CZ178194A3 - Device for conversion of magnetic field energy to kinetic energy - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro přeměnu energie uložené v magnetickém poli permanentního magnetu na kinetickou energii.

Dosavadní stav techniky

Známá zařízení tohoto druhu jsou popsána například v US-A-3 879 622 a 4 151 431. Jak je však známo, není žádný z těchto motorů s permanentními magnety schopen dodávat skutečně využitelnou kinetickou energii, to znamená, že tyto patentované návrhy jsou pouze teoretické. Doposud však není ani známo, že síla magnetického pole v mezeře mezi permanentními magnety se může periodicky měnit. Dále není známé žádné zařízení, které přeměňuje energii uloženou v magnetickém poli permanentního magnetu na kinetickou energii.

Úkolem vynálezu proto je vytvořit účinné zařízení, pomocí něhož může být z energie uložené v magnetickém poli permanentního magnetu a z potenciální energie tělesa zvedaného v magnetickém poli získávána využitelná kinetická energie.

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje zařízení pro přeměnu energie uložené v magnetickém poli na kinetickou energii, podle vynálezu, jehož podstatou je, že na otočné uloženém kole jsou radiálně protilehle uspořádány alespoň dva nemagnetické držáky jako vedení pro vždy alespoň dva permanentní magnety v nich posuvné uložené, že axiálně je na obou stranách u tohoto kola uspořádána vždy jedna deska z magnetického materiálu, která kolo částečně zakrývá, a že v závislosti na vzájemné orientaci obou pólů proti sobě, totiž stejných pólů nebo opačných pólů, je uspořádán jeden stlačitelný tlačný element, působící na permanentní magnet nacházející se dále radiálně ven nebo je uspořádán mezi oběma permanentními magnety, na něž působí.

Základem řešení podle vynálezu je jednoduchý fyzikální postup, totiž to, že permanentní magnety, uložené posuvně na otočné ose jsou udržovány v předem určené vzdálenosti od sebe a tato vzdálenost se mění elementy, upravenými v bezprostřední blízkosti kola, které mají různou permeabilitu. Při změně této vzdálenosti mezi magnety se hmota na kole přemístí tak, že na jedné polovině kola vznikne větší kroutící moment, než na druhé polovině. Takto vzniklý kroutící moment je výsledkem součinu působící tíže a vzdálenosti hmoty od osy otáčení kola. Jinými slovy, výsledný kroutící moment na jedné polovině kola je vždy větší, než na druhé polovině, čímž prostřednictvím otáčejícího se kola vzniká kinetická energie.

Použitím fyzikálního postupu podle vynálezu se magnetické pole v mezeře mezi dvěma permanentními magnety odvádí směrem ven a magnetické pole v mezeře se tím zeslabuje. Když se podle tohoto postupu síla magnetického pole v mezeře zmenší, potom je možné změnit vzdálenost mezi dvěma souhlasnými póly dvou permanentních magnetů bez použití vnější práce.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladech provedení podle přiloženého výkresu, na němž obr. 1 znázorňuje schematicky trubkový držák se dvěma permanentními magnety, které se vzájemně odpuzují, obr. 2 v bokorysu držák podle obr. 1 se prostředky pro změnu síly magnetického pole v mezeře mezi magnety, obr. 3 graficky průběh magnetického pole (F) v závislosti na vzdálenosti (D) mezi magnety a prostředky pro změnu síly magnetického pole, obr. 4 částečně v řezu a v bokorysu dva otočné elementy, v nichž se provádí radiální přemísťování hmoty, obr. 5 zčásti v řezu a bokorysu konkrétní provedení zařízení podle vynálezu, a obr. 6 jiné provedení otočných elementů.

Příklady provedení vynálezu

Podle obr. 1 až 4 budou nejprve objasněny podstatné skutečnosti fyzikálního principu, který představuje základ pro zařízení podle vynálezu. Nejprve je na obr. 1 znázorněn příklad, u něhož jsou proti sobě umístěny dva stejné póly N-N permanentních magnetů 1, 2, které se tudíž odpuzují. Ve svislém držáku 5 (například skleněné trubce) jsou proti sobě uspořádány dva permanentní magnety 1, 2, přičemž permanentní magnet 2 se vznáší nad permanentním magnetem 1, zatímco v mezeře 2 působí magnetické pole. Magnetické siločáry 4. probíhají proti sobě, a to nejen v mezeře 3, nýbrž i vné mezery 3.· Držák 5 je upevněn na vodorovné desce 6 svisle. Jak velká má mezera 3. mezi permanentními magnety 1 a 2 být, závisí na hmotnosti permanentního magnetu 2 a síle magnetického pole v mezeře 2· Na obr. 2 je znázorněno, jak se síla magnetického pole v mezeře 2 může zeslabit a tím mezera 2 mezi permanentními magnety 1 a 2 zmenšit. Dojde k tomu tím, že do blízkosti držáku 5 se umístí například železné desky 7 a 8, přičemž jsou tyto železné desky Ί_ a 2 upevněny na přesunovacích zařízeních 9, 10. Protože přitom magnetické siločáry 4 procházejí i železnými deskami 7, 8, síla magnetického pole v mezeře 3. se zeslabí. Železné desky 7, 8 mají podstatně větší permeabilitu než vzduch v mezeře 3_, takže magnetické siločáry 4 se uzavírají v železných deskách 7, 8. Takto dosaženým snížením síly magnetického pole poklesne permanentní magnet 2 v důsledku své hmotnosti a mezera 2 se podstatně zmenší. Se vzrůstající vzdáleností železných desek 7, 8 od držáku 5, respektive od permanentních magnetů 1 a 2, opět síla magnetického pole v mezeře 2 přiměřeně vzrůstá a permanentní magnet 2 opět stoupá nahoru, což znamená, že magnetické pole vykonalo v mezeře 2 pracovní zdvih. Jinými slovy, hmota permanentního magnetu 2 získala potenciální energii.

Jestliže se opět železné desky 7, 2 přiblíží těsně k držáku 5, jak je znázorněno na obr. 2, potom opět permanentní magnet 2 poklesne a jeho padající hmotou se získá kinetická energie. Tento cyklus přeměny potenciální energie na kinetickou energii hmoty permanentního magnetu 2 v gravitačním poli je možno donekonečna opakovat. Experimentální měření ukázala, že magnetická síla F je pro určitou vzdálenost D železných desek 7, 8 od permanentních magnetů 1 a 2 stále stejná a je nezávislá na tom, zda se železné desky 7, 2 permanentních magnetů 1, 2 vzdalují nebo se k nim blíží. To znamená, že práce, která musí být při zrněné vzdálenosti železných desek 7, 2 od permanentních magnetů 2, 2 vykonána, je stejná, jako práce, která se vykoná magnetickou silou F permanentních magnetů 1, 2 v obráceném směru. Dále bylo experimentálně zjištěno, že průběhy křivek 11 a 12 na obr. 3 odpovídají pohybu železných desek 7, 2 tam a zpět. Na obr. 3 je znázorněna magnetická síla F působící na železné desky 7, 8 v závislosti na vzdálenosti D (v milimetrech) železných desek 7, 2 permanentních magnetů 1, 2. Magnetická síla F je udána v relativních jednotkách, a sice v procentech: když je mezera mezi permanentními magnety 1, 2. nulová, má maximální magnetická síla F, která působí na železné desky ]_, 8., hodnotu 100 %. Na obr. 4 je znázorněno konstrukční řešení tohoto fyzikálního principu, pomocí něhož jsou hmoty permanentních magnetů 17, 18, 17¹ . 18' přemísťovány v radiálním směru. Přitom jsou upraveny dva otočné elementy 13 a 14., které jsou otočné kolem hřídele 15.. Ve vodicí trubce 16 z neferomagnetického materiálu jsou uspořádány dva permanentní magnety 17., 18 tak, že jejich souhlasné póly jsou uspořádány proti sobě. V prostoru mezi permanentním magnetem 18 a dnem trubky 16 je uspořádána tlačná pružina 19, která tlačí permanentní magnet 18 ve směru k mezeře 20 proti účinku magnetické síly. Severní póly N-N se odpuzují a vzdálenost mezi hřídelem 15 a permanentním magnetem 18 je přiměřeně velká, přičemž v tlačné pružině 19 je uložena určitá potenciální energie. Otočný element 13 je obklopen dvěma železnými deskami 21, 21¹ , z nichž je na obr. 4 znázorněna jen zadní železná deska 21. U takového uspořádání se magnetický tok permanentních magnetů 17' , 18' v trubce 16 ' vede železnými deskami 21, 21¹ , v důsledku čehož je síla magnetického pole v mezeře 20¹ velmi zeslabena. V konečném efektu tlačí tlačná pružina 19 ¹ permanentní magnet 18¹ do mezery 20¹ , čímž se vzdálenost permanentního magnetu 18¹ od hřídele 15 relativně zmenší.

Na obr. 5 je znázorněn praktický příklad provedení tohoto zařízení, kterým je v principu jednoduché kolo 22, otočné kolem hřídele 27, které sestává z několika otočných elementů podle obr. 4, tvořících paprsky tohoto kola 22 , které jsou na obr. 5 označeny vztahovými značkami 23., 24., 25., 26.. Železná deska 28., znázorněná na obr. 5 vlevo vpředu, je upevněna na stojanu 29.. Další odpovídající železná deska (neznázorněná) se nachází Za kolem 22 a je rovněž upevněna na stojanu 29. Aby se magnetický obvod mezi oběma železnými deskami 28., 28¹ uzavřel, je výhodné upravit spojovací stěnu 28¹¹. Železné desky 28,

28¹ jsou uspořádány od otočných elementů 23 až 26 v co nejmenší vzdálenosti. Podle obr. 5 zakrývají železné desky 28, 28' pouze polovinu kola 22. Je však rovněž možné takové provedení, podle něhož železné desky 28./ 28' zakrývají kolo 22 až do dvou třetin. Železné desky 28, 28' musí být provedeny z měkkého železa, aby ztráty zařízení byly co nejmenší. Šipkou 30 je naznačen pravotočivý kroutící moment. Když se porovná otočný element 2J s otočným elementem 24., je zřejmé, že permanentní magnet 31 v otočném elementu 23 má větší vzdálenost od hřídele 27 než permanentní magnet 22, uspořádaný v otočném elementu 24. Jak je známo, vznikne kroutící moment součinem síly s ramenem páky, což znamená, že větší kroutící moment je na pravé straně kola 22. Proto se kolo 22 otáčí ve směru hodinových ručiček.

V příkladu podle obr. 5 jsou na kole 22 uspořádány čtyři otočné elementy 23., 24 , 25, 26. Z těchto otočných elementů má pouze otočný element 23 ve srovnání s otočným elementem 24 úplné radiální přemístění hmot. Otočný element 26 vstupuje do mezery mezi železnou deskou 28 a současně z této mezery vystupuje otočný element 25. Na těchto obou otočných elementech 25 a 26 působí vždy magnetické pole, přičemž magnetické pole mezi otočným elementem 25 a železnou deskou 28 způsobí vznik levotočivého kroutícího momentu-. Současně vznikne na otočném elementu 26 pravotočivý kroutící moment, což znamená, že tyto kroutící momenty, protože působí proti sobě, se prakticky vzájemně kompenzují a neovlivňují výsledný kroutící moment kola 22. Podle potřeby je možno umístit na kole 22 podle obr. 5 větší počet otočných elementů, aby se tím zvětšil výsledný kroutící moment. Výsledný kroutící moment se rovněž zvětší tehdy, když je hmotnost permanentních magnetů 31. 31' , 32, 32¹ větší a rovněž síla magnetického pole každého permanentního magnetu 31, 31¹ , 32, 32' zařízení zvětší výsledný kroutící moment. Výsledný kroutící moment kola 22 je součinem hmoty permanentních magnetů 31, 31¹ , 32 , 32¹ při tíhovém zrychleni a různých radiálních poloh hmot otočných elementů 23., 24. Hmoty permanentních magnetů 31, 31¹ , 32, 32' mění svou polohu, když otočné elementy vstupují do mezery mezi železnými deskami 28, 28¹ nebo z této mezery vystupují.

Poněkud jiné provedení otočného elementu je znázorněno na obr. 6. Na ramenu 41 jsou upevněny radiálně dvě vodicí tyče 33, 34, které jsou na svém druhém konci spojeny příčníkem 35. Kolmo k vodicím tyčím 33., 34 jsou na nich posuvně uloženy permanentní magnety 40, a to vždy pomocí držáku 36 a kluzných objímek 37.. Severní póly N všech permanentních magnetů 40 směřují na jednu stranu a jižní póly S na druhou stranu (na obr. 6 neznázorněné).

Mezi příčníkem 35 a nejkrajnější vnější kluznou objímkou 37¹ jsou na obou vodicích tyčích 33 , 34 uspořádány tlačné pružiny 38., 38¹ . U tohoto uspořádáni působí dvě síly proti sobě. Tlačné pružiny 38., 38¹ tlačí jako první síla kluzné objímky 37 s permanentními magnety 40 ve směru k hřídeli 39 a druhou silou je síla magnetického pole, která permanentní magnety 40 v důsledku jejich stejného polování udržuje v odstupech od sebe. Když takto vytvořený otočný element vstoupí do mezery mezi železnými deskami 28, které jsou zde rovněž upravené avšak nejsou znázorněné, potom se síla magnetického pole mezi stejnými póly podstatně zmenší a tlačné pružiny 38, 38¹ přesunou permanentní magnety 40 ve směru k hřídeli 39 a hmota permanentních magnetů £0, hmota kluzných objímek 37 a hmota držáků 36 se radiálně přemístí. Když otočný element vystoupí z mezery mezi železnými deskami 28., přesunou se uvedené hmoty v opačném směru. Výhoda otočného elementu, znázorněného na obr. 6, spočívá v tom, že permanentní magnety 40 nejsou uspořádány ve vodicí trubce podle obr. 4. Trubka 16. u příkladu podle obr. 4 totiž zvětšuje vzdálenost mezi permanentními magnety 17, 18 a železnými deskami 21, 21' , což má za následek snížení účinnosti. Vodicí tyče 33 , 34 na otočném elementu podle obr. 6, jakož i kluzné objímky 37.

příčník 3_5 a držáky 36 jsou samozřejmě provedeny z nemagnetického materiálu.

Nezávisle na popsaných příkladech provedení mohou být v úvahu vzaty i následující příklady provedení: permanentní magnety na otočných elementech by mohly být upraveny proti sobě i nestejnými póly. U tohoto uspořádání by potom musela být tlačná pružina 19 uspořádána samozřejmě v mezeře 20.. Když je potom takový otočný element zčásti obklopen železnými deskami, jak bylo popsáno, bude mezera 20 větší, než když je otočný element obklopen pouze vzduchem, protože nestejné póly se přitahují. Tlačná pružina 19 přitom přesune permanentní magnety 17., 18 při zmenšené síle magnetického pole v mezeře 20 od sebe a výsledný kroutící moment je potom levotočivý.

Kromě toho je rovněž možné místo permanentních magnetů s magnetickým polem použít elektrostatické pole takzvaného elektretu, neboli tělesa z dielektrika, které si uchovává polarizaci, když na ně přestane působit elektrické pole. Elektret je tyč elektrostaticky permanentně polarizovaná, která vytváří permanentní elektrostatické pole. Stejnou elektrostatickou polaritou se tyto -elektrety odpuzují a nestejnou polaritou se přitahují. U těchto elektretů se nepoužívají železné desky, nýbrž desky z dielektrického materiálu, které mají velkou dielektrickou konstantu. U tohoto provedení se energie elektretu uložená v elektrostatickém poli přeměňuje na kinetickou energii.

U popsaných provedení se dosáhne následující účinnosti:

vydaný výkon E_k

-------------- = u -----------------------------přivedeny výkon [(m.g.h₀°) + (m.g.h₁₈₀’)] . n kde = vydaná kinetická energie zařízení (v J) m = hmota pohyblivých magnetů (v kg) g = tíhové zrychlení hg’ = výška zdvihu hmoty magnetů při 0’ (v m) h₁₈₀ ^e = výška zdvihu hmoty magnetů při 180° (v m) n = počet pohyblivých magnetů na kole.

Claims (7)

1. Zařízení pro přeměnu energie uložené v magnetickém!

poli na kinetickou energii, vyznačujíc í-s~e---tím, že na otočně uloženém kole (22) jsou radiálně· n , protilehle uspořádány alespoň dva nemagnetické držáky jako vedení pro vždy alespoň dva permanentní magnety (31, 312_,—32,32'), v nich posuvně uložené, že axiálně je na obou stranách u tohoto kola (22) uspořádána vždy jedna deska (28) z magnetického materiálu, která kolo (22) částečné zakrývá, a že v závislosti na vzájemné orientaci obou pólů proti sobě, totiž stejných pólů nebo opačných pólů (S, N) , je uspořádán jeden stlačitelný tlačný element, působící na permanentní magnet (31, 32) nacházející se dále radiálně ven nebo je uspořádán mezi oběma permanentními magnety, na něž působí.

2. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že desky (28) jsou dimenzovány pro zakrytí kola z poloviny až maximálně dvou třetin.

3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačuj ící se tím, že tlačný element je proveden ve formě tlačné pružiny (19).

4. Zařízení podle jednoho z nároků 1 až 3,vyznačující se tím, že držáky jsou vytvořeny ve formě trubek (16).

5. Zařízení podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že držáky jsou vytvořeny ve formě nemagnetických vodicích tyčí (33, 34), na nichž jsou pomocí kluzných objímek (37) uloženy permanentní magnety (40).

6. Zařízení podle nároku 5,vyznačující se tím, že permanentní magnety (40; obr. 4) jsou v držáku uspořádány rovnoběžné s osou (39) otáčení a svými vzájemně souhlasnými póly jsou orientovány vždy na stejnou stranu (obr. 6).

7. Zařízení podle jednoho z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že místo permanentních magnetů (17, 18, 31, 32, 40) jsou na držácích uspořádány elektrety, a že desky upravené u kola (22) jsou provedeny z dielektrického materiálu.