СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Российский патент 2008 года по МПК H02J17/00 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу и устройству для передачи электрической энергии, и может использоваться для приема электроэнергии потребителем по беспроводному вихревому каналу текучей среды, например по воздуху, воде, пару. Сущность изобретения заключается в том, что высокочастотное электричество передается по одному проводящему каналу, сформированному пограничным слоем удлиненной вихревой воронки, являющейся проводником, самоподдерживающим свою структуру за счет направленного осевого потока электронов и вращения вокруг оси канала. В вихревом канале генерируется бегущая волна высокочастотного тока и магнитного поля, равная частоте вращения пограничного слоя вихря, в результате чего индуктивно-емкостный резонанс передатчика и реактивные максимумы емкостного зарядного тока проводятся по каналу, причем энергия на поддержку вращения вихревого канала забирается из окружающей среды. Приемник настроен на частоту передатчика и соединен с ним только вращающимся вихревым каналом среды при большом числе Рейнольдса (определяющим соотношение инерционных сил и сил межмолекулярного трения), в результате чего локальные резонансные максимумы переносятся вдоль оси и преобразуются на приемнике в активную электрическую энергию, которая в дальнейшем может использоваться для механической работы, выработки теплоты, генерации светового и электромагнитного излучения. Изобретение позволяет снизить транспортные затраты на передачу электроэнергии и решает вопрос подачи электричества на движущийся транспорт.

Описание изобретения

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу и устройству для передачи электрической энергии без проводов.

Предложенный способ передачи электрической энергии может, например, применяться для летящего самолета по протяженному (5-10 км) турбулентному следу оставленному турбиной или по вихревому следу гребных винтов морского судна. Также изобретение применимо для наземного использования между линиями электропередачи, находящимися в прямой видимости друг от друга, имеющими вращающиеся завихрители воздуха, создающие канал. Возможно применение способа передачи электроэнергии внутри трубопроводов газа, нефти, воды, в которых поддерживается вращающийся вихревой жгут. Возможно применение изобретения для доставки энергии к взлетающей ракете по створу турбулентного следа, а также к летящему снаряду или пуле по вращающейся каверне вихревого следа.

Дополнительная сфера применения изобретения - помехозащищенная передача низкомощного информационного сигнала, модулированного резонансной частотой вихревого канала, который экранируется заряженной периферийной вращающейся частью.

Известен широко распространенный способ и устройство передачи электроэнергии по двум проводам по замкнутой цепи, например бытовая сеть электроэнергии 220 вольт.

Недостатком известного способа передачи электроэнергии является наличие фиксированных проводных линий, сложность их прокладки, потери при передаче.

Известен способ и устройство для передачи электрической энергии (патент РФ №2172546, 24.01.2000 г. - выбран прототипом), отличающийся тем, что между источниками и приемниками электрической энергии формируют в электроизоляционной оболочке, по крайней мере, один проводящий канал из вещества в жидкой, твердой или газообразной фазе, в каждом проводящем канале генерируют электромагнитные колебания реактивного емкостного тока и электрического поля частотой 0,3-300 кГц, создают в канале пучности напряжения в 2-50 раз превышающие напряжение источника, преобразуют реактивный ток и энергию электрического поля канала в приемнике в активный ток.

Недостатком известного способа передачи электроэнергии является наличие фиксированного изолированного проводящего канала, сложность его перемещения, ремонта и замены.

Основной целью изобретения является упрощение и понижение материалоемкости транспортного канала электричества.

Дополнительная цель изобретения состоит в обеспечении электроэнергией двигающихся транспортных средств.

Указанная цель достигается тем, что по линии между источником и приемником электрической энергии формируется вихревой жгут, вращающийся вокруг продольной оси так, что вершина канала уплотнения, образованная турбулентной циркуляцией молекул среды, с одной стороны, минимально удалена от внутренней оси катушки передатчика, а основание канала, с другой стороны, минимально удалено от внутренней оси катушки приемника. В качестве передатчика и приемника применяются трансформаторы Тесла, настроенные в резонанс, и включают в себя дополнительные элементы - завихрители, расположенные на оси канала, состоящие из вращающихся пропеллеров с увеличивающимися углами крутки вдоль размаха лопастей так, что у оси вращения они имеют положительный угол атаки, а на периферии отрицательный, причем протяженность приосевой части лопастей с положительным углом атаки превосходит протяженность периферийной части лопасти с отрицательным углом атаки. Синхронное вращение пропеллеров на передающем и на приемном конце в одинаковом направлении между ними вызывает устойчивое упорядоченное вихревое движение среды по спиральной траектории вдоль линии тока от источника к приемнику, образуя мини-смерч. Для вихря характерны зоны разрежения и пониженной температуры в приосевой области с образованием уплотнения к периферии в результате центробежных сил.

Интенсивность вихря принято характеризовать циркуляцией скорости (v) по замкнутому контуру, охватывающему вихрь. Так на окружности радиуса r циркуляция Г=2πrv. В силу теоремы о постоянстве циркуляции, справедливой для идеальной (лишенной трения) среды, Г не зависит от r. В результате частный вид формулы Био-Савара v=F/2πr, т.е. по мере приближения к оси вихря (при r→0) скорость неограниченно возрастает (v→бесконечности) как 1/r (сингулярная).

В результате быстрого приосевого вращения вихрь разделяет заряды и препятствует их рекомбинации. В обычных условиях рекомбинации может препятствовать высокая температура (горячая плазма), вихрь с этой задачей справляется без высокой температуры. Разделенные заряды - это готовый источник электрической энергии, который формируется по внутренней поверхности в зоне уплотнения, образуя канал электрической проводимости с отрицательным зарядом в результате молекулярных столкновений и отброса более тяжелых ядер на периферию. При достижении пропеллерами высокой частоты вращения вихревой канал начинает резонировать синфазно с частой резонансных контуров трансформаторов Тесла, образуя бегущую электромагнитную волну вдоль оси от передатчика, генерируя резонансные колебания на приемнике.

Трансформатор Тесла, изобретенный в 1891 году, представляет из себя бессердечниковый или с незамкнутым сердечником трансформатор, первичная обмотка которого расположена снаружи или соосно с вторичной обмоткой. Вторичная обмотка состоит из большого числа витков медной тонкой изолированной проволоки. Один конец вторичной обмотки остается свободным, а другой при передаче напряжения высокой частоты на первичную обмотку присоединяется к линии. В высоковольтной вторичной обмотке в условиях резонанса возникают высокочастотные колебания, напряжением до 7·10⁶ В (N.Tesla. Lectures, Patents, Articles, Beograd, 1956).

Сущность изобретения заключается в том, что высокочастотное электричество передается по одному проводящему каналу, сформированному пограничным слоем удлиненной вихревой воронки, являющейся проводником, порожденным однонаправлено вращающимися пропеллерами, размещенными на противоположных концах оси канала, лопасти которых имеют угол атаки в центре 80°, а на периферийном окончании -10°, создающие вращение вытянутого турбулентного вихря ("квазистационарный поток с осевым противотоком"). В рабочем установившемся режиме вихревой канал имеет самоподдерживающуюся структуру за счет направленного спирального осевого потока электронов, порождающих магнитную индукцию, сжимающую канал, и центростремительных сил вращения молекул вокруг линии оси. В вихревом канале генерируется бегущая волна высокочастотного тока и магнитного поля, равная частоте вращения пограничного слоя вихря, в результате чего частотный резонанс передатчика и реактивные максимумы емкостного зарядного тока проводятся по каналу, причем энергия на поддержку вращения тела вихревого канала забирается из окружающей среды посредством теплообмена и преобразования кинетической энергии окружающего пространства (пульсации скоростей среды) во вращательное движение вокруг жгута. Приемник настроен на частоту передатчика и соединен с ним каналом вихревой воронки, по которому локальные резонансные максимумы переносятся вдоль оси и преобразуются в активную электрическую энергию на приемнике.

Одним из свойств изобретения является усиление электромагнитных колебаний при прохождении резонирующего вихревого канала за счет избыточного притока из среды кинетической (молекулярной) энергии в приосевую зону вихря, т.к. в процессе вращения заряженных частиц в поле магнитной индукции угловая скорость их в центре неограниченно возрастает, увеличивая количество силовых линий и магнитного поля, повышая плотность электрического тока и потенциал.

Другим свойством предложенного решения является то, что созданный проводящий канал можно удлинять без потери проводимости, отдаляя передатчик от приемника, а также в последствии останавливать вращение завихрителей. Устойчивость воздушного проводящего канала противодействует, например, ветру и дождю за счет низкого аэродинамического сопротивления в результате сильного вращения и касательного (под малым углом) воздействия окружающей среды на вращающиеся молекулы периферийной части. Эффект памяти локальных траекторий (инерционная масса) восстанавливает вихревой канал даже после кратковременного пересечения его нетекучим (твердым) телом.

Отключение канала производится остановкой завихряющих лопастей и снятием напряжения с передатчика.

Настройка вихревого проводящего канала выполняется включением напряжения передатчика, завихряющих пропеллеров передатчика и приемника на небольшом расстоянии с последующим перемещением приемника от передатчика на требуемое расстояние, при этом происходит растягивание вихревого жгута и его сжатие (подобно удлинению воронки смерча от тучи к земле). В случае стационарного крепления приемника и передатчика организация вихревого канала производится с помощью дополнительного переносного приемника, растягивающего жгут до основного приемника с последующим выключением переноски после объединения и установления сцепления "стационарных" вихревых хвостов.

По сравнению с прототипом предложенное изобретение позволяет формировать проводящий электрический канал в произвольной текучей среде (воздух, вода, нефть, газ, и др.) для передачи электроэнергии, используя свойство воронки "смерча".

На чертеже изображено устройство для передачи электрической энергии без проводов.

Источник электрической энергии 1 посредством первичной обмотки соединен с трансформатором Тесла 3, вторичная обмотка которого подводит высокочастотный ток по проводу 7 к неподвижной токопроводящей полусфере 5, непосредственно вблизи фокуса которой расположен завихритель текучей среды 9, имеющий радиальные лопасти уменьшающегося шага, ориентированные под углом атаки 80° в центре 13 и -10° на периферии 11, вращающиеся на ступице стартового двигателя 9, имеющего ось вращения, совпадающую с осью вихревого канала канала 15.

Приемник электрической энергии 2 подключен к низковольтной катушке трансформатора Тесла 4, на которую передается индукция вторичной обмотки 8, имеющая резонансную подпитку электроэнергией от вихревого канала 15 с неподвижной токопроводящей приемной полусферой 6, вблизи фокуса которой расположен приемный завихритель 10, имеющий радиальные лопасти переменного шага, ориентированные под углом атаки 80° в центре 14, а на периферии 12 угол атаки по потоку составляет -10°, имеющие принудительное вращение на ступице стартового приемного двигателя 10.

Созданный лопастями 13, 14 турбулентный вихрь 16 имеет то же направление вращения, что и завихрители 9, 10, обладая при этом поступательным движением вдоль оси канала от приемника к передатчику, а периферийный внешний поток среды 17 имеет траекторию движения по спирали в противоположную сторону. Его угловое вращение экспоненциально замедляется с удалением от оси канала.

Устройство работает следующим образом.

При включении в работу стартовых двигателей 9 и 10 начинают вращаться пропеллеры с лопастями 13, 14. При достижении рабочей частоты вращения между сферическими контактами 5 и 6 формируется вращающийся вихревой канал 15 в виде уплотненного жгута (осевой воронки), который вращается с частотой, значительно превосходящей частоту вращения пропеллеров (центростремительное ускорение). Включается питание на трансформатор Тесла 3 от источника 1, который настроен в резонанс на частоту вращения зоны уплотнения 15 вихревого канала. На приемной сфере 6 концентрируются и передаются к высоковольтной обмотке трансформатора Тесла 4 электромагнитные колебания на резонансной частоте приемника 2, равной резонансной частоте передатчика и канала, которые преобразуются в электрический ток для потребителя.

По сути, в приближении, предложенную систему можно рассматривать как систему параллельно-последовательно-параллельных резонансных контуров, в которой роль последовательного контура выполняет вихревой жгут 16.

Предпочтительно изготавливать осевые пропеллеры приемника и передатчика с одинаковыми кручеными лопастями.

В различных исполнениях в качестве завихрителя вместо пропеллеров могут использоваться тангенциальные генераторы вихревого потока (аналогично трубке Ранка).

Предпочтительно выполнять скрутку лопастей с равномерно уменьшающимся шагом.

В других случаях скрутка лопастей может быть выполнена нелинейно.

Предпочтительно настраивать передатчик и приемник на фиксированную резонансную частоту, соответствующую резонансной частоте вихревого канала в зоне уплотнения.

Прикладному устройству целесообразно иметь режим точной синхронной подстройки передатчика и приемника на амплитудный максимум резонанса вихревого канала в конкретной среде.

Эффективность передачи электроэнергии повышается:

- с увеличением добротности резонансных контуров,

- при однородности среды вокруг вихревого канала,

- при длине канала, кратной длине электромагнитной волны,

- при увеличении мощности передатчика,

- при повышении оборотов завихряющих стартовых пропеллеров.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к передаче электрической энергии, и может использоваться для приема электроэнергии потребителем по беспроводному вихревому каналу текучей среды: по воздуху, воде, пару, например для летящего самолета по протяженному (5-10 км) турбулентному следу или по вихревому следу гребных винтов морского судна, для передачи электроэнергии внутри трубопроводов газа, нефти, воды, в которых поддерживается вращающийся вихревой жгут, для наземного использования между линиями электропередачи, находящимися в прямой видимости друг от друга и имеющими вращающиеся завихрители воздуха, создающие канал. Технический результат состоит в упрощении и уменьшении материалоемкости транспортного канала электричества. Высокочастотное электричество передается по одному проводящему каналу, сформированному пограничным слоем удлиненной вихревой воронки, являющейся проводником, самоподдерживающим свою структуру за счет направленного осевого потока электронов и вращения вокруг оси канала. В вихревом канале генерируется бегущая волна высокочастотного тока и магнитного поля с частотой, равной частоте вращения пограничного слоя вихря. В результате индуктивно-емкостный резонанс передатчика и реактивные максимумы емкостного зарядного тока проводятся по резонирующему каналу. Энергия на поддержание вращения вихревого канала забирается из окружающей среды. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ передачи электроэнергии, включающий перенос электрической энергии от источника к приемнику, отличающийся тем, что по линии между источником и приемником электроэнергии формируют, по крайней мере, один вихревой канал из текучей окружающей среды, вращающийся вокруг продольной оси с частотой в приграничной зоне уплотнения, равной частоте электромагнитного резонанса трансформаторов Тесла на передающем и приемном концах, переносящим реактивный ток резонансных максимумов от передатчика к приемнику, преобразующему энергию электромагнитных колебаний в активный ток для полезного использования.2. Устройство для передачи электрической энергии, содержащее удаленные высокочастотный источник и приемник электроэнергии, отличающееся тем, что источник и приемник включают трансформаторы Тесла, настроенные в резонанс с вращающимся вихревым каналом между ними, формируемым осевыми завихрителями среды, расположенными на оси в фокусе контактных полусфер, которые соединены со вторичными высоковольтными обмотками приемника и передатчика, причем осевые завихрители, имеют радиальные крученые лопасти, ориентированные под углом атаки 80° в центре и -10° на периферии, приводятся в одностороннее вращение стартовыми двигателями.