УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ (Варианты) Российский патент 2017 года по МПК H02J50/30 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам и способам беспроводной передачи электрической энергии.

Известны устройства и способы беспроводной передачи электрической энергии в атмосфере путем создания проводящего канала из ионов воздуха с помощью лазера (Пат. РФ №2143775, БИ 1999, №36, Пат. РФ №2161850, БИ 2001, №1) или микроволнового высоковольтного генератора (Пат. РФ №2310964, БИ 2007, №32) и передачи по проводящему каналу электрической энергии с помощью передающего и приемного трансформаторов Тесла.

Недостатком известных методов и устройств является необходимость использования лазеров и микроволновых генераторов для ионизации воздуха и создания проводящего канала.

Известен способ и устройство для беспроводной передачи электрической энергии путем создания проводящего канала с помощью ускорителя электронов и передачи электрической энергии по электронному лучу с помощью трансформаторов Тесла (Пат. РФ №2183376, БИ 2002, №16).

Недостатком известного способа и устройства является ограниченное расстояние передачи энергии в атмосфере из-за поглощения электронного пучка молекулами воздуха.

Задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства для беспроводной передачи электрической энергии в атмосфере без использования лазеров, микроволновых генераторов и электронных ускорителей для создания проводящего канала.

Технический результат заключается в повышении эффективности и надежности беспроводной передачи электрической энергии и снижении стоимости устройства и передаваемой электрической энергии.

Технический результат достигается тем, что в устройстве передачи электрической энергии, содержащем источник энергии, преобразователь частоты, передающий и приемный трансформатор Тесла, формирователь проводящего канала, соединенный с высоковольтным выводом передающего трансформатора Тесла, приемный экран, соединенный с проводящим каналом и с приемным трансформатором Тесла, инвертор и нагрузку, формирователь проводящего канала выполнен в виде электроизолированного параболического отражателя из электропроводящего материала и цилиндрического металлического электрода, установленного вокруг фокальной области параболического отражателя и соединенного с трансформатором Тесла, ось цилиндрического электрода совпадает с фокальной осью параболического отражателя, с осью проводящего канала и с центром приемного экрана, а напряжение на цилиндрическом электроде составляет 0,7-50 млн. В при частоте 1-100 кГц.

В варианте устройства передачи электрической энергии формирователь канала выполнен из алюминия.

В варианте устройства передачи электрической энергии, содержащем источник энергии, преобразователь частоты, передающий и приемный трансформаторы Тесла, формирователь проводящего канала, соединенный с высоковольтным выводом передающего трансформатора Тесла, приемный экран, соединенный с проводящим каналом и с приемным трансформатором Тесла, инвертор и нагрузку, формирователь проводящего канала выполнен в виде электроизолированного фокусирующего параболического отражателя из электропроводящего материала и электроизолированного цилиндрического металлического электрода, установленного вокруг фокальной области параболического отражателя, диаметр цилиндрического электрода равен диаметру параболического отражателя, а ось цилиндрического электрода совпадает с фокальной осью параболического отражателя и с центром приемного экрана, между высоковольтным выводом передающего трансформатора Тесла и формирователем проводящего канала установлен диодный блок из двух встречно включенных диодных цепей с общим входом, соединенным с высоковольтным выводом вторичной обмотки передающего трансформатора Тесла, вывод диодной цепи с отрицательным потенциалом соединен с параболическим отражателем, а вывод диодной цепи с положительным потенциалом соединен с цилиндрическим электродом, напряжение между параболическим отражателем и цилиндрическим электродом составляет 0,7-50 млн. В.

В варианте устройства передачи электрической энергии формирователь проводящего канала выполнен из алюминия.

Технический результат достигается также тем, что в способе передачи электрической энергии путем создания проводящего канала из ионизированных молекул воздуха между формирователем проводящего канала и приемным экраном, соединения формирователя проводящего канала с высоковольтным выводом передающего трансформатора Тесла и приемного экрана с высоковольтным выводом принимающего трансформатора Тесла и передачи электрической энергии по проводящему каналу от источника энергии между повышающим и понижающим трансформаторами Тесла к нагрузке, на формирователь проводящего канала подают напряжение 0,7-50 млн. В с резонансной частотой f₀=1-100 кГц и создают в формирователе проводящего канала поток электронов, γ-квантов и других ядерных частиц, ионизируют молекулы воздуха в проводящем канале диаметром 0,5-5 мм, длиной 5-500 км, передают по проводящему каналу электрическую энергию на приемный экран и высоковольтный вывод понижающего трансформатора Тесла, преобразуют электрическую энергию по напряжению и частоте в инверторе и передают в нагрузку.

В варианте способа передачи электрической энергии путем создания проводящего канала из ионизированных молекул воздуха между формирователем проводящего канала и приемным экраном, соединения формирователя проводящего канала с высоковольтным выводом передающего трансформатора Тесла и приемного экрана с высоковольтным выводом принимающего трансформатора Тесла и передачи электрической энергии по проводящему каналу от источника энергии между повышающим и понижающим трансформаторами Тесла к нагрузке, высоковольтный вывод передающего трансформатора Тесла соединяют с общим входом диодного блока из двух встречно включенных диодных цепей. Формирователь проводящего канала выполняют в виде фокусирующего параболического отражателя и цилиндрического электрода, установленного соосно вокруг фокальной области параболического отражателя, изолированных друг от друга, диодную цепь с отрицательным потенциалом соединяют с параболическим отражателем, а диодную цепь с положительным потенциалом соединяют с цилиндрическим электродом, создают между параболическим отражателем и цилиндрическим электродом разность потенциалов 0,7-50 млн. В, создают в формирователе проводящего канала поток электронов, γ-квантов и других ядерных частиц, ионизируют молекулы воздуха в проводящем канале диаметром 0,5-5 мм, длиной 5-500 км, передают по проводящему каналу электрическую энергию на приемный экран и высоковольтный вывод понижающего трансформатора Тесла, преобразуют электрическую энергию по напряжению и частоте в инверторе и передают в нагрузку.

Изобретение иллюстрируется на фиг. 1, 2, где на фиг. 1 показана блок-схема устройства и способа передачи электрической энергии с использованием переменного тока высокого напряжения и частоты. На фиг. 2 - блок-схема устройства и способа передачи электрической энергии с использованием выпрямленного тока высокого напряжения.

Устройство для беспроводной передачи электрической энергии на фиг. 1 содержит источник питания 1, преобразователь частоты 2, передающий трансформатор Тесла 3 с резонансным контуром 4, состоящим из индуктивности L₁ первичной обмотки 5 и емкости С₁ 6. Резонансная частота контура 4 . Высоковольтный вывод 7 вторичной обмотки 8 передающего трансформатора Тесла 3 соединен с цилиндрическим металлическим электродом 9 формирователя 10 проводящего канала 11, установленным вокруг фокальной области 12 параболического отражателя 13 из электропроводящего материала. Ось 14 цилиндрического электрода 9 совпадает с фокальной осью 15 параболического отражателя 13, осью 16 проводящего канала 11 и центром 17 приемного экрана 18, установленного в конце проводящего канала 11. Диаметра D₁ цилиндрического электрода 9 равен диаметру D₂ параболического отражателя 13. Приемный экран 18 соединен с высоковольтным выводом высоковольтной обмотки 20 приемного трансформатора Тесла 21. Низкопотенциальный вывод 22 вторичной обмотки 8 передающего трансформатора Тесла 3 и низкопотенциальный вывод 23 высоковольтной обмотки 20 приемного трансформатора Тесла 21 соединен с землей 24 или с уединенной емкостью 25. Резонансный контур 26 приемного трансформатора Тесла 21 состоит из индуктивности L₂ низковольтной обмотки 27 и емкости С₂ 28. Резонансная частота контура 26 равна резонансной частоте f₁ контура 4, f₁=f₂. Резонансный контур 26 соединен с инвертором 29 и нагрузкой 30.

Устройство для беспроводной передачи электрической энергии на фиг.2 содержит диодный блок 31 из двух встречно включенных диодных цепей 32 и 33 с общим входом 34, соединенным с высоковольтным выводом 7 вторичной обмотки 8 передающего трансформатора Тесла 3. Вывод 35 диодной цепи 32 с отрицательным потенциалом соединен с параболическим отражателем 13, а вывод 36 диодной цепи 33 с положительным потенциалом соединен цилиндрическим диодом 9 формирователя 10 проводящего канала 11.

Способ передачи электрической энергии реализуется следующим образом. При подаче на цилиндрический электрод 9 (фиг. 1) напряжения более 1 млн. В с частотой 1-100 кГц, равной резонансной частоте контура 4 , в формирователе 10 проводящего канала 11 создают поток электронов, γ-квантов и других ядерных частиц с высокой энергией, которые ионизируют молекулы воздуха в проводящем канале 11 диаметром 0,5-5 мм, длиной 5-500 км. Электрическую энергию передают в резонансном режиме на повышенной частоте f₁=f₂ между передающим 3 и приемным трансформаторами Тесла через формирователь 10, проводящий канал 11 и экран 17. Электрическую энергию уменьшают по напряжению в приемном трансформаторе 21, согласуют по частоте f₁=f₂ в резонансном контуре 26, изменяют по частоте в инверторе 29 и передают в нагрузку 30.

В способе передачи электрической энергии с использованием выпрямленного тока (фиг. 2) проводящий канал 11 формируют путем ускорения и фокусировки электронов и других заряженных частиц в формирователе 10 проводящего канала 11 с помощью передающего резонансного трансформатора Тесла 3 и диодного блока 31, для этого диодную цепь 32 с отрицательным потенциалом соединяют с параболическим отражателем 13, а диодную цепь 33 с положительным потенциалом соединяют с цилиндрическим электродом 9, который устанавливают вокруг фокальной области 12 параболического отражателя 13. В известных устройствах для формирования проводящего канала используют лазеры, электронные пушки и микроволновые генераторы.

В отличие от известных способов и устройств в предлагаемом способе и устройстве для беспроводной передачи электрической энергии, электрическую энергию высокого потенциала более 1 млн. В и высокой частоты от передающего трансформатора Тесла 3 используют как для формирования проводящего канала 11, так и для передачи электрической энергии по проводящему каналу 11 на приемный трансформатор Тесла 21 и через инвертор 29 к нагрузке 30. Это повышает эффективность и надежность способа и устройства для беспроводной передачи электрической энергии и снижает стоимость устройства и передаваемой электроэнергии.

Способ и устройство для беспроводной передачи электрической энергии могут быть использованы для электроснабжения удаленных объектов в труднодоступной местности, например в горах, а также для передачи электрической энергии на движущиеся объекты в воздухе и в океане на расстояние до 500 км.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к беспроводной передачи электрической энергии. Задачей настоящего изобретения является устройства для беспроводной передача электрической энергии в атмосфере. Технический результат заключается в повышении эффективности и надежности беспроводной передачи электрической энергии. Технический результат достигается тем, что формирователь проводящего канала выполнен в виде электроизолированного параболического отражателя из электропроводящего материала и цилиндрического металлического электрода, установленного вокруг фокальной области параболического отражателя и соединенного с трансформатором Тесла, ось цилиндрического электрода совпадает с фокальной осью параболического отражателя, с осью проводящего канала и с центром приемного экрана, а напряжение на цилиндрическом электроде составляет 0,7-50 млн. В при частоте 1-100 кГц. В другом варианте устройства формирователь проводящего канала выполнен в виде электроизолированного фокусирующего параболического отражателя из электропроводящего материала и электроизолированного цилиндрического металлического электрода, установленного вокруг фокальной области параболического отражателя, диаметр цилиндрического электрода равен диаметру параболического отражателя, а ось цилиндрического электрода совпадает с фокальной осью параболического отражателя и с центром приемного экрана, между высоковольтным выводом передающего трансформатора Тесла и формирователем проводящего канала установлен диодный блок из двух встречно включенных диодных цепей с общим входом, соединенным с высоковольтным выводом вторичной обмотки передающего трансформатора Тесла, вывод диодной цепи с отрицательным потенциалом соединен с параболическим отражателем, а вывод диодной цепи с положительным потенциалом соединен с цилиндрическим электродом, напряжение между параболическим отражателем и цилиндрическим электродом составляет 0,7-50 млн. В. Технический результат достигается также тем, что в способе передачи электрической энергии на формирователь проводящего канала подают напряжение 0,7-50 млн. В с резонансной частотой f₀=1-100 кГц и создают в формирователе проводящего канала поток электронов, γ-квантов и других ядерных частиц, ионизируют молекулы воздуха в проводящем канале диаметром 0,5-5 мм, длиной 5-500 км, передают по проводящему каналу электрическую энергию на приемный экран и высоковольтный вывод понижающего трансформатора Тесла, преобразуют электрическую энергию по напряжению и частоте в инверторе и передают в нагрузку. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство передачи электрической энергии, содержащее источник энергии, преобразователь частоты, передающий и приемный трансформатор Тесла, формирователь проводящего канала, соединенный с высоковольтным выводом передающего трансформатора Тесла, приемный экран, соединенный с проводящим каналом и с приемным трансформатором Тесла, инвертор и нагрузку, отличающееся тем, что формирователь проводящего канала выполнен в виде электроизолированного параболического отражателя из электропроводящего материала и цилиндрического металлического электрода, установленного вокруг фокальной области параболического отражателя и соединенного с трансформатором Тесла, ось цилиндрического электрода совпадает с фокальной осью параболического отражателя, с осью проводящего канала и с центром приемного экрана, а напряжение на цилиндрическом электроде составляет 0,7-50 млн. В при частоте 1-100 кГц.

2. Устройство передачи электрической энергии по п. 1, отличающееся тем, что формирователь канала выполнен из алюминия.

3. Устройство передачи электрической энергии, содержащее источник энергии, преобразователь частоты, передающий и приемный трансформаторы Тесла, формирователь проводящего канала, соединенный с высоковольтным выводом передающего трансформатора Тесла, приемный экран, соединенный с проводящим каналом и с приемным трансформатором Тесла, инвертор и нагрузку, отличающееся тем, что формирователь проводящего канала выполнен в виде электроизолированного параболического отражателя из электропроводящего материала и электроизолированного цилиндрического металлического электрода, установленного вокруг фокальной области параболического отражателя, диаметр цилиндрического электрода равен диаметру параболического отражателя, а ось цилиндрического электрода совпадает с фокальной осью параболического отражателя и с центром приемного экрана, между высоковольтным выводом передающего трансформатора Тесла и формирователем проводящего канала установлен диодный блок из двух встречно включенных диодных цепей с общим входом, соединенным с высоковольтным выводом вторичной обмотки передающего трансформатора Тесла, вывод диодной цепи с отрицательным потенциалом соединен с параболическим отражателем, а вывод диодной цепи с положительным потенциалом соединен с цилиндрическим электродом, напряжение между параболическим отражателем и цилиндрическим электродом составляет 0,7-50 млн. В.

4. Устройство передачи электрической энергии по п. 3, отличающееся тем, что формирователь проводящего канала выполнен из алюминия.

5. Способ передачи электрической энергии путем создания проводящего канала из ионизированных молекул воздуха между формирователем проводящего канала и приемным экраном, соединения формирователя проводящего канала с высоковольтным выводом передающего трансформатора Тесла и приемного экрана с высоковольтным выводом принимающего трансформатора Тесла и передачи электрической энергии по проводящему каналу от источника энергии между повышающим и понижающим трансформаторами Тесла к нагрузке, отличающийся тем, что на формирователь проводящего канала подают напряжение 0,7-50 млн. В с резонансной частотой f₀=1-100 кГц и создают в формирователе проводящего канала поток электронов, γ-квантов и других ядерных частиц, ионизируют молекулы воздуха в проводящем канале диаметром 0,5-5 мм, длиной 5-500 км, передают по проводящему каналу электрическую энергию на приемный экран и высоковольтный вывод понижающего трансформатора Тесла, преобразуют электрическую энергию по напряжению и частоте в инверторе и передают в нагрузку.

6. Способ передачи электрической энергии путем создания проводящего канала из ионизированных молекул воздуха между формирователем проводящего канала и приемным экраном, соединения формирователя проводящего канала с высоковольтным выводом передающего трансформатора Тесла и приемного экрана с высоковольтным выводом принимающего трансформатора Тесла и передачи электрической энергии по проводящему каналу от источника энергии между повышающим и понижающим трансформаторами Тесла к нагрузке, отличающийся тем, что высоковольтный вывод передающего трансформатора Тесла соединяют с общим входом диодного блока из двух встречно включенных диодных цепей, формирователь проводящего канала выполняют в виде фокусирующего параболического отражателя и цилиндрического электрода, установленного соосно вокруг фокальной области параболического отражателя, изолированных друг от друга, диодную цепь с отрицательным потенциалом соединяют с параболическим отражателем, а диодную цепь с положительным потенциалом соединяют с цилиндрическим электродом, создают между параболическим отражателем и цилиндрическим электродом разность потенциалов 0,7-50 млн. В, создают в формирователе проводящего канала поток электронов, γ-квантов и других ядерных частиц, ионизируют молекулы воздуха в проводящем канале диаметром 0,5-5 мм, длиной 5-500 км, передают по проводящему каналу электрическую энергию на приемный экран и высоковольтный вывод понижающего трансформатора Тесла, преобразуют электрическую энергию по напряжению и частоте в инверторе и передают в нагрузку.