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

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 Н02К 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 заявляемого изобретения является 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 магнитного потока замкнутого магнитопровода, выполненного из диэлектрического ферромагнитного материала, с ортогональным ему вектором напряженности электрического поля в диэлектрическом магнитопроводе, действующего между металлическими обкладками, охватывающими внешнюю и внутреннюю поверхности замкнутого магнитопровода.

Изобретение иллюстрируется чертежом.

На фиг. 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 диэлектрического ферромагнитного материала, с обмоткой возбуждения 3, соединенной с клеммами переменного напряжения источника электроэнергии 1. На внутренней и внешней поверхностях магнитопровода 2 расположены металлические обкладки соответственно 4 и 5 в виде полос, охватывающих эти поверхности. Обкладки 4, 5 соединены с клеммами переменного напряжения источника электроэнергии 1.

Работает устройство следующим образом. С помощью обмотки 3, подключенной к клеммам напряжения источника электроэнергии 1, в магнитопроводе 2 возбуждают магнитное поле с вектором магнитного потока:

Ф=U_ф/wω→{В·с],

где U_ф - напряжение на обмотке возбуждения вектора магнитного потока, В; w -число витков в обмотке; ω=2πf - циклическая рабочая частота источника электроэнергии, рад/с; f - рабочая частота источника электроэнергии переменного тока, Гц.

Под действием переменного напряжения источника электроэнергии 1 между металлическими обкладками 5 и 4, охватывающими внешнюю и внутреннюю поверхности магнитопровода 2, создают в диэлектрической среде магнитопровода вектор напряженности электрического поля в диэлектрическом магнитопроводе:

E=U·ε→[В-Ф/м]

где U - напряжение между обкладками, В; ε - диэлектрическая проницаемость магнитопровода, Ф/м.

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

Ft=[Ф×Е]→[В·с×В·Ф/м]=[Н·с], который за интервал времени t=1 секунда воздействует 2f раз на транспортное средство (на чертеже не показано), снабженное данной магнитной цепью, и движет транспортное средство в направлении вектора импульса силы Ft.

При инвертировании фазы одной из электрических величин: напряжения для возбуждения магнитного потока или напряжения, между обкладками 4, 5 соответствующий вектор и вектор импульса силы инвертируются, а транспортное средство начинает двигаться в направлении, противоположном первоначальному.

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

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании аэрокосмических транспортных средств и аппаратов, а также приводов наземного транспорта. Электродинамическую тягу в направлении вектора импульса силы, создают взаимодействием вектора магнитного потока замкнутого магнитопровода, выполненного из диэлектрического ферромагнитного материала, с ортогональным ему вектором напряженности электрического поля. Указанное взаимодействие осуществляется в диэлектрическом магнитопроводе между обкладками, охватывающими внешнюю и внутреннюю поверхности замкнутого магнитопровода. Технический результат состоит в повышении тягового усилия и к.п.д. за счет уменьшения потерь электроэнергии. 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 магнитного потока замкнутого магнитопровода, выполненного из диэлектрического ферромагнитного материала, с ортогональным ему вектором напряженности электрического поля в диэлектрическом магнитопроводе, между металлическими обкладками, охватывающими внешнюю и внутреннюю поверхности замкнутого магнитопровода.