ДВИГАТЕЛЬ-ДВИЖИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ВИБРАТОРНЫЙ Российский патент 1999 года по МПК H02K57/00 H02K41/00 

Изобретение относится к энергомашиностроению и может найти применение на транспорте, в том числе в летательных аппаратах и в космической технике.

Известно изобретение /патент ФРГ DE 3414422 C2/, в котором предлагается расположить параллельно два проводника, или две катушки с проводниками, на расстоянии примерно четверти длины волны /0,27 λ / и пропускать по ним переменный электрический ток с частотой f, с длиной волны λ и со смещением фаз на четверть периода / ϕ= 0,25 Т/. При этих условиях на оба проводника /катушки/ будут действовать магнитные силы в одном направлении, создавая движущую силу.

Недостатком этого изобретения является его практически неосуществимость, так как для получения сколько-нибудь значимых сил проводники должны находиться как можно ближе друг к другу /не далее 10...20 см/, а для этого требуется пропускать по ним ток с частотами СВЧ, что практически невозможно. Кроме этого, не предусмотрена синхронизация колебательного процесса в витках катушек.

Задачей данного изобретения является создание устройства, способного генерировать значительную магнитную движущую силу и имеющего высокий КПД. Поставленная задача решается за счет выполнения проводников в виде электрических вибраторов, изготовленных /или имеющих покрытие/ из сверхпроводниковых материалов, способных работать при пропуске по ним токов сверхвысокой частоты.

Вибраторы располагаются параллельно друг другу на расстоянии примерно 0,25 λ друг от друга и на них подается высокочастотное напряжение от генератора со смещением фаз на четверть периода. Так как электрический вибратор СВЧ является открытым колебательным контуром /Х.Кухлинг. Справочник по физике, изд. второе. М.: Мир, 1985/, настроенным на частоту генератора, то по длине вибраторов возникают резонансные /стоячие/ волны токов и напряжений /фиг. 3,4.5/ с излучением электромагнитных волн. Если рассмотреть магнитное взаимодействие противоположных участков вибраторов I и II /0-0,5 λ; 0,5 λ-λ и т.д./ то при указанных условиях, с учетом времени подхода электромагнитной волны /ее магнитной составляющей /от вибратора I до вибратора II /t=0,25Т/ последний, в момент времени t₂ = 0,25Т, начнет испытывать действие притягивающей магнитной силы от магнитной индукции B_I т.к., по нему в этот момент начинает протекать ток J_II /фиг.4/ в тех же направлениях, что и в вибраторе I /фиг. 3/. Вибратор I в момент времени t₃=0,5Т, когда по нему начнет течь ток J_I /фиг. 5/ будет испытывать действие отталкивающей силы от магнитной индукции В_II волны, излученной вибратором II в момент времени t₂ = 0,25Т /токи в противоположных направлениях/. Действие этой силы будет иметь то же направление что и силы, действующей на вибратор II вследствие того, что оба вектора изменили свои направления на противоположные.

Далее, во второй половине периода векторы дважды меняют направления, оставляя действие магнитной силы неизменным. В следующих периодах цикл повторяется. Магнитная индукция от соседних участков вибраторов несколько усиливает магнитные силы и влияет на оптимальное расстояние между вибраторами, которое может быть точно рассчитано на ЭВМ.

Необходимо также учесть нормальные и касательные электрические силы от концентрации зарядов в узлах токов и от их ускорения. Расчеты показывают, что нормальные электрические силы имеют направление, противоположное магнитным, но они примерно в 20 раз слабее их. Касательные составляющие электрических полей, направленные вдоль вибраторов, взаимно уравновешиваются в узлах токов. Эти обстоятельства обосновывают использование именно магнитных сил в данном изобретении.

Для уменьшения рассеивания волновой энергии предусматриваются параболические отражатели /фиг.1/, установленные на расстоянии 0,5 λ за вибраторами. Расстояние 0,5 λ позволяет синхронизировать фазы отраженной и излученной волн и таким образом усилить последнюю.

Для увеличения движущей магнитной силы необходимо создать высокие электромагнитные параметры в устройстве. Для этого вибраторы помещены в герметичный корпус /камеру/, в котором должен поддерживаться глубокий вакуум /для предотвращения электрического пробоя/. Пространство между вибраторами заполняет перегородка из твердого диэлектрика.

Применение электрических вибраторов и сверхпроводниковых материалов обеспечивает работоспособность устройства и повышает его экономичность за счет отсутствия электрического сопротивления при сверхпроводимости и применения резонанса токов и напряжений в вибраторах. Применение отражателей сокращает потери волновой энергии на излучение, а применение диэлектрической перегородки позволяет уменьшить расстояние между вибраторами, тем самым увеличив магнитные силы, или уменьшить частоту волны /использовать частоты УКВ/, что создает более благоприятные условия работы сверхпроводников. Все эти конструктивные особенности делают изобретение практически применимым, значительно увеличивают движущую силу и повышают КПД, устройства.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена конструкция двигателя-движителя в поперечном разрезе. Фиг. 2 показывает конструкцию двигателя по длине. На фиг. 3 дается эпюра токов в вибраторе I в момент времени t₁= 0, когда они имеют экстремальные значения. На фиг.4 приведена эпюра токов в вибраторе II и эпюра магнитной индукции от вибратора I в момент t₂= 0,25Т. На фиг. 5 представлена эпюра токов в вибраторе I и эпюра магнитной индукции от вибратора II в момент t₃=0,5Т
Конструкция двигателя-движителя представлена на фиг.1 и 2. Она включает источник электроэнергии, генератор электромагнитных волн СВЧ /УКВ/ с устройством для питания вибраторов /на фиг. не показаны/. Электрические вибраторы I с покрытием из сверхпроводникового материала располагаются на расстоянии r = 0,25 λ друг от друга /или близким к нему/ и скрепляются между собой и корпусом 2, с отражателями 3, деталями из диэлектрика 4. В пространстве между вибраторами расположена перегородка 5 из твердого диэлектрика. В герметичном корпусе создается глубокий вакуум, необходимый для предотвращения пробоя и обеспечения сильных токов /и соответственно напряжений/ в вибраторах.

Длина вибраторов рассчитывается в зависимости от длины волны. Вибраторы могут быть выполнены в виде одной или нескольких пар прямолинейных или криволинейных отрезков, или в виде спиралей с расчетным расстоянием между витками. Они могут быть выполнены также в виде нескольких сгруппированных витков /катушек/ с длиной окружности, кратной длине волны, что обеспечит синхронность фаз колебательного процесса в витках. Катушки могут быть выполнены из ленточных /полосковых/ проводников, например пленок из сверхпроводниковых материалов с прослойками из диэлектрика.

Двигатель-движитель работает от источника электроэнергии, которая преобразуется в генераторе СВЧ /УКВ/ в волновую электромагнитную энергию и которая подпитывает вибраторы. Смещение фаз токов в вибраторах можно устроить за счет разницы длины подводящей части вибраторов на четверть длины волны, а также другими способами. В вибраторах устанавливается колебательный процесс по модели резонансной стоячей волны. С учетом расстояния между вибраторами r≈0,25 λ и времени подхода волны от одного вибратора до другого, при разницы их фаз 0,25Т происходит магнитное силовое воздействие вибраторов друг на друга в одном направлении по линии, соединяющей их продольные оси. Чтобы изменить направление движущей силы на противоположное, необходимо изменить смещение фазы у одного из вибраторов на половину периода /0,5Т/.

Использование: на транспортных средствах, в том числе в летательных аппаратах и космической технике. Технический результат: преобразование волновой электромагнитной энергии СВЧ (УКВ)-частотных диапазонов в магнитную движущую силу путем воздействия магнитных составляющих электродинамических полей, излучаемых каждым электрическим вибратором, на высокочастотные токи в другом вибраторе. В результате параллельного расположения вибраторов на расстоянии примерно четверти длины волны друг от друга и смещения фаз токов в них на четверть периода векторы магнитных сил, действующих на каждый вибратор, имеют одно и то же направление, создавая движущую силу. Для практического применения вибраторы должны быть выполнены из сверхпроводящих материалов и находиться в вакуумной камере. Отражатели и диэлектрическая перегородка повышают КПД устройства и улучшают условия его работы. 5 ил.

Двигатель-движитель электродинамический вибраторный, содержащий электрические проводники, расположенные параллельно друг другу на расстоянии примерно четверти длины волны пропускаемого по ним тока и имеющие смещение фаз на четверть его периода, отличающийся тем, что проводники выполнены в виде электрических вибраторов из сверхпроводящих материалов, размещены в вакуумной камере с отражателями и имеют перегородку из твердого диэлектрика, заполняющую пространство между вибраторами.