СПОСОБ СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЯГИ Российский патент 2014 года по МПК H02K51/00 B60L11/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании аэрокосмических транспортных средств и аппаратов, а также приводов наземного транспорта.

Известен способ создания электродинамической тяги, реализованный в электродинамическом движителе (патент RU №2013229, МПК B60L 11/00), сущность которого заключается в том, что электроэнергию источника переменного тока преобразуют в силу тяги путем взаимодействия электрического тока, протекающего в якоре, с магнитной составляющей поля токов смещения, созданных в пространстве между шинами индуктора. При этом сила тяги действует на якорь, расположенный в зазоре магнитопровода индуктора, и движет транспортное средство в направлении вектора импульса силы.

Основными недостатками этого способа являются небольшая сила тяги и низкий КПД из-за больших потерь электроэнергии, вызванных рассеянием электромагнитного процесса на волновом сопротивлении среды между шинами индуктора, в которой расположен якорь.

Наиболее близким по физической сущности является способ создания электродинамической тяги, реализованный в электродинамическом движителе (патент RU №2270513, МПК H02K 51/00) и принятый за прототип. В прототипе электроэнергию источника переменного тока преобразуют в силу тяги взаимодействием магнитного поля в зазоре магнитопровода индуктора с электрическим током в якоре, расположенном в зазоре магнитопровода индуктора и механически не соприкасающимся с магнитопроводом индуктора. За счет силы тяги транспортное средство движется в направлении электродинамического вектора импульса силы.

Магнитопровод существенно уменьшает рассеяние электромагнитного процесса, снижая потери электроэнергии по сравнению с аналогом, но все же в прототипе обеспечивается малое тяговое усилие и низкий КПД, что вызвано потерями электроэнергии на большом магнитном сопротивлении среды в зазоре магнитопровода индуктора, в котором расположен якорь.

Задачей предлагаемого способа является снижение потерь электроэнергии, увеличение тягового усилия и повышение КПД.

Поставленная задача решена тем, что в известном способе создания электродинамической тяги в направлении вектора импульса силы, преобразованием электроэнергии источника переменного тока путем взаимодействия магнитного поля в магнитопроводе индуктора и электрического поля, согласно изобретению, обеспечивают взаимодействие вектора магнитной индукции замкнутого магнитопровода, выполненного из электропроводящего ферромагнитного материала, с ортогональным ему вектором электрического диполя, возникающего в магнитопроводе между электродами, охватывающими внешнюю и внутреннюю поверхности замкнутого магнитопровода.

Изобретение иллюстрируется чертежом.

На фигуре показано устройство, с помощью которого может быть реализован предлагаемый способ.

Устройство представляет собой магнитную цепь, состоящую из источника электроэнергии 1 переменного тока и замкнутого магнитопровода 2, выполненного из электропроводящего ферромагнитного материала, с обмоткой возбуждения 3, соединенной с клеммами тока источника электроэнергии 1. На внутренней и внешней поверхностях магнитопровода 2 расположены электроды, соответственно 4 и 5 в виде полос, охватывающих эти поверхности. Электроды 4, 5 соединены с клеммами переменного напряжения источника электроэнергии 1.

Способ осуществляется следующим образом. С помощью обмотки 3, подключенной к клеммам тока источника электроэнергии 1, в магнитопроводе 2 возбуждают магнитное поле с вектором магнитной индукции:

В=I·w·µ/l→[В·с/м²=А·Ом·с/м²],

где I - сила тока в обмотке возбуждения, A; w - число витков в обмотке; µ - магнитная проницаемость магнитопровода, Ом·с/м; l - длина магнитного контура, м.

Под действием переменного напряжения источника электроэнергии 1, образуют между электродами 4 и 5 в электропроводящей среде магнитопровода электрические диполи:

qr=U·g·τ·r→[Кл·м=В·с·м/Ом].

где U - напряжение на электродах, В;

g - электропроводимость магнитопровода, 1/Ом;

τ - длительность импульса силы, с, τ=1/2f;

f - рабочая частота источника электроэнергии переменного тока, Гц;

r - длина электрического диполя - расстояние между электродами, м;

В результате взаимодействия ортогональных векторов В и q·r, изменяющихся с циклической рабочей частотой (ω=2πf) источника электроэнергии 1 переменного тока, получают электродинамический вектор импульса силы:

Ft=[B×q·r]→[А·Ом·с/м²×В·с·м/Ом]=[Н·с], который за интервал времени t=1 секунда воздействует 2f раз на транспортное средство, обладающее данной магнитной цепью, и движет транспортное средство в направлении вектора импульса силы Ft.

При инвертировании фазы одной из возбуждающих величин, тока или напряжения, соответствующий вектор и вектор импульса силы инвертируются, а транспортное средство начинает двигаться в направлении, противоположном первоначальному.

Магнитное сопротивление электропроводящего ферромагнитного магнитопровода магнитной цепи по предлагаемому способу, может быть в десятки раз меньше магнитного сопротивления воздушного или безвоздушного зазора в магнитопроводе индуктора прототипа, а также электропроводимость магнитопровода 2 существенно больше электропроводимости зазора в магнипроводе индуктора прототипа, что соответствующим образом уменьшает потери электроэнергии, увеличивает тяговое усилие (вектор импульса силы) и повышает КПД предлагаемого способа, по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использован при создании аэрокосмических транспортных средств и аппаратов, а также приводов наземного транспорта. Технический результат - увеличение тягового усилия, повышение КПД за счет уменьшения потерь электроэнергии. Электродинамическую тягу в направлении вектора импульса силы создают взаимодействием вектора магнитной индукции замкнутого магнитопровода, выполненного из электропроводящего ферромагнитного материала, с ортогональным ему вектором электрического диполя, возникающего в электропроводящем магнитопроводе между электродами, охватывающими внешнюю и внутреннюю поверхности замкнутого магнитопровода. 1 ил.

Способ создания электродинамической тяги в направлении вектора импульса силы преобразованием электроэнергии источника переменного тока путем взаимодействия магнитного поля в магнитопроводе индуктора и электрического поля, отличающийся тем, что обеспечивают взаимодействие вектора магнитной индукции замкнутого магнитопровода, выполненного из электропроводящего ферромагнитного материала, с ортогональным ему вектором электрического диполя, возникающего в магнитопроводе между электродами, охватывающими внешнюю и внутреннюю поверхности замкнутого магнитопровода.