ДВИГАТЕЛЬ С ПОСТУПАТЕЛЬНО-ВОЗВРАТНЫМ ДВИЖЕНИЕМ НА УПРАВЛЯЕМЫХ МАГНИТАХ

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).
В предлагаемом двигателе только магнит является приводом, а управляющие катушки с замкнутыми ферромагнитными сердечниками регуляторами мощности и скоростью движения подвижной части (приводного механизма). 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. Отсюда, 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 часть двигателя из металлических деталей.
На фиг.1 показан двигатель с одним управляемым магнитом и поступательно-возвратным движением подвижной части.
К полюсам магнита 1 приставлены управляющие катушки 2 с замкнутыми ферромагнитными сердечниками, соединенные через электрические контакты 4.1-4.3 с параллельно подключенным конденсатором 5 и схемой управления работой электрических контактов 6, подвижная часть 3, возвратная пружина 7.
Логику работы двигателя определяют электрические контакты 4.1-4.3. Они либо подают ток необходимой амплитуды и нужной полярности на управляющие катушки 2, либо закорачивают их на конденсатор 5 с отключенной схемой управления 6. Происходит последовательность циклов управления внешним полем постоянного магнита 1. В первом цикле, когда импульс тока на катушки 2 подан (замкнуты контакты 4.1 и 4.3), сопротивление в магнитной цепи магнита 1 велико из-за насыщенности ферромагнитных сердечников и потенциальная энергия магнитного поля минимальна, т.е. магнит 1 не может притянуть подвижную часть 3 двигателя. Во втором цикле, когда ток с катушек 2 снят (замкнут только контакт 4.1), сопротивление в магнитной цепи определяется только магнитной проницаемостью среды в зазоре магнита 1 и потенциальная энергия магнитного поля максимальна, магнит 1 способен совершить работу, т.е. притянуть подвижную часть 3 двигателя. Конденсатор 5, закороченный несколько позже на катушки 2 (замкнуты контакты 4.1 и 4.2), заряжается, что обеспечивает экономию энергии в последующих циклах работы магнитного двигателя.
При вертикальном исполнении такого двигателя, возвращающей силой для подвижной части 3 может быть сила тяжести.
Так как электрические схемы в рассматриваемых далее двигателях в принципе одинаковы, то покажем схематично их конструктивное построение.
На фиг.2 показан двигатель с двумя управляемыми магнитами и поступательно-возвратным движением подвижной части.
К полюсам магнитов 1.1 и 1.2 приставлены управляющие катушки 2.1 и 2.2 с замкнутыми ферромагнитными сердечниками (показаны упрощенно), подвижная часть 3, электрические контакты 4.1 и 4.2.
Работа этого двигателя идентична работе двигателя на фиг.1. Импульсы тока через контакты 4.1 и 4.2 попеременно подают на парные управляющие катушки 2.1 и 2.2. Подвижная часть 3 притягивается либо магнитом 1.1, либо магнитом 1.2. При этом к.п.д. двигателя несколько возрастает, т.к. не тратится энергия на преодоление силы противодействия возвращающей пружины и оба такта двигателя становятся рабочими.
На подвижной части с двух сторон можно разместить по генерирующей катушке и обеспечить двигатель самовозобновляемой энергией. Двигатель с генерирующими катушками 8.1 и 8.2 показан на фиг.3.
Двигатель с двумя рабочими тактами можно выолнить на одном управляемом магните (фиг.4). Подвижная часть в этом случае состоит из двух элементов 3.1 и 3.2, объединенных конструктивно.
На фиг.5 показан двигатель с двумя управляемыми магнитами и бесконечно-поступательным движением подвижной части.
К полюсам магнитов 1.1 и 1.2 приставлены управляющие катушки 2.1 и 2.2 с замкнутыми ферромагнитными сердечниками, подвижная часть 3 представляет собой замкнутую ленту с металлическими брусками 9, расположенными на определенных расстояниях.
Работа этого двигателя идентична работе двигателя на фиг.2. Импульсы тока попеременно подают на управляющие катушки 2.1 и 2.2. При этом металлические бруски 9 притягиваются либо магнитом 1.1, либо магнитом 1.2. Лента 3 совершает бесконечно-поступательное движение в любом из двух направлений в зависимости от режима подачи импульсов тока на управляющие катушки. Количество магнитов может быть n (n>1), в зависимости от условий и характеристик перемещения подвижной части (приводного механизма).
На вал 10 такого механизма можно установить генератор для возобновления потребляемой энергии.
На фиг.6 показан двигатель с двумя управляемыми магнитами и подвижной частью типа «качели». Такой же двигатель можно выполнить и на одном управляемом подковообразном магните.
Если электрические контакты в предлагаемых двигателях (фиг.1-6) конструктивно или механически связать с подвижной частью, то необходимость в схеме управления 6 отпадает.
Вместо электрических контактов возможно применение электронных устройств (транзисторов, тиристоров и т.п.).
Форма магнитов в предлагаемых двигателях не имеет принципиального значения.