NO853223L - Hoeyfrekvens gjenvinnings- og driftssystem. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et elektrisk drivsystem og

et omformerelement og mer bestemt et system for drift av en induktiv last på en sterkt forbedret og mer effektiv måte.

Etter oppfinnerens mening, er det ikke kjent noen anordning som muliggjør omformning av energi fra en elektrisk Mke-strømkilde eller en elektrisk vekselstrømkilde til en mekanisk kraft, basert på prinsippene for oppfinnelsen. EKSEMPEL: En bærbar energikilde, (1) som et batteri, (2) som veksel-strøm, (3) som kombinasjon av batteri- og vekselstrøm, kan utnyttes med sterkt forbedret virkningsgrad for drift av en mekanisk anordning hvis utgang er en lineær eller roterende kraft, med dermed følgende økning i den nyttige produktive periode mellom tilførsel av energi utenfra for gjennoppbyg-ning av energikilden.

Foreliggende oppfinnelse byr på et mer effektivt drivsystem og omfatter en elektrisk spenningskilde, en vibrator som er tilsluttet lavspenningskilden for frembringelse av et pulserende signal, en transformator koblet til vibratoren for å motta det pulserende signal, en høyspenningskilde, der den er tilgjengelig, forbundet med en likeretter av brotypen,

en likeretter av brotypen koblet til transformatoren som har en høyspendt pulsutgang, en kondensator for mottagelse av spenningspulsutgangen, et omformerelement med første og andre anoder, elektrisk ledende anordninger for mottagning av en ladning, anbragt rundt den annen anode og en utgangsklemme tilsluttet den ladningsmottagende anordning, idet den annen anode er forbundet med kondensatoren mens en kommutator er forbundet med den elektriske spenningskilde og med den første anode, samt en induktiv last forbundet med utgangsklemmen hvorved en utladning med høy energi mellom den første og andre anode overføres til den ladningsmottagende anordning og derfra til den induktive last.

En underkombinasjon av foreliggende oppfinnelse innbefatter også et omformerelement som har et hus, en første lavspendt anode anbragt i huset, hvilken anode er innrettet til å

bli koblet til en spenningskilde, en andre høyspendtanode montert i huset, beregnet på å bli koblet til en spenningskilde, elektrisk ledende anordninger anbragt rundt den annen anode og i avstand fra denne for å motta en ladning, hvilken ladningsmottagende anordning er montert i huset, og en utgangsklemme som har forbindelse til den ladningsmottagende anordning og er innrettet til å bli tilkoblet en induktiv last.

Oppfinnelsen innbefatter også en fremgangsmåte til tilførsel av energi til en induktiv last, omfattende trinnene med å tilveienbringe en spenningskilde, pulsering av et signal fra kilden, økning av spenningen på signalet, likeretning av signalet, lagring ogøkning av signalet, ledning av signalet til en høyspenningsanode, tilførsel av en lav spenning til en andre anode for å danne en utladning med høy energi, elektrostatisk kobling av utladningen til et ladningsmottagende element, føring av utladningen til en induktiv last, kobling av en andre kondensator til lasten og kobling av denne kondensator til strømkilden.

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er å komme frem til et system for drift av en induktiv last der systemet har en betydelig høyere virkningsgrad enn noe som helst eksisterende system.

En annen hensikt med foreliggende oppfinnelse er å komme

frem til et system for drift av en induktiv last, der systemet er pålitelig, kostbart og enkelt bygget opp.

De nevnte formål med oppfinnelsen sammen med forskjellige andre formål, fordeler, trekk og resultater som vil være klare for fagfolk på området i lys av denne beskrivelse, vil oppnås med de utførelsesformer for oppfinnelsen som beskrives

som eksempel i detalj.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte trekk og vil i det følgende bli beskrevet under henvisning til tegningene der: Fig. 1 viser et koblingsskjerna for et elektrisk drivsystem,

fig. 2 viser det elektriske omformerelement, sett fra siden og i snitt,

fig. 3 viser, sett ovenfra, et snitt tatt etter linjen 3-3

på fig. 2,

fig. 4 viser et snitt, sett ovenfra, tatt etter linjen 4-4

på fig. 2 og

fig. 5 er et koblingsskjerna for vekselstrøminngangen.

Selv om foreliggende oppfinnelse byr på muligheter til forskjellige modifikasjoner og alternative konstruksjoner, er en utførelsesform vist på tegningene og vil i det følgende bli beskrevet i detalj. Det skal imidlertid påpekes at det er ikke hensikten å begrense oppfinnelsen til den spe-sielle form som er vist, men i stedet er hensikten å la oppfinnelsen dekke alle modifikasjoner, ekvivalenter og alternative konstruksjoner som faller innenfor oppfinnelsens ånd og ramme slik den er kommettil uttrykk i kravene.

Det er her beskrevet et elektrisk drivsystem som i teorien vil omforme lavspendt elektrisk energi fra en kilde f.eks.

et elektrisk akkumulatorbatteri til en høyspendt energipuls med høy strøm som er istand til å utvikle en arbeidende kraft ved den induktive utgang for en anordning, der kraftoverførin-gen har bedre virkningsgrad enn det som det er mulig å utvikle direkte fra energikilden. Forbedringen i virkningsgrad blir videre understøttet ved anordningens mulighet til

tilbakeføring av den del av den opprinnelige energi som ble utviklet og som ikke brukes av den induktive last til frembringelse av mekanisk energi, til den samme eller et andre energireservoir eller energikilde for bruk andre steder eller for lagring.

Systemet oppnår de ovennevnte resultater ved å temme den "elektrostatiske" eller "puls" energi som skapes av en gnist med høy styrke, frembragt i et spesielt bygget elektrisk omformende elementrør. Dette element benytter en lavspendt anode, en høyspendt anode og et eller flere "elektrostatiske" eller ladningsmottagende gittere. Disse gittere er av en fysisk størrelse og riktig plassert, slik at de passer til størrelsen av røret og derfor er direkte knyttet til den energimengde man kan vente når anordningen er i drift.

Den lavspendte anode kan innbefatte en motstandsanordnihg

for regulering av den strømmengde som trekkes fra energikilden. Denne lavspendte anode er koblet til energikilden gjennom

en mekanisk kommutator eller en faststoff pulsanordning som bestemmer tidsstyringen og varigheten av energignisten i elementet. Denne høyspendte anode er forbundet med et høyspenningspotensial som er dannet i tilknyttede kretser.

En energiutladning finner sted i elementet når de utenfor-liggende styrekretser tillater det. Denne kortvarige, høy-spendte energipuls med høy strøm, blir fanget opp av de "elektrostatiske" gittere i røret, momentant lagret og deretter overført til den induktive utgangslast.

Den økning i virkningsgrad som ventes ved omformning av elektrisk energi til mekanisk energi i den induktive last, skyldes utnyttelse av den mest optimale tidsstyring ved innføring av elektrisk energi til lastanordningen i den optimale tidsperiode.

Ytterligere understøttelse av energikonservering oppnås ved å fange opp en betydelig del av den energi som frem-

bringes av den induktive last når det utnyttbare energi-

felt faller sammen. Den energi blir normalt forbrukt i lasttap som er i strid med den ønskede energiutnyttelse og har tidligere blitt godtatt fordi det ikke er utviklet noen egnet anordning for å temme denne energi og for å

lagre denne på nytt i en egnet anordning til lagring av energi.

Foreliggende oppfinnelse angår to grunntrekk eller egenskaper. Den første av disse egenskaper sees ved innføring av en energiserende strøm gjennom induktoren. Induktoren setter opp en motsatt rettet kraft (mot-elektromotorisk kraft eller CEMF) som er rettet mot den energi som føres inn i induktoren. Denne CEMF øker i løpet av den tid den kraft som innføres øker.

Ved' normale anvendelser der en vekselstrøm påtrykkes en induktiv last for mekaniske formål, får man det nyttige arbeid fra. induktoren før påtrykningen av energi opphører.

Den overskytende energi som påtrykkes, går dermed-tapt.

Tidligere forsøk på å få til energiinnføring i en induktor

med en tidsvarighet som er begrenset til den periode da den optimale omdannelse av induktiv energi til mekanisk energi finner sted, har vært begrenset av den evne enhver slik anordning har til å føre den høye strøm som er nødvendig for å optimalisere energioverføringen.

Den annen egenskap kan sees når den energiserende strøm kobles fra induktoren. Idet strømmen faller, utvikler induktoren en elektromotorisk kraft EMF som motvirker fallet i strømmen eller med andre ord danner en energikilde ved induktorens utgang som tilsvarer den opprinnelige energikilde redusert med den virkelige energi som er tatt fra kretsen med den mekaniske last. Denne "regenererte" eller overskytende energi har tidligere gått tapt, fordi man ikke hadde muligheter til å lagre denne energi.

Ved foreliggende oppfinnelse blir en høyspendt, kortvarig energipuls med høy strøm påtrykket den induktive last med omformerelementet. Dette element gjør det mulig å bruke visse deler av den energi som påtrykkes i en lysbue over et gnistgap uten den resulterende forringelse av kretsens elementer som normalt er knyttet til elektriske lysbuer med høy energi.

Oppfinnelsen gjør det også mulig å fange opp en viss del

av den energi som er innført av det høye induktive støt som oppstår ved plutselig avbrytning av den innførte strøm. Denne plutselige avbrytning av strømmen er knyttet til av-slutningen av lysbuen som fører strømmen inn. Spennings-toppen som fremkommer på denne måte, blir påtrykket en kondensator som kobler den dermed følgende strøm til en sekundær energilagrende anordning.

En ny, men ikke nødvendig, kretsanordning sørger for inn-

og utkobling av energikilden og den energilagrende anordning. Denne kobling kan innrettes slik at den trer i virksomhet automatisk på på forhånd bestemte tidspunkter. Koblingen kan foregå ved nærmere angitte tidspunkter som er bestemt ved forsøk med en bestemt anordning eller kan styres av en styreanordning som måler de rellative energi-innhold i de to energireservoirer.

Under henvisning til fig. 1, vil systemet 10 nu bli beskrevet ytterligere i detalj. Potensialet for høyspenningsanoden 12 i omformerelementet 14, fremkommer over kondensatoren 16. Denne spenning fremkommer ved å trekke en lav strøm fra

en batterikilde 18 gjennom vibratoren 20. Virkningen av vibratoren er å skape en pulserende inngang til transformatoren 22. Viklingsforholdet for transformatoren er valgt for å optimalisere den spenning som påtrykkes en likeretter 2 4 av brotypen. Utgangen fra likeretteren er da en serie høyspendte pulser med beskjeden strøm. Når kilden er en høyspenningskilde, kobles den direkte til likeretteren som

er av brotypen. Ved gjentatt påtrykning av disse utgangs-pulser fra likeretteren av brotypen på kondensatoren 16,

vil en høyspendt ladning på høyt nivå bli bygget opp i kondensatoren .

Styring med elementrøret for kobling av omformingen fåes

med en kommutator 26. En serie med kontakter som er montert radielt på en aksel eller en faststoffs koblingsanordning som styres av tiden eller en annen variabel, kan benyttes i dette styreelement. Et koblende element av rørtypen med enveis energibane 28 er innført mellom kommutatoranordningen og det omformende koblende elementrør for å hindre at lysbuer med høy energi dannes i kommutatorstrømmens baner på tross av at elementrøret er sluttet, slik at strøm fra spenningskilden 18 ledes gjennom et motstandselement 30

og en lavspendt anode 32. Dette fører til en høy energiutladning mellom anodene inne i det omformende og omkoblende elementrør 14. Energi innholdet i høyenergipulsen blir elektrostatisk koblet til omformergitrene 34 i omformerelementet. Denne elektrostatiske ladning påtrykkes gjennom en utgangsklemme 60 (fig. 2) over lastinduktansen 26, slik at det induseres et sterkt elektromagnetisk felt rundt den induktive last. Styrken på dette elektromagnetiske felt bestemmes av det høye elektromotoriske potensial som utvikles på de elektrostatiske gittere og på den meget korte tid som kreves for å sette opp energipulsen.

Hvis den induktive last er koblet magnetisk til en mekanisk last, utvikles det et kraftig begynnende dreiemoment som på en effektiv måte kan utnyttes til utførelse av fysisk arbeid.

Ved opphør av energipulsen (lysbuen) i det omformende og omkoblende elementrør, blir den induktive last koblet fra, slik at det elektromagnetiske felt rundt den induktive last faller sammen. Når dette energifelt faller sammen, induseres det i den induktive lasten motsatt rettet elektromotorisk kraft EMF. Denne motsatt rettede elektromotoriske kraft setter opp et høyt positivt potensial over en andre kondensator 38, som på sin side blir innført i den andre energilagrende anordning eller batteri 4 0 som en ladestrøm. Stør-relsen av ladestrømmen som står til rådighet for batteriet 4 0 er avhengig av de opprinnelige forhold i kretsen på tidspunktet for utladning i det omformende og omkoblende element-rør og størrelsen på den mekaniske energi som er forbrukt av arbeidslasten.

En beskyttelsesanor.dning 42 med gnistgap er innbefattet i kretsen for å beskytte den induktive last og likeretter-élementene fra urimelig store utladningsstrømmer. Skulle potensialene i kretsen overstige på forhånd bestemte verdier, som er fastlagt ved den mekaniske størrelse og avstand mellom elementene i den beskyttende anordning, blir den overskytende energi ført vekk (videreledet) av den beskyttende anordning

til et felles potensial for kretsen (elektrisk jord).

Diodene 44 og 46 omleder overskytende energi som frembringes når det "energiomformende og omkoblende elementrør" utløses. Et koblingselement 48 tillater enten den ene eller den annen energilagringskilde å bli'.benyttet som primær energikilde, mens det annet batteri benyttes som energigjenvinningsenhet. Omkoblingen muliggjør veksling mellom kilde og gjenvinnings-enhet ved optimale intervaller som bestemmes ved bruken av det omformende og omkoblende elementrør. Omkoblingen kan foregå manuelt eller automatisk, alt etter valg av koblingselement fra en lang rekke tilgjengelige elementer for dette formål.

Figurene 2, 3 og 4 viser den mekaniske oppbygning av det omformende og omkoblende elementrør 14. Et ytre hus 50 kan være av et hvilket som helst isolerende materiale som f.eks. glass. Anodene 12 og 22 og gitrene 34a og 34b er fast sikret med ikke ledende avstandsmaterialer 52, 54 og 56. Et motstandselement 30 kan være innført i lavspennings anodebanen for å styre toppstrømmene igjennom det omformende og omkob lende elementrør. Motstandelementet kan være i ett stykke eller det kan være bygget opp av et eller flere motstands-elementer for oppnåelse av det ønskede resultat.

Anodematerialet kan være det samme i hver anode eller de

kan være a.v forskjellige materialer, bestemt av den mest effektive bruk av anordningen slik man finner det ved passende forsøk på tidspunktet for produksjonen av anordningen til den bestemte bruk.

Formen på og avstanden mellom de elektrostatiske gittere

kan også varieres, alt etter anvendelsen (spenning, strøm og kravene til energi).

Det er oppfinnerens mening at ved nøyaktig sammenpasning av elementene i det omformende og koblende elementrør og det riktige valg av komponenter i systemets kretselementer, kan man oppnå de ønskede teoretiske resultater. Det er videre oppfinnerens mening at denne sammenpasning og dette valg ligger godt innenfor mulighetene for intens forsking og utviklingsteknikk.

Det skal her fremheves at det å bytte ut en elektrisk veksel-strømkilde på grunn av den ønskede strøm og/eller spennings-form og/eller tidsstyring, enten før den betraktes som primær energikilde eller senere, ikke skal oppfattes som forandring av den beskrevne utnyttelse eller anvendelse eller primær energi på noen måte. En slik energiomformning oppnås på en hensiktsmessig måte ved en hvilken som helst av mange vel-etablerte prinsipper. Den foretrukne utførelsesform for oppfinnelsen forutsetter bare optimal utnyttelse og optimal fordel fra oppfinnelsen når den anvendes sammen med bærbare energianordninger som i prinsippet svarer til våtcelle-eller tørcelle batteriet.

Oppfinnelsen foreslår å utnytte den energi som finnes i en innvendig frembragt høyspendt elektrisk toppverdi (energipuls) til elektrisk energitilførsel til en induktiv last. Denne induktive last er så istand til å omdanne energien som til-føres til en nyttig elektrisk eller mekanisk utgang.

I bruk blir den høyspendte kortvarige elektriske toppverdi frembragt ved utladning av kondensatoren 16 over gnistgapet i det omformende og koblende elementrør. Det nødvendige høyspendte potensial blir lagret på kondensatoren i inkremen-tale, additive trinn fra likeretteren 2 4 som er brotypen.

Når energikilden er en elektrisk likestrøms akkumulator-anordning, så som batteriet 12, skaffes inngangen til brolikeretteren ved opptransformering av spenningen i transformatoren 22 som på sin side mates fra vibratoren 20 eller en faststopp pulsgiver eller lignende anordning for riktig drift av transformatoren og likeretterkretsene.

Når energikilden er en vekselstrømkilde, vil brytere 64 fra-koble likestrømtransformatoren 22 og inngangen til brolikeretteren 2 4 fåes ved opptransformering av spenningen i transformatoren 66, som på sin side mates fra vibratoren 20 eller en faststoff pulsgiver eller lignende anordning som driver transformatoren og likeretterkretsene på en riktig måte.

Den repeterende utgang fra brolikeretteren vil inkrementalt øke kondensatorladningen mot dens maksimum. Denne ladning blir elektrisk koblet direkte til høyspenningsanoden 12 i det omformende og koblende elementrør.

Når den lavspendte anode 32 blir koblet til en strømkilde, dannes en lysbue i gnistgapet som er betegnet med 62 i det omformende og koblede elementrør, svarende til det potensial som er lagret på høyspenningsanorden og den strøm som er tilgjengelig fra lavspenningsanoden. På grunn av at varigheten av strømmen som er tilgjengelig ifra den lavspendte anode (d.v.s. varigheten av lysbuen) er meget kort, kan både den øyeblikkelige spenning og den øyeblikkelige strøm være meget høye. Den øyeblikkelige toppverdi for tilsynelatende effekt, er derfor også meget høy. I det omformende og omkoblende elementrør, blir denne energi absorbert av gitrene 3 4a og 34b som er montert rundt det indre av røret.

Styring av energiens toppverdi i det omformende og koblende elementrør, foregår med en mekanisk eller en faststoff kommutator som slutter kretsbanen fra den lavspendte anode til strømkilden i det øyeblikk da levering av energi til utgangslasten er mest gunstig. Et stort antall standard nøyaktige variable innstillingsanordninger står til rådighet for dette formål. Når det er behov for styring av repeti-sjonshastigheten for systemets utgang, kan dette gjøres ved å regulere innkoblingstiden ved lavspenningsanoden.

Man kan således få et elektrisk drivsystem med en lav-spenningskilde koblet til en vibrator, en transformator og en likeretter av brotypen, som vil gi et høyspendt, pulserende signal til en første kondensator. Der en høyspenningskilde er tilgjengelig, er denne koblet direkte til en likeretter av brotypen slik at et pulserende signal føres til en første kondensator. Kondensatoren er på sin side koblet til en høyspenningsanode for et elektrisk omformende og koblede elementrør. Elementet innbefatter også en lavspendt anode som, på sin side, blir koblet til en spenningskilde med en kommutator, et koblende elementrør og en variabel motstand. Rundt høyspenningsanoden er det montert en ladningsmottagende plate som på sin side er koblet til en induktiv last for å overføre en høyspendt utladning fra elementet til lasten. Dessuten er det til lasten koblet en andre kondensator for lagring av den motsatt rettede elektromotoriske kraftEMF

som oppstår når det elektriske felt for lasten faller sammen, idet strømmen til lasten blokkeres. Den annen kondensator er, på side,'koblet til spenningskilden.

Claims (13)

1. Elektrisk drivsystem,karakterisertved at det omfatter: en elektrisk spenningskilde, en vibrator koblet til kilden for frembringelse av et pulserende signal, en transformator koblet til vibratoren for mottagning av det pulserende signal, en likeretter koblet til transformatoren med en høyspendt pulsutgang, en kondensator for mottagning av den nevnte spennings-pulsutgang, et omformende og koblende elementrør med en første og en andre anode, elektrisk ledende anordninger for mottagning av en ladning, anbragt rundt den andre anode og en utgangsklemme forbundet med den lademottagende anordning, hvilken annen anode er forbundet med kondensatoren, en kommutator forbundet med den elektriske spenningskilde og med den nevnte første anode og en induktiv last som er koblet til utgangsklemmen slik at en utladning med høy energi mellom den første og andre anode overføres til den ladningsmottagende anordning og deretter til den nevnte induktive last.

2. System som angitt i krav 1 ,karakterisert vedat det innbefatter en andre kondensator som skal motta en ladning fra lasten.

3. System som angitt i krav 2,karakterisert vedat det omfatter et koblende elementrør som er anbragt i serie mellom kommutatoren og den første anode.

4. System som angitt i krav 3,karakterisert vedat det innbefatter en andre spenningskilde og en bryter for mottagning av et signal fra den andre kondensator.

5. System som angitt i krav 4,karakterisert vedat et omformende og koblende elementrør innbefatter et motstandselement i serie med den første anode og ved at den ladningsmottagende anordning er rørformet.

6. Elektrisk omformende og koblende elementrør,karakterisert vedat det omfatter: et hus, en første lavspendt anode montert på huset, hvilken anode er innrettet til å bli koblet til en spenningskilde, en andre høyspendt anode montert på huset og beregnet på å bli tilkoblet en spenningskilde, elektrisk ledende anordninger anbragt rundt den andre anode og i avstand fra denne for mottagning av en ladning, hvilken ladningsmottagende anordning er montert på huset og en utgangsklemme som står i forbindelse med den ladningsmottagende anordning, hvilken klemme er beregnet på å bli forbundet med en induktiv last.

7. Element som angitt i krav 6,karakterisert vedat det innbefatter et motstandselement i serie med den første anode.

8. Element som angitt i krav 6,karakterisert vedat den ladningsmottagende anordning er rør-formet . ,.

9. Element som angitt i krav 8,karakterisert vedat det innbefatter en andre rørformet ladningsmottagende anordning anbragt rundt den førstnevnte ladningsmottagende anordning.

10. Fremgangsmåte til tilførsel av energi til en induktiv last,karakterisert vedfølgende trinn: tilveiebringelse av en spenningskilde, pulsering av et signal fra kilden, i økning av spenningen av signalet, likeretning av signalet, lagring og økning av signalet, ledning av signalet til en høyspendt anode, tilveiebringelse av en lavspenning for en andre anode for å danne en høyenergiutladning, elektrostatisk kobling av utladningen til et ladningsmottagende element, ledning av utladningen til en induktiv last, kobling av en andre kondensator til lasten og kobling av kondensatoren til kilden.1

11. En multippel bryter som er en fremgangsmåte til valg av: Likestrøm eller vekselstrøm høyspendt energitilførsel.

12. Vekselstrømkilde for tilførsel av energi som angitt i krav 11,karakterisert vedat det setter systemet istand til å fungere som i kravene 1 til 11.

13. Høyspenning til likeretter av brotypen og til den første kondensator for å tillate systemet å funksjonere som i kravene 1 til 12.