способ получения индуктированной электродвижущей силы

Формула изобретения

Способ получения индуктированной электродвижущей силы в контуре на основе катушки, витки которой пересекаются движущимися силовыми магнитными линиями магнитной системы, и базирующийся на явлении электромагнитной индукции, отличающийся тем, что магнитная система конструктивно реализуется ртутным магнитопроводом, выполненным в виде спирали Архимеда, который охватывает наружный диаметр витков катушки контура, и возбудителя на основе лазера накачки, вынесенного за пределы контура, при этом за счет поглощения энергии светового импульса лазера накачки в спиральном ртутном магнитопроводе возникает пульсовая энергетическая волна, направленное перемещение которой возбуждает эквивалентную направленную пульсовую магнитную волну.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано при создании автономных генераторов тока (низковольтных источников питания) радиоэлектронных приборов.

Явление возникновения электродвижущей силы (ЭДС) в контуре на основе катушки (соленоида) при пересечении его магнитным полем называется электромагнитной индукцией и было открыто английским физиком М.Фарадеем в 1831 году.

Известен способ создания ЭДС в контуре на основе катушки (соленоида), который взаимодействует с плоским постоянным магнитом (Кузнецов М.И. Основы электротехники. Под ред. д.т.н. С.В.Страхова. Москва. Высшая школа. 1964, с.172). При этом витки катушки двигаются относительно силовых линий плоского постоянного магнита. При подключении к выводам катушки цепи нагрузки Z_н в последней возникает ток I_н, величина и направление которого зависят от величины магнитного поля постоянного магнита, скорости и направления изменения положения витков катушки относительно силовых линий постоянного магнита, а также от количества витков в самой катушке.

Недостатком известного способа является необходимость обязательного наличия механического привода для перемещения контура на основе катушки (соленоида) относительно силовых линий плоского постоянного магнита.

В модификациях рассмотренного способа плоский постоянный магнит заменяется на электромагнит (Кузнецов М.И. Основы электротехники. Под ред. д.т.н. С.В.Страхова. Москва. Высшая школа. 1964, с.177), однако основной недостаток сохраняется.

Наиболее близким к заявляемому способу является известный способ, в котором постоянный магнит взаимодействует с контуром на основе катушки (соленоида) (Кузнецов М.И. Основы электротехники. Под ред. д.т.н. С.В.Страхова. Москва. Высшая школа. 1964, с.173). Сущность конструктивного решения прототипа раскрывает чертеж на фиг.1. При движении плоского постоянного магнита относительно витков катушки последний пересекает витки катушки своими силовыми линиями. Подключение к выводам катушки цепи нагрузки Z_н приводит к тому, что в последней возникает ток I_н, величина и направление которого зависят от величины магнитного поля постоянного магнита, скорости и направления изменения его положения (силовых линий) относительно витков катушки, а также от количества витков в самой катушке.

К недостаткам данного способа следует отнести необходимость обязательного наличия механического привода для перемещения плоского постоянного магнита (его силовых линий) относительно неподвижных витков катушки (соленоида) контура.

В модификациях рассмотренного способа плоский постоянный магнит заменяется на электромагнит (Кузнецов М.И. Основы электротехники. Под ред. д.т.н. С.В.Страхова. Москва. Высшая школа. 1964, с.177), однако основной недостаток сохраняется.

Общим признаком известных способов создания электродвижущей силы является вариация преобразования механической энергии привода катушки или магнита в электрическую.

Общим недостатком всех известных способов получения электродвижущей силы в системах «контур на основе катушки (соленоида) - магнитная система» является необходимость реализации механического привода.

Технический результат изобретения состоит в создании способа получения электродвижущей силы, свободного от необходимости наличия постоянного механического привода.

Предлагаемый способ создания ЭДС состоит в том, что в системе «контур на основе катушки (соленоида) - магнитная система» неподвижная магнитная система реализуется ртутным магнитопроводом, выполненным в виде спирали Архимеда (спиралевидным ртутным магнитопроводом) и возбудителя на основе лазера накачки. Спиралевидный ртутный магнитопровод конструктивно располагается относительно витков катушки контура так, что охватывает наружный диаметр витков катушки контура. Возбудитель на основе импульсного лазера накачки вынесен за пределы контура. За счет поглощения энергии светового импульса лазера накачки в спиралевидном ртутном магнитопроводе возникает пульсовая энергетическая волна. Направленное движение пульсовой энергетической волны возбуждает эквивалентную пульсовую магнитную волну. Направленно перемещаемая в пространстве пульсовая магнитная волна взаимодействует с витками катушки контура и за счет явления электромагнитной индукции приводит к появлению ЭДС. При подключении к выводам катушки цепи нагрузки Z_н в последней возникает ток I_н, величина и направление которого зависят от величины энергии пульсовой магнитной волны, скорости и направления изменения ее положения относительно витков катушки, а также от количества витков в самой катушке. Спиралевидный ртутный магнитопровод в данном способе увеличивает площадь взаимодействия одной пульсовой волны с витками катушки, что повышает коэффициент полезного действия способа по сравнению, например, с линейным ртутным магнитопроводом.

Как следует из описания заявленного способа получения индуктированной электродвижущей силы, реализация механического привода для перемещения магнитных силовых линий относительно витков катушки контура не требуется. Эти функции реализует лазер накачки совместно со спиралевидным ртутным магнитопроводом за счет образования пульсовой энергетической волны и эквивалентной пульсовой магнитной волны.

Общими для заявляемого способа и прототипа являются следующие признаки:

- контур на основе катушки (соленоида);

- витки катушки пересекаются движущимися силовыми магнитными линиями магнитной системы.

Отличительными от прототипа являются следующие признаки:

- магнитная система, состоящая из неподвижного ртутного магнитопровода и лазера накачки;

- конструктивно неподвижный ртутный магнитопровод выполнен в виде спирали Архимеда и охватывает наружный диаметр витков катушки контура;

- конструктивно лазер накачки вынесен за пределы контура.

Сущность конструктивного решения заявляемого способа получения индуктированной электродвижущей силы раскрывает чертеж на фиг.2.

Контур на основе катушки (соленоида) (1), внешняя цепь которого подключена к выводам катушки и содержит нагрузку Z_н (в последней возникает ток I_н), взаимодействует с неподвижным ртутным магнитопроводом (2). Конструктивно неподвижный ртутный магнитопровод выполнен в виде спирали Архимеда и охватывает наружный диаметр витков катушки контура (1), а к одному из его выходов подключен лазер накачки (3). Конструктивно лазер накачки (3) вынесен за пределы контура (1).

Заявляемый способ получения индуктированной электродвижущей силы реализуется следующим образом.

За счет поглощения энергии светового импульса лазера накачки 3 в неподвижном спиралевидном ртутном магнитопроводе 2 возникает пульсовая энергетическая волна. Направленное движение пульсовой энергетической волны возбуждает эквивалентную пульсовую магнитную волну. Направленно перемещаемая в пространстве магнитная волна взаимодействует с витками катушки контура 1 и за счет явления электромагнитной индукции приводит к появлению ЭДС на ее выходах. При подключении к выводам катушки цепи нагрузки Z_н в последней возникает ток I_н, величина и направление которого зависят от величины энергии пульсовой магнитной волны, скорости и направления изменения ее положения относительно витков катушки, а также от количества витков в самой катушке.

Однако площадь взаимодействия силовых магнитных линий ртутного магнитопровода с витками катушки увеличивается, что приводит к повышению коэффициента полезного действия способа получения индуктированной электродвижущей силы.

Рассмотрим пример конкретного осуществления предлагаемого способа.

Для проверки способа был создан макет контура на основе катушки (соленоида), внешняя цепь которого подключена к выводам катушки и содержит нагрузку Z_н=R_н=100,0 кОм. Катушка цилиндрического типа длиной 10,0 см с внутренним диаметром 5,0 мм и внешним диаметром 2,0 см содержит 3000,0 витков медного провода диаметром 0,15 мм. Спиралевидный ртутный магнитопровод моделировался капиллярной трубкой, наполненной ртутью (Hg). Шаг спирали Архимеда составлял 10,0 мм. На длине катушки в 10,0 см было реализовано 9,0 витков. В качестве лазера накачки использовался импульсный полупроводниковый лазер с рабочей длиной волны в области инфракрасного диапазона и мощностью 10,0 мВт. На нагрузке фиксировалось импульсным вольтметром напряжение 12,5 мВ.

Использование заявляемого способа позволяет создавать автономные генераторы (низковольтные источники питания), свободные от необходимости наличия постоянного механического привода и управляемые только схемой питания лазера накачки.