PL238598B1

PL238598B1 - Photomagnetic engine

Info

Publication number: PL238598B1
Application number: PL429532A
Authority: PL
Inventors: Stanisław Bednarek
Original assignee: Univ Lodzki
Priority date: 2019-04-05
Filing date: 2019-04-05
Publication date: 2021-09-13
Also published as: PL429532A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest silnik fotomagnetyczny, przetwarzający energię światła na energię kinetyczną ruchu drgającego i przeznaczony do eksperymentów laboratoryjnych z fizyki. Silnik fotomagnetyczny zawiera niezrównoważoną dźwignię dwustronną (1), zaopatrzoną w poziomą oś (2), której końce są oparte na wycięciach dwóch wsporników (3), przymocowanych do prostokątnej podstawy (4). Do obu końców dźwigni (1) przymocowane są fotoogniwa (5) wraz z umieszczonymi pod nimi pierścieniowymi karkasami z rowkiem, w których nawinięte zostały uzwojenia (7) i końcówki tych uzwojeń (8, 9) są połączone z biegunami fotoogniw (5). W ostatnim zwoju obu uzwojeń jest przerwa, do której są przyłączone pręty stykowe (10), przymocowane do karkasu i skierowane w dół. Pod każdym z uzwojeń (7) znajduje się magnes (11) w kształcie walca, zwrócony ku górze takim biegunem, że podczas przepływu prądu w uzwojeniu (7), wytwarzanego przez fotoogniwo (5), zachodzi odpychanie uzwojenia (7) od magnesu (11). Magnes (11) umieszczony jest wewnątrz kubkowej zwory (12), znajdującej się pod dolnymi końcami prętów stykowych (10) i przymocowanej do podstawy (4). Przestrzeń między magnesem (11) i kubkową zworą (12) jest wypełniona przez tulejkę dystansową (13).The subject of the application is a photomagnetic engine that converts light energy into kinetic energy of vibrating motion and is intended for laboratory experiments in physics. The photomagnetic motor comprises an unbalanced double-sided lever (1), provided with a horizontal axis (2), the ends of which rest on the slots of two supports (3), attached to a rectangular base (4). Photovoltaic cells (5) are attached to both ends of the lever (1) along with ring-shaped carcasses with a groove placed underneath them, in which the windings (7) are wound and the ends of these windings (8, 9) are connected to the poles of the photocells (5). In the last turn of both windings there is a gap to which contact rods (10) are connected, attached to the carcass and directed downwards. Under each of the windings (7) there is a cylindrical magnet (11), with its pole turned upwards such that when current flows in the winding (7), generated by the photocell (5), the winding (7) is repelled from the magnet (11). ). The magnet (11) is located inside the cup-shaped armature (12), located under the lower ends of the contact bars (10) and attached to the base (4). The space between the magnet (11) and the cup-shaped armature (12) is filled by a spacer sleeve (13).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest silnik fotomagnetyczny, przetwarzający energię światła na energię kinetyczną ruchu drgającego i przeznaczony do eksperymentów laboratoryjnych z fizyki.The subject of the invention is a photomagnetic motor that converts light energy into kinetic energy of vibrating motion and is intended for laboratory experiments in physics.

Ze strony internetowej www.jangar.pl znany jest zestaw edukacyjny, przeznaczony do badania przemiany energii światła na energię mechaniczną. Znany zestaw zawiera fotoogniwo umieszczone na izolacyjnej podstawce, które można przyłączyć za pomocą dwóch przewodów do silnika elektrycznego prądu stałego wyposażonego w magnes trwały, uzwojenia i szczotki. Silnik mocowany jest do podstawki, zaś na jego osi zostało osadzone śmigło. Zasada dziania znanego zestawu polega na tym, że po oświetleniu fotoogniwa na jego biegunach wytwarzana jest siła elektromotoryczna, powodująca przepływ prądu elektrycznego przez silnik, który wprawia śmigło w ruch obrotowy.From the website www.jangar.pl, there is an educational kit designed to study the transformation of light energy into mechanical energy. The known assembly comprises a photocell placed on an insulating base which can be connected by means of two wires to a DC electric motor equipped with a permanent magnet, windings and brushes. The engine is attached to a stand, and a propeller is mounted on its axis. The knitting principle of the known assembly is that when the solar cell is illuminated, an electromotive force is generated at its poles, causing an electric current to flow through the motor, which causes the propeller to rotate.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że silnik fotomagnetyczny zawiera niezrównoważoną dźwignię dwustronną, zaopatrzoną w poziomą oś, której końce są oparte na wycięciac h dwóch wsporników, przymocowanych do prostokątnej podstawy. Do obu końców niezrównoważonej dźwigni dwustronnej przymocowane są fotoogniwa wraz z umieszczonymi pod nimi pierścieniowymi karkasami z rowkiem, w których nawinięte są uzwojenia i końcówki tych uzwojeń są połączone z biegunami fotoogniw, przy czym oporność uzwojenia równa się korzystnie oporności wewnętrznej fotoogniwa. Ponadto w ostatnim zwoju obu uzwojeń jest przerwa, do której zostały przyłączone pręty stykowe o różnej długości, przymocowane do karkasu i skierowane w dół. Niezrównoważona dźwignia dwustronna, wsporniki, podstawa i karkasy, wykonane są z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, korzystnie z tekstolitu, natomiast oś i pręty stykowe wykonane są z metalu nieferromagnetycznego, oś korzystnie ze stali austenitycznej, zaś pręty stykowe korzystnie z mosiądzu. Pod każdym z uzwojeń znajduje się magnes w kształcie walca, zwrócony ku górze takim biegunem, że podczas przepływu prądu w uzwojeniu, wytwarzanego przez fotoogniwo, zachodzi odpychanie uzwojenia od magnesu. Magnes wykonany jest korzystnie ze spieku żelazo-neodym-bor oraz umieszczony wewnątrz kubkowej zwory, znajdującej się pod dolnymi końcami prętów stykowych i przymocowanej do podstawy. Kubkowa zwora wykonana jest z metalu ferromagnetycznego miękkiego, korzystnie z żelaza chemicznie czystego, zaś przestrzeń między magnesem i kubkową zworą jest wypełniona przez tulejkę dystansową, wykonaną z materiału nieferromagnetycznego.The essence of the solution according to the invention consists in that the photomagnetic motor comprises an unbalanced double-sided lever provided with a horizontal axis, the ends of which rest on the cutout of two brackets attached to a rectangular base. The photocells are attached to both ends of the unbalanced double-sided lever with ring-shaped grooves arranged underneath them, in which the windings are wound and the ends of these windings are connected to the poles of the photovoltaic cells, the winding resistance being preferably equal to the internal resistance of the photovoltaic cell. In addition, there is a gap in the last turn of both windings to which contact rods of different lengths are attached, attached to the carcass and directed downwards. The unbalanced double-sided lever, brackets, base and carcasses are made of electro-insulating and non-ferromagnetic material, preferably textolite, while the axle and contact rods are made of non-ferromagnetic metal, the axis is preferably austenitic steel, and the contact rods are preferably brass. Beneath each of the windings there is a cylindrical magnet with the pole facing upwards in such a way that as the current flows in the winding, produced by the solar cell, the winding is repelled from the magnet. The magnet is preferably made of a sintered iron-neodymium-boron and placed inside a cup-shaped armature located under the lower ends of the contact rods and attached to the base. The cup-shaped armature is made of ferromagnetic soft metal, preferably chemically pure iron, and the space between the magnet and the cup-shaped armature is filled by a spacer made of non-ferromagnetic material.

Główną zaletą silnika fotomagnetycznego jest bezpośrednie przetwarzanie energii światła na energię kinetyczną ruchu drgającego w jednym przyrządzie. Dodatkowymi zaletami są prosta i poglądowa konstrukcja.The main advantage of a photomagnetic motor is the direct conversion of light energy into kinetic energy of oscillating motion in a single instrument. Additional advantages are the simple and demonstrative design.

Silnik fotomagnetyczny pokazany jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój podłużny płaszczyzną A-A, fig. 2 jest widokiem z góry, natomiast fig. 3 stanowi schemat połączeń cewki i fotoogniwa.The photomagnetic motor is shown in the embodiment in the drawing, in which Fig. 1 is a longitudinal section along the plane A-A, Fig. 2 is a top view, and Fig. 3 is a diagram of the coil and a solar cell connection.

Silnik fotomagnetyczny zawiera niezrównoważoną dźwignię dwustronną 1, zaopatrzoną w poziomą oś 2, której końce są oparte na wycięciach dwóch wsporników 3, przymocowanych do prostokątnej podstawy 4. Do obu końców niezrównoważonej dźwigni dwustronnej 1 przymocowane są fotoogniwa 5 wraz z umieszczonymi pod nimi pierścieniowymi karkasami 6 z rowkiem, w których nawinięte są uzwojenia 7 i końcówki tych uzwojeń 8, 9 są połączone z biegunami fotoogniw 5, przy czym oporność uzwojenia 7 równa się korzystnie oporności wewnętrznej fotoogniwa 5. Ponadto w ostatnim zwoju obu uzwojeń 8, 9 jest przerwa, do której zostały przyłączone pręty stykowe 10 o różnej długości, przymocowane do karkasu 6 i skierowane w dół. Niezrównoważona dźwignia dwustronna 1, wsporniki 3, podstawa 4 i karkasy 6 wykonane są z tekstolitu, natomiast oś ze stali austenitycznej, zaś pręty stykowe 10 z mosiądzu. Pod każdym z uzwojeń 7 znajduje się magnes 11 w kształcie walca, zwrócony ku górze takim biegunem, że podczas przepływu prądu w uzwojeniu 7, wytwarzanego przez fotoogniwo 5, zachodzi odpychanie uzwojenia 7 od magnesu 11. Magnes 11 wykonany jest ze spieku żelazo-neodym-bor oraz umieszczony wewnątrz kubkowej zwory 12, znajdującej się pod dolnymi końcami prętów stykowych 10 i przymocowanej do podstawy 4. Kubkowa zwora 12 wykonana jest z żelaza chemicznie czystego, zaś przestrzeń między magnesem 11 i kubkową zworą 12 jest wypełniona przez tulejkę dystansową 13 wykonaną z materiału nieferromagnetycznego.The photomagnetic motor comprises an unbalanced double-sided lever 1, provided with a horizontal axis 2, the ends of which rest on the cutouts of two supports 3, attached to a rectangular base 4. To both ends of the unbalanced double-sided lever 1, photovoltaic cells 5 are attached with annular carcasses 6 arranged underneath them with the groove in which the windings 7 are wound and the ends of these windings 8, 9 are connected to the poles of the solar cells 5, the resistance of the winding 7 preferably being equal to the internal resistance of the solar cell 5. Moreover, the last turn of both windings 8, 9 has a gap to which they are connected contact rods 10 of different lengths attached to the carcass 6 and directed downwards. The unbalanced double-sided lever 1, brackets 3, base 4 and casings 6 are made of textolite, while the axle is made of austenitic steel, and the contact rods 10 are made of brass. Beneath each of the windings 7 there is a cylindrical magnet 11, with the pole facing upwards in such a way that when the current flows in the winding 7, produced by the photocell 5, the winding 7 is repelled from the magnet 11. The magnet 11 is made of a sintered iron-neodymium- boron and placed inside the cup-shaped armature 12, located under the lower ends of the contact rods 10 and fixed to the base 4. The cup-like armature 12 is made of chemically pure iron, and the space between the magnet 11 and the cup-shaped armature 12 is filled by a distance sleeve 13 made of a material non-ferromagnetic.

Zasada działania silnika fotomagnetycznego polega na tym, że po oświetleniu fotoogniw 5 wiązką światła 14 wytwarzane są w nich siły elektromotoryczne. Ponieważ dźwignia dwustronna 1 jest niezrównoważona, to jedno z jej ramion opiera się na przewodzącej prąd elektryczny zworze 12 i pręty stykowe 10 łączą ze sobą końce jednego z uzwojeń 7, przymocowane do tego ramienia. Skutkiem tego w uzwoThe principle of operation of the photomagnetic motor is based on the fact that electromotive forces are generated in the solar cells 5 by a beam of light 14. Since the double-sided lever 1 is unbalanced, one of its arms rests on the electrically conductive armature 12 and contact rods 10 connect the ends of one of the windings 7 attached to this arm. Hence in the coil

PL 238 598 B1 jeniu 7 płynie prąd elektryczny. Jednocześnie uzwojenie 7 znajduje się w polu magnetycznym, wytwarzanym przez magnes 11 i działa na nie siła elektrodynamiczna, odpychająca je ku górze. Powoduje to obrót niezrównoważonej dźwigni dwustronnej 1, rozwarcie końców uzwojenia 7 i zanik przepływu prądu. Wskutek obrotu niezrównoważonej dźwigni dwustronnej 1, pręty stykowe 10 dotykają teraz do kubkowej zwory 12, umieszczonej po przeciwnej stronie dźwigni i zwierają końce drugiego z uzwojeń 7. Dla tego uzwojenia znowu zachodzą opisane wcześniej zjawiska i następują powtarzalne drgania niezrównoważonej dźwigni dwustronnej 1. Równość oporności uzwojenia 7 i oporności wewnętrznej fotoogniwa 5, umożliwia przekazanie maksymalnej mocy z fotoogniwa 5 do uzwojenia 7 i uzyskanie maksymalnej mocy mechanicznej silnika.An electric current flows through the wound 7. At the same time, the winding 7 is in the magnetic field generated by the magnet 11 and is subjected to an electrodynamic force pushing it upwards. This causes the unbalanced double-sided lever 1 to rotate, the ends of the winding 7 to open, and the current flow to stop. Due to the rotation of the unbalanced double-sided lever 1, the contact rods 10 now touch the cup armature 12 on the opposite side of the lever and short-circuit the ends of the other winding 7. For this winding, the previously described phenomena again occur and the unbalanced double-acting lever 1 vibrates repeatedly. Equal resistance of the winding 7 and the internal resistance of the solar cell 5, it enables the transfer of the maximum power from the solar cell 5 to the winding 7 and obtaining the maximum mechanical power of the motor.

Claims

Patent claims

1. A photomagnetic motor comprising photovoltaic cells, characterized in that it comprises an unbalanced double-sided lever (1) provided with a horizontal axis (2), the ends of which rest on the cutouts of two supports (3) fixed to the rectangular base (4) and to both the ends of the unbalanced double-sided lever (1) are attached to the photocells (5) with the ring carcasses (6) with a groove placed under them, in which the windings (7) are wound and the ends of these windings (8), (9) are connected to the poles of the photovoltaic cells (5), and in addition, there is a gap in the last turn of both windings, to which contact rods (10) of different length are connected, attached to the casing (6) and directed downwards, and moreover, an unbalanced double-sided lever (1), brackets (3) ), the base (4) and carcasses (6) are made of electro-insulating and non-ferromagnetic material, while the axis (2) and contact rods (10) are made of non-ferromagnetic metal, and there is a magnet ( 11) in the form of the alta of the cylinder, with its pole facing upwards, such that when the current flows in the winding (7), produced by the photocell (5), the winding (7) is repelled from the magnet (11), preferably made of a sintered iron-neodymium-boron, whereby the magnet (11) is placed inside the cup armature (12), located under the lower ends of the contact rods (10) and fixed to the base (4), moreover, the cup-shaped armature (12) is made of ferromagnetic soft metal, and the space between the magnet ( 11) and the cup-shaped armature (12) is filled by a distance bushing (13) made of a non-ferromagnetic material.

2. A photomagnetic motor according to claim 1, The method of claim 1, characterized in that the resistance of the winding (7) is preferably equal to the internal resistance of the solar cell (5).

3. A photomagnetic motor according to claim 1, A device as claimed in claim 1, characterized in that the unbalanced double-sided lever (1), the supports (3), the base (4) and the carcass (6) are preferably made of textolite.

4. A photomagnetic motor according to claim 1, A method as claimed in claim 1, characterized in that the axle (2) is preferably made of austenitic steel.

5. The photomagnetic motor according to claim 1, A device according to claim 1, characterized in that the contact rods (10) are preferably made of brass.

6. The photomagnetic motor according to claim 1, A method according to claim 1, characterized in that the rectangular magnets (11) are preferably made of a sintered iron-neodymium-boron.

7. The photomagnetic motor according to claim 1, A device according to claim 1, characterized in that the cup-shaped armature (12) is preferably made of chemically pure iron.