. Суммарная вращающая сила при этом создается вследствие разности в характере изменения вектор-потенциала 1 (А) магнитной системы 16 в направлениях от среднего диаметра 27 (от зоны 28) к оси 19 симметрии магнитной системы 16 и во внешнее пространство. Предварительное раскручивание от механизмов 11 и отбор механической энергии в этом случае могут быть осуществлены с помощью конических зубчатых передач 24.

Дальнейшее упрощение конструкции генератора может быть достигнуто при размещении ротора 7 на оси 19 симметрии магнитной системы 16 (фиг. 8 и 9). При этом имеет место воздействие силы 15 только на ту часть (половину) ротора 7, которая находится в данный момент в области 4 пространства с пониженным суммарным потенциалом 3. Вторая часть ротора, находящаяся в области 23 пространства с постоянным суммарным потенциалом, такого воздействия не испытывает, вследствие чего создается механический момент, вращающий ротор 7, и осуществляется генерация механической энергии.

Наиболее простой конструкцией генератора механической энергии является вариант, когда источник магнитного поля кольцевой постоянный магнит 29 с осевой намагниченностью размещен непосредственно на роторе 7 и механически связан с ним (фиг. 10 и 11). Поскольку направления вектор-потенциала 1 (А) магнитного поля магнита 29 (перпендикулярные радиусам магнита 29 ) совпадают с соответствующими направлениями вектор-потенциала 1 магнитной системы 16 (по касательным к виткам токовой обмотки 17) сохраняется вся физика процесса и выполняются все условия, необходимые для генерации механической энергии.

Все рассмотренные варианты конструкции генератора механической энергии обеспечивают более простую, чем в прототипе, передачу энергии от генератора к потребителям, что упрощает энергосиловую установку, в которой используется данный генератор, и снижает потери, т.е. повышает КПД устройств.

Проведенные предварительные исследования подтвердили реализуемость заложенных в изобретение физических принципов.

Формула изобретения

1. Способ генерации механической энергии, включающий создание в генераторе магнитного поля с векторным потенциалом, ориентированным под углом 90 - 270^o к космологическому электромагнитному векторному потенциалу, и перемещение в этом поле материальных тел, механически связанных с потребителями механической энергии, в области пониженных значений потенциала, равного сумме указанных векторных потенциалов, отличающийся тем, что материальные тела предварительно раскручивают вокруг осей, перпендикулярных плоскостям, в которых расположены векторы векторного потенциала магнитного поля генератора механической энергии и электромагнитного космологического векторного потенциала, до достижения каждым из тел режима равенства нулю момента внешних сил относительно центра инерции тела, после чего предварительное раскручивающее воздействие снимают и к вращающимся материальным телам подключают потребителей механической энергии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что материальные тела вращают вокруг осей, размещенных в области минимума потенциала, равного сумме векторного потенциала магнитного поля генератора механической энергии и электромагнитного космологического векторного потенциала.

3. Генератор механической энергии, содержащий источник магнитного поля и размещенные в ней материальные тела, отличающийся тем, что источник магнитного поля выполнен в виде цилиндрической осесимметричной магнитной системы, а материальные тела выполнены в виде установленных с возможностью вращения дисковых роторов, оси которых размещены параллельно оси симметрии магнитной системы, выведены за ее пределы, подсоединены к потребителям механической энергии и механически связаны с системами предварительной раскрутки роторов.

4. Генератор по п.3, отличающийся тем, что оси роторов размещены в области расположения среднего диаметра цилиндрической магнитной системы.

5. Генератор по п.3, отличающийся тем, что он снабжен ротором, ось которого размещена на оси симметрии магнитной системы.

6. Генератор по пп.3 - 5, отличающийся тем, что источник магнитного поля размещен на роторе и механически связан с ним.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11