ДИАМАГНИТНО-ТЕПЛОВОЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА Российский патент 2003 года по МПК H02K55/00 H02N11/00 

Изобретение относится к области электроэнергетики и может найти применение в двигателях и других машинах, используемых в различных областях хозяйственной деятельности человека.

Известны способы получения вращающего момента, основанные на взаимодействии магнитных полей. Эти способы широко используются в электродвигателях как переменного, так и постоянного тока.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, применяемый в электродвигателях переменного тока, заключающийся в том, что вращающееся магнитное поле статора взаимодействует с магнитным полем обмотки ротора или замыкается через ротор, не имеющий обмотки. В результате этого взаимодействия возникает вращающий момент, заставляющий ротор вращаться в направлении перемещения магнитного поля статора (см., например, книгу В.С. Попова, Н.Н. Мансурова, С.А. Николаева "Электротехника" М., 1952. стр.306-307, 366).

Недостатком упомянутого способа является то, что для создания вращающегося магнитного поля используют только переменный ток. Так как частота вращения магнитного поля статора напрямую зависит от частоты переменного тока, питающего электродвигатель, плавная регулировка оборотов ротора весьма затруднительна. Это существенно ограничивает область применения подобных электродвигателей.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение возможностей и расширение области применения двигателей.

Техническим результатом изобретения является универсальность питания двигателей и возможность плавного регулирования скорости и направления перемещения ротора.

Решение упомянутой задачи достигается тем, что по способу получения вращающего момента, заключающемуся в перемещении рабочих областей ротора (областей ротора, непосредственно на которые воздействует рабочий магнитный поток) посредством перемещающегося рабочего магнитного потока, рабочий магнитный поток, замыкающийся через "нормальные зоны" сверхпроводящего слоя статора, приводится в движение перемещающимися сверхпроводящими "диамагнитными кольцами", опоясывающими "нормальные зоны", а "нормальные зоны" создаются и перемещаются по сверхпроводящему слою статора при помощи перемещающихся тепловых пятен, которые временно нарушают диамагнитные и сверхпроводящие свойства прогреваемых областей сверхпроводящего слоя статора.

На чертежах изображено устройство, реализующее способ.

Устройство состоит из статора 1, установленного на ножках 12. Внутри статора 1 располагается обладающий магнитными свойствами ротор 2, закрепленный на валу 3. Вал 3 посредством подшипников 4 подвижно закреплен в крышках статора 5, которые жестко крепятся к статору 1. Статор 1 имеет магнитопровод 6, слой последовательно расположенных термоэлементов 7 (на чертежах термоэлементы, включенные в режиме нагревания, отмечены штриховкой) и сверхпроводящий слой 8. На сверхпроводящем слое 8 расположены не соприкасающиеся с краем слоя 8 "нормальные зоны" 9 (на чертежах отмечены штриховкой), вокруг которых протекают кольцевые электрические токи 10. Магнитные поля кольцевых электрических токов 10 и обладающего магнитными свойствами ротора 2 создают рабочий магнитный поток 11. На фиг.1 изображен вертикальный разрез устройства - вид сбоку. На фиг.2 изображен вертикальный разрез устройства - вид спереди. На фиг.3 изображен слой последовательно расположенных термоэлементов - вид сверху. Термоэлементы, включенные в режиме нагревания, обозначены штриховкой. На фиг.4 изображен сверхпроводящий слой статора 8 - вид сверху. На фиг.4 штриховкой отмечена одна из "нормальных зон" 9, вокруг которой протекает кольцевой электрический ток 10. Виден замыкающийся через "нормальную зону" 9 рабочий магнитный поток 11.

Диамагнитно-тепловой способ получения вращающего момента заключается в том, что рабочий магнитный поток 11, создаваемый магнитными полями кольцевых электрических токов 10, протекающих в сверхпроводящем слое статора 8, вокруг "нормальных зон" 9 и магнитным полем, обладающим магнитными свойствами ротора 2, замыкается через магнитопровод 6, "нормальные зоны" 9 и рабочие области ротора 2. При перемещении "нормальных зон" 9 по сверхпроводящему слою статора 8 вместе с ними переместится и зажатый в сверхпроводящие "диамагнитные кольца" (области сверхпроводящего слоя статора, окружающие "нормальные зоны" и обладающие сверхпроводящими и диамагнитными свойствами) рабочий магнитный поток 11, увлекая за собой рабочие области ротора 2. В результате этого на вал 3 передается вращающее усилие. Направление и скорость перемещения ротора 2 соответствуют направлению и скорости перемещения "нормальных зон" 9 по сверхпроводящему слою статора 8 и могут изменяться в широких пределах.

Кольцевые электрические токи 10, протекающие в сверхпроводящем слое статора 8 вокруг "нормальных зон" 9, можно получить одним из известных способов (см., например, журнал "Наука и жизнь" М., 10, 1966 г, стр.87-96).

"Нормальные зоны" 9 создают, удерживают и перемещают по сверхпроводящему слою статора 8 путем нагрева определенных областей указанного сверхпроводящего слоя посредством тепловых волн до температуры выше Т-критической. При этом нагретые области скачкообразно меняют свои свойства. Сверхпроводимость и идеальный диамагнетизм в них исчезают. Тепловые волны (перемещающиеся по сверхпроводящему слою статора тепловые пятна с температурой выше Т-критической) создают, удерживают и перемещают по сверхпроводящему слою статора при помощи последовательно расположенных термоэлементов. Для создания, удержания и перемещения каждой из "нормальных зон" включают группу из нескольких термоэлементов. В данном устройстве, реализующем заявляемый способ, группы термоэлементов, включенных в режиме нагревания, располагаются над противоположными областями сверхпроводящего слоя статора и должны перемещаться синхронно, сохраняя противоположное расположение.

Непременным условием работоспособности устройства является постоянное поддержание сверхпроводящего слоя статора 8 в сверхпроводящем состоянии (в описываемом случае процесс должен протекать в среде с температурой ниже Т-критической). После перемещения теплового пятна температура прогреваемой до этого области должна опуститься ниже Т-критической. Сверхпроводящие и диамагнитные свойства должны в ней восстановиться. Также необходимо, чтобы "нормальные зоны" не граничили с краем сверхпроводящей пластины. В противном случае сверхпроводящие "диамагнитные кольца" разорвутся.

"Нормальных зон" на сверхпроводящем слое статора и рабочих областей ротора, связанных с ними посредством рабочего магнитного потока, может быть несколько, причем рабочие области могут обладать как магнитными или ферромагнитными, так и идеально диамагнитными свойствами (в этом случае рабочий магнитный поток будет толкать их перед собой).

Рабочий магнитный поток, связывающий рабочие области ротора и "нормальные зоны" сверхпроводящего слоя статора, может создаваться различными способами. Например, это может быть магнитный поток обладающего магнитными свойствами ротора или магнитный поток неподвижно установленного постоянного или электромагнита. В этих случаях рабочий магнитный поток заключается в "диамагнитное кольцо" следующим образом. На сверхпроводящем слое статора создается "нормальная зона", граничащая с краем. В эту зону вводится магнитный поток, после чего участок "нормальной зоны", прилегающий к краю сверхпроводящего слоя статора, вновь переводится в сверхпроводящее состояние. "Диамагнитное кольцо", окружающее "нормальную зону" с проходящим через нее магнитным потоком, замыкается. Далее, перемещая по сверхпроводящему слою статора "нормальную зону", мы будем перемещать и окружающее ее "диамагнитное кольцо", которое, служа непроницаемым барьером для магнитного потока, увлечет его за собой. Диамагнитно-тепловым способом можно получать различные виды механического движения: вращательное, возвратно-поступательное и т.п.

Так как тепловое пятно, создающее "нормальную зону", можно получить различными способами (тепловой излучатель либо излучатель другого вида энергии, преобразующейся при контакте со сверхпроводником в тепло, расположенные на сверхпроводнике последовательно включаемые термоэлементы и т.п. ), устройство может питаться различными видами энергии.

Сверхпроводящая часть устройства может быть как подвижной, так и неподвижной.

Способ предназначен для использования в энергетике. Способ заключается в том, что вращение магнитного поля статора осуществляют за счет бегущей тепловой волны, временно переводящей определенные области сверхпроводящей диамагнитной части статора в обычное несверхпроводящее состояние. Взаимодействие вращающегося магнитного поля статора с рабочей областью ротора обеспечивает получение вращающего момента на валу. Изобретение обеспечивает плавное регулирование скорости вращения. 4 ил.

Диамагнитно-тепловой способ получения вращающего момента, заключающийся в том, что воздействуют на рабочие области ротора перемещающимся рабочим магнитным потоком и при этом получают на валу ротора вращающий момент, отличающийся тем, что в статоре, имеющем сверхпроводящий слой, посредством перемещающейся тепловой волны, нарушающей на время диамагнитные и сверхпроводящие свойства определенных областей указанного сверхпроводящего слоя, создают, удерживают и перемещают "нормальную зону", вместе с которой перемещают окруженный "диамагнитным кольцом" названный рабочий магнитный поток, создаваемый, например, кольцевым электрическим током, протекающим в указанном сверхпроводящем слое, вокруг указанной "нормальной зоны".