МАГНИТОФОТОННЫЙ ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 1997 года по МПК H02N11/00 

Предлагаемое изобретение относится к области генераторов электрической энергии и может быть использовано для получения электрической энергии переменного тока в земных условиях, в авиации и космонавтике при наличии в окружающем пространстве светового излучения без внешних источников механической энергии.

"Ухудшение экологии окружающей среды вследствие деятельности гидро- теплоэлектростанций, теплоэнергетических установок и других известных источников электрической энергии выдвигает необходимость наиболее полного использования естественных источников энергии, например Солнца. Известные устройства, такие как солнечные батареи, концентраторы, не получили широкого применения вследствие больших непроизводительных потерь. Поэтому целесообразен синтез технологических решений с использованием новых видов взаимодействия в природе. Предлагаемый магнитофотонный генератор электрической энергии является техническим решением, в котором реализовано преобразование энергии фотонов в механическую энергию вращения с одновременным генерированием электрической энергии на основе взаимодействия потока фотонов с магнитным полем постоянного магнита".

Предлагаемый магнитофотонный генератор (МФГ) представлен на фиг. 1. Фиг. 2, 3, 4 иллюстрируют взаимосвязь элементов МФГ. На 5, 6 представлены структуры магнитных полей соответственно кольцевого постоянного магнита и двух соосных кольцевых магнитов (в отверстиях), расположенных вблизи друг друга навстречу разноименными полюсами. Фиг. 7, 8 иллюстрируют взаимодействие магнитного потока и световода, по которому проходит поток фотонов (световой поток).

МФГ содержит корпус 1 (фиг. 1), выполненный из немагнитного материала, в котором неподвижно, соосно закреплены кольцевые постоянные магниты 2, 3, расположенные друг к другу разноименными полюсами и составляющие в совокупности магнитную систему, блок преобразования и генерации (БПГ), содержащий, в свою очередь, закрепленный на валу, состоящем из двух соосных частей 4, 5, расположенных между кольцевыми магнитами 2, 3, закрепленных в корпусе 1 с возможностью вращения в подшипниках 6, 7, сферический каркас 8, который размещен в отверстиях кольцевых магнитов 2, 3 и имеет две группы пазов, расположенных по периметру сечений каркаса, проходящих через ось вала. В пазах 9 первой группы размещены волоконные световоды 10. В части 5 вала до ее торца выполнены пазы, в которых размещены входные и выходные концы волоконных световодов, расположенных на каркасе 8. Для одного из световодов на фиг. 1, 2 показано размещение в пазах 11, 12 его концов 13 и 14 соответственно. На фиг. 2 представлен вид торцевой части БПГ с изображением всех пазов части 5 вала, аналогичных пазам 11, 12, пазов 9 первой группы каркаса и всех световодов 10, торцевые части которых аналогичны торцевым частям концов 13, 14 световода. Соответствующие концы световодов 10 размещены в пазах 5 вала последовательно, один возле другого, причем концы, принадлежащие одному световоду, размещены в диаметрально противоположных пазах.

В пазах каркаса 8 второй группы (фиг. 1) размещена и закреплена обмотка 15, выполненная из изолированных электрических проводников, последовательно соединенных, концы которой 16 и 17 размещены в пазах части 4 вала и подключены к токопроводящим кольцам 18 и 19 соответственно, изолированным друг от друга и закрепленным на части 4 вала.

С кольцами 18 и 19 связан блок отвода электрической энергии (БОЭЭ), выполненный в виде токопроводящих щеток 20, 21, находящихся в контакте с кольцами, соответственно 18 и 19, и установленных в щеткодержателях, закрепленных в корпусе 1. На фиг. 3 представлен вид торцевой части БПГ со стороны БОЭЭ с изображением пазов 9 каркаса 8 первой группы с размещенными в них световодами 10, пазов второй группы с обмоткой 15, торцевых частей концов обмотки 16,17, одного из проводящих колец 19. Пазы первой и второй группы сферического каркаса 8 размещены последовательно таким образом, что между двумя пазами одной из групп находится паз другой группы, а углы между плоскостями пазов одинаковы и равны α.

На корпусе 1 возле торца части 5 вала с размещенными в ней световодами закреплен регулятор светового потока (РСП), выполненный в виде двух шторок (фиг. 1, 4) 24, 26, закрепленных в корпусе 1 с помощью винтов 25, 27, обеспечивающих поворот шторок 24, 26 в направлениях, показанных на фиг. 4 стрелками cоответственно. При этом каждая шторка выполнена из материала с низким коэффициентом отражения, перекрывает до половины общего числа торцов световодов и неподвижно соединена с соответствующим винтом.

Составной вал 4, 5, сферический каркас 8, корпус 1 выполнены из немагнитного материала.

Для уяснения работы МФГ рассмотрим структуру магнитного поля кольцевого постоянного магнита прямоугольного сечения, намагниченного в осевом направлении (фиг. 5). Эксперименты, проведенные с кольцевым постоянным магнитом и мелкодисперсными опилками из восстановленного железа, насыщенного водородом, показали, что структура магнитного поля имеет вид, представленный на фиг. 5 (Техника молодежи, 6, 1991, с. 3).

Внутри кольца образовался магнитный балдж (бугор, выпуклость) из силовых линий, напоминающий картину распределения силовых линий соленоида. При этом у магнитного кольца имеется не два, а четыре магнитных полюса, по два разноименных с каждой стороны: один на поверхности кольца, а второй в пространстве, на прямой, проходящей через центр кольца и перпендикулярной к его плоскости. Вид силовых линий позволяет сделать вывод о том, что для каждого сечения кольца плоскостью, перпендикулярной плоскости кольца, существуют линии А А, которые "разбивают" магнит на две части: внутреннюю, часть силовых линий которой замыкается внутри кольца, и внешнюю, силовые линии которой замыкаются с внешней стороны кольца.

При близком расположении двух магнитных колец навстречу разноименными полюсами их магнитные балджи дополняют, усиливают друг друга, а структура магнитного поля результирующего балджа в области отверстий колец и между ними примет вид, представленный на фиг. 6.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что при пропускании потока фотонов через волоконный световод, выполненный в форме витка, последний, при пересечении его плоскости силовыми линиями магнитного поля, поворачивается и останавливается при совмещении его плоскости с силовыми линиями. На фиг. 7 изображен виток, находящийся в магнитном поле с индукцией В. При засветке торца входного конца витка потоком фотонов F_о при указанном направлении силовых линий (пересекают плоскость витка) виток навернется и займет положение фиг. 8, при котором его плоскость совмещена с силовыми линиями поля.

Деление концов витка световода на входной и выходной является условным и введено для различения концов (торцов) одного витка, которые не могут быть одновременно засвечены одним внешним источником потока фотонов.

Предлагаемый МФГ работает следующим образом. В исходном состоянии шторки 24, 26 (фиг. 1, 4) закрывают торцы волоконных световодов, поэтому поток фотонов F от любого естественного или искусственного источника не попадает в витки-световоды 10 каркаса 8. Последний вместе с составным валом 4, 5 находится в состоянии покоя, в результате чего обмотка 15 каркаса 8 не пересекает силовые линии в отверстиях кольцевых постоянных магнитов 2, 3 (фиг. 1, 5, 6), следствием чего является отсутствие ЭДС в обмотке 15 и на кольцах 18, 19, к которым подключены концы 16, 17 обмотки 15.

При повороте шторки 24 с помощью винта 25 (фиг. 1, 3) в направлении стрелки на некоторый угол, обеспечивающий частичное или полное открытие торца 14 волоконного световода, в соответствующий виток-световод поступает поток фотонов F₁. Взаимодействие этого потока с результирующим балджем кольцевых постоянных магнитов (фиг. 1, 5, 6) приводит к повороту витка-световода вместе с каркасом 8 на некоторый угол, в результате чего в область потока фотонов F попадает торец очередного витка-световода и происходит взаимодействие потока фотонов, проходящего через этот виток-световод с результирующим балджем. При этом торец предыдущего витка-световода выходит из области потока фотонов F, т.к. он при повороте вала 4, 5 с каркасом 8 перекрывается шторкой 24. Таким образом, в область потока фотонов F последовательно попадают все витки-световоды, а вал 4, 5 с каркасом 8 вращается с некоторой установившейся угловой скоростью ω₁, обеспечивая дискретизацию потока фотонов, проходящего через витки-световоды. Вращение каркаса 8 приводит к пересечению проводниками обмотки 15 силовых линий балджа кольцевых магнитов (фиг. 1, 5, 6), в результате чего в обмотке будет наводиться переменная ЭДС, величина которой определяется числом последовательно соединенных проводников в обмотке, результирующим балджем, формой проводников обмотки, скоростью ω₁. Переменная ЭДС через концы 16, 17 обмотки подводится к кольцам 18, 19, откуда с помощью щеток 20, 21, установленных в щеткодержателях, поступит к потребителю электрической энергии.

Для увеличения величины ЭДС путем увеличения скорости вращения осуществляют поворот шторки 24 с помощью винта 25 на дополнительный угол таким образом, чтобы в область потока фотонов попало большее число витков-световодов (на фиг. 4 не показано). При этом будет осуществляться взаимодействие результирующего балджа одновременно с несколькими витками-световодами, по которым проходят соответствующие потоки фотонов, следствием чего явится увеличение скорости вращения вала 4, 5 с каркасом и обмоткой 15 вплоть до скорости ω_max, достигаемой при максимальном угле поворота шторки 24 (фиг. 4), когда все торцы световодов, перекрываемые его в исходном состоянии, находятся в области потока фотонов F и открыты для него. Таким образом, изменяя угол поворота шторки 24 с помощью винта 25, можно регулировать скорость вращения вала 4, 5 с каркасом 8 и обмоткой 15 в диапазоне
ω₁≅ ω ≅ ω_max, (1)
тем самым регулируя величину ЭДС МФГ в диапазоне (без учета знака)
Е₁≅Е≅Е_max (2)
Предлагаемый МФГ может генерировать ЭДС изменением фазы на 180^oC. Для этого шторку 24 с помощью винта 25 возвращают в исходное состояние, в результате чего прекращается поступление потока фотонов в витки-световоды и как следствие раскрутка вала 4, 5 с каркасом 8 и обмоткой 15. Поворачивая шторку 26 с помощью винта 27 в направлении стрелки аналогично описанному выше изменяют скорость вращения вала 4, 5 с каркасом 8 и обмоткой 15 в диапазоне (1), но в противоположном направлении, т.к. направление силовых линий в результирующем балдже не изменяется, а направление потоков фотонов в витках-световодах изменяется на противоположное. По этой же причине величина ЭДС МФГ будет изменяться в диапазоне (2), но фаза ее будет сдвинута на 180^o.

Таким образом, в области искусственного или естественного светового излучения предлагаемый магнитофотонный генератор электрической энергии будет преобразовывать энергию этого излучения в электрическую энергию с помощью энергии кольцевого постоянного магнита до тех пор, пока существует световое излучение и кольцевые магниты сохраняют свои свойства. При этом автоматически обеспечивается квантование потока фотонов, поступающих в витки-световоды.

В отличие от известных предлагаемый генератор не требует для своей работы внешних источников механической энергии, а использует как энергию окружающей среды энергию Солнца, так и любой искусственный источник света. Среди же известных источников электрической энергии, использующих энергию Солнца, предлагаемый позволяет получить переменную ЭДС без дополнительных рабочих тел (например, пара), временных задержек и затрат, связанных с процессом нагрева рабочего тела.

Наиболее перспективно использование предлагаемого магнитофотонного генератора в земных условиях в дневное время и в длительных космических полетах.

Использование: для получения электрической энергии переменного тока при наличии в окружающем пространстве светового излучения естественного или искусственного происхождения. Сущность изобретения: магнитофотонный генератор электрической энергии содержит корпус, соосные кольцевые постоянные магниты, намагниченные в осевом направлении и составляющие магнитную систему, блок преобразования и генерации, содержащий закрепленный на валу, состоящем из двух соосных частей сферический каркас. В одних пазах каркаса закреплены световоды, концы которых размещены в пазах одной части вала до ее торца. В других пазах каркаса размещена электрическая обмотка, концы которой размещены в пазах второй части вала и подключены к проводящим кольцам. Блок отвода электрической энергии содержит щетки, закрепленные в щеткодержателях и находящиеся в контакте с кольцами. Регулятор светового потока содержит шторки, закрепленные в корпусе с помощью винтов с возможностью перекрытия каждой до половины торцов всех световодов. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1 1. Магнитофотонный генератор электрической энергии, содержащий корпус, магнитную систему, неподвижно закрепленную в корпусе и выполненную в виде двух соосных кольцевых постоянных магнитов прямоугольного сечения, намагниченных в осевом направлении, блок преобразования и генерации, закрепленный в корпусе с возможностью вращения в области силовых линий магнитной системы, блок отвода электрической энергии, электрически связанный с блоком преобразования и генерации, регулятор светового потока, оптически связанный с блоком преобразования и генерации, при этом блок преобразования и генерации содержит закрепленный на составном валу между кольцевыми магнитами и расположенный в отверстиях последних между частями вала сферический каркас с двумя группами пазов, расположенных по периметру сечений каркаса, проходящих через ось вала, причем в пазах первой группы закреплены волоконные световоды, входные и выходные концы которых последовательно размещены в диаметрально противоположных пазах одной из частей вала до ее торца, а в пазах второй группы закреплена обмотка, выполненная из изолированных электрических проводников, концы которой подключены к соответствующим проводящим кольцам, изолированным друг от друга и неподвижно закрепленным на другой части вала, причем корпус, составной вал, каркас выполнены из немагнитного материала.2 2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что блок отвода электрической энергии выполнен в виде токопроводящих щеток, установленных в щеткодержателях, закрепленных в корпусе с возможностью контакта с соответствующими кольцами блока преобразования и генерации.2 3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что регулятор светового потока выполнен в виде двух шторок, закрепленных в корпусе со стороны торца части вала с размещенными в ней световодами с возможностью перекрытия каждой шторкой торцов соответствующих световодов от нуля до половины их общего числа, при этом каждая шторка закреплена в корпусе с помощью винта, с которым соединена неподвижно.