ТАКТОВЫЙ ТЕРМОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1996 года по МПК F03G7/00 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для создания двигателей различных исполнительных механизмов.

Известно устройство магнитно-теплового двигателя, содержащего рабочие элементы из ферромагнитного материала, которые нагреваются и охлаждаются в магнитном поле, в результате, чего создается движущая сила ( Открытия и изобретения N 36, М. 1987, с. 165).

Недостатком известного устройства является слишком малая для его эффективного использования удельная мощность, из-за неэффективной передачи тепловой энергии рабочим элементом, неэффективного использования общей массы рабочего вещества и из-за небольшой напряженности магнитного поля.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для преобразования солнечной энергии в механическую, (авт. св. СССР N 1453998, кл. F 03 G 7/00, 1988).

Известное устройство содержит рабочие элементы из ферромагнитного материала и постоянный магнит, в магнитном поле которого на нагреваемый рабочий элемент действует сила, выталкивающая его из магнитного поля.

Известное устройство обладает следующими существенными недостатками. Оно требует использования, достаточно сложной фокусирующей оптической системы, концентрирующей солнечную энергию на рабочий элемент. Без применения аккумуляции солнечной энергии при отсутствии солнца ночью и при плотной облачности двигатель перестает действовать.

Целью настоящего изобретения является упрощение устройства не требующего сложной фокусирующей оптической системы при возможности его действия не зависимо от солнечной активности в любое время суток.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее рабочие элементы из ферромагнитного материала и постоянные магниты, введены теплопередающие стержни, тяги и коромысло с осевым упором в его центре, а также резервуар с теплой жидкостью и балластный груз, причем одна половина теплопередающих стержней своими тягами подвешивается к левому плечу коромысла, а другая у правому плечу коромысла, к одному из плечей коромысла подвешивается балластный груз, на теплопередающих стержнях закреплены рабочие элементы, оставляющие нижние части стержней свободными для погружения в жидкость резервуара, постоянные магниты фиксируются неподвижно над резервуаром таким образом, что между его полюсами свободно опускаются в резервуар поочередно левые и правые теплопередающие стержни, при этом размеры тяг, теплопередающих стержней, магнитов и области размещения рабочих элементов выбраны такими, чтобы в жидкость резервуара погружались свободные концы стержней опущенного плеча коромысла, а их рабочие элементы при этом находились в поле постоянных магнитов, в этом положении свободные концы стержней поднятого плеча коромысла должны находиться вне жидкости резервуара.

Сущность изобретения состоит в создании принципиально нового термомагнитного двигателя, имеющего качающийся, или как он назван в данном материале, тактовый принцип действия.

Как показано в материалах аналога и прототипа, при нагревании рабочих элементов в магнитном поле на них действует сила, выталкивающая их из магнитного поля и пропорциональная массе рабочих элементов, их температуре и намагниченности и напряженности магнитного поля.

При этом в результате поочередного действия силы то на левое плечо коромысла, то на его правое плечо происходит качание коромысла. Причем условно можно назвать первым тактом движения вниз левого его плеча и вторым тактом движение вниз его правого плеча. Этот двухтактный термомагнитный двигатель с успехом может привести в действие, например, механические часы. Ниже будет описана работа такого тактового двигателя на конкретном примере. Здесь же важно подчеркнуть, что общий принцип тактового термомагнитного двигателя позволяет реализовать варианты с тремя, четырьмя и более, тактами элементарной заменой коромысла на коленчатый вал. Такой экологический чистый коленчатый тактовый термомагнитный двигатель может полностью использовать современный автомобильный привод и заменить экологически вредный двигатель внутреннего сгорания.

На чертеже представлен эскиз одного из простейших вариантов реализации тактового термомагнитного двигателя двухтактового термомагнитного двигателя.

Двухтактовый термомагнитный двигатель содержит первую группу рабочих элементов 1.1.1.п. вторую группу рабочих элементов 2,1.2.п. северный 3.1 и южный 3,2 полюса первого постоянного магнита, северный 4.1 и южный 4.2 полюса второго постоянного магнита, первый 5 и второй 6 теплопередающие стержни, первую 7 и втоpую 8 тяги, коромысло 9, осевой упор 10, резервуар 11 с жидкостью 12 и груз 13.

Применяемые для изготовления двигателя элементы широко известны и могут быть изготовлены из доступных материалов.

Рабочие элементы 1.1.1.п и 2.1.2.п могут быть изготовлены из ферромагнитного материала, теплопередающие стержни 5 и 6 из меди, тяги 7 и 8, коромысло 9, осевой упор 10 и груз 13 из стали 3 или дюроалюминиевого сплава, резервуар 11 из нержавеющей стали или из дюроалюминиевого сплава, в качестве жидкости 12 может быть использована вода.

Двухтактный термомагнитный двигатель работает следующим образом.

Пусть, например, в качестве жидкости 12 используются природные термальные воды, тогда в качестве резервуара 11 служит необходимое углубление в грунте, обеспечивающее доступ первого 5 и, второго 6 теплопередающих стержней к термальным водам.

При этом необходимый уровень фиксации двигателя обеспечивается с помощью осевого упора 10. Кроме того на нужном рабочем уровне фиксируются первый 3.1, 3.2 и второй 4.1, 4.2 постоянные магниты.

Исходное состояние тактового термомагнитного двигателя соответствует нижнему положению его правого плеча за счет действия груза 13, имеющего незначительную массу, достаточную лишь для соответствующего нарушения балансировки коромысла 9.

В результате нагрева второго 6 теплопередающего стержня, опущенного в термальные воды 12, осуществляется нагрев рабочих элементов 2.1.2.п на которые в магнитном поле второго постоянного магнита 4.1, 4.2 начинает действовать сила где:
m масса рабочих элементов;
σ намагниченность рабочих элементов;
T температура нагрева рабочих элементов;
H напряженность магнитного поля,
которая в условия F₂ 0 (т.к. первый теплопередающий стержень 6, находящийся в воздухе, имеет низкую температуру) выталкивает вверх правое плечо коромысла 9, естественно, опуская при этом вниз левое плечо.

Аналогичным образом, на втором такте произойдет нагрев первого теплопередающего стержня 5 (в это же время будет происходить остывание второго теплопередающего стержня 6), в результате чего будут нагреваться рабочие элементы 1.1.1.п, на которые будет воздействовать сила F₂ (определяется также как F₁), в результате чего левое плечо двигателя будет вытолкнуто вверх и т.д. на третьем и последующих тактах.

Очевидно, что не представляет большого труда и преобразовать качающееся движение коромысла 9 во вращательное или поступательное движение.

Использование: машиностроение и может быть использовано для создания двигателей различных исполнительных механизмов. Сущность изобретения: двигатель содержит рабочие элементы из ферромагнитного материала 1,2, постоянные магниты 3,4, теплопередающие стержни 5,6 тяги 7,8 и коромысло 9 с осевым упором 10 в его центре, а также - резервуар 11 с тепловой жидкостью 12 и балластный груз, причем одна половина теплопередающих стержней 5,6 своими тягами 7,8 подвешивается к левому плечу коромысла 9, а другая - к его правому плечу, к одному из плечей коромысла 9 подвешивается балластный груз 13, на теплопередающих стержнях 5,6 закреплены рабочие элементы 1,2, оставляющие нижние части стержней свободными для погружения в жидкость 12 резервуара 11, постоянные магниты 3,4 фиксируются неподвижно над резервуаром 11, таким образом, что между его полюсами свободно опускаются в резервуар 11 поочередно левые и правые теплопередающие стержни 5,6, при этом размеры тяг 7,8 теплопередающих стержней 5,6, магнитов 3,4 и области размещения рабочих элементов 1,2 выбраны такими, чтобы в жидкость 12 резервуара 11 погружались свободные концы стержней опущенного плеча коромысла, а их рабочие элементы 1,2 при этом находились в поле постоянных магнитов 3,4 в этом положении свободные концы стержней поднятого плеча коромысла должны находиться вне жидкости резервуара. 1 ил.

Тактовый термомагнитный двигатель, содержащий корпус со средствами нагрева и охлаждения, установленные в нем термомагнитные элементы, закрепленные на стержнях, силовой постоянный магнит, установленный с возможностью попеременного взаимодействия с термомагнитными элементами, отличающийся тем, что он снабжен коромыслом с центральным осевым упором, балластом, закрепленным на одном из плеч коромысла, при этом стержни выполнены из теплопроводного материала, закреплены на обоих концах коромысла и установлены с возможностью попеременного взаимодействия со средствами нагрева и охлаждения, термомагнигный элемент выполнен в виде дискретных рабочих элементов, жестко закрепленных на стержнях, силовые постоянные магниты размещены по разные стороны рабочих элементов и направлены одноименными полюсами друг к другу.