Индукционно-ионный двигатель Российский патент 2018 года по МПК H02N11/00 H02N3/00 

Индукционно-ионный двигатель

Изобретение относится к транспортной технике, а именно к двигателям, использующим поток ионов. Индукционно-ионный двигатель может быть использован в различных видах транспортных средств: наземных, надводных, подводных и воздушных.

Известна конструкция ионного двигателя с ионно-оптической системой, в котором ионный двигатель включает в себя корпус ИД, газоразрядную камеру (ГРК), ионно-оптическую систему (ИОС), катод ГРК, анод, катод-нейтрализатор и заземляющий электрод. Корпус ИД выполнен в форме цилиндра с одинаковой толщиной стенок и соединен с заземляющим электродом. ГРК крепится к корпусу в двух местах: через изоляторы на уровне катода ГРК и через изоляторы на уровне ИОС. Крепление ГРК к корпусу ИД с двух противоположных сторон обеспечивает определенную жесткость конструкции, но соединение корпуса ИД с заземляющим электродом, через который передаются нагрузки от ГРК на весь корпус (RU 127511).

Недостатками данного устройства является необходимость повышения требований к жесткости и прочности конструкции корпуса ИД, что, в свою очередь, приведет к увеличению габаритов и массы ИД в целом и ухудшению вибростойкости конструкции, т.е. к снижению надежности.

Известен ионный двигатель, содержащий высокочастотный источник ионов, включающий в себя диэлектрическую камеру с торцевой перфорированной стенкой-анкером и установленную на анкере обмотку возбуждения высокочастотного поля, а также ионно-оптическую систему, образованную ускоряющим и замедляющим электродами с отверстиями (SU 682150).

Недостатками данного устройства являются сложность конструкции, сложность эксплуатации, содержащей большое количество узлов и деталей, что приводит к увеличению габаритов и массы и снижению надежности.

Известен индукционно-ионный двигатель, содержащий индуктор из электромагнитных катушек, последовательно расположенных на стержневом сердечнике, обмотки которых подключены к блоку управления, торец стержневого сердечника соединен с выпуклой стороной отражателя света, причем ось стержневого сердечника и ось отражателя света расположены на одной линии, а в фокусе отражателя света размещен источник ионизирующего излучения (RU 156193, прототип).

Недостатком данного устройства является сложность конструкции, у которой небольшой срок эксплуатации, а также низкие надежность и КПД (коэффициент полезного действия).

Задачей изобретения является создание эффективного индукционно-ионного двигателя с более продолжительным сроком эксплуатации и с более высоким КПД.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, заключается в том, что упрощены конструкция и обслуживание, уменьшены массогабаритные характеристики индукционно-ионного двигателя, а также повышены его долговечность и надежность благодаря обеспечению компактного монтажа в защитном корпусе и отсутствию движущихся частей. Одновременно увеличена мощность индукционно-ионного двигателя и его КПД, то есть индукционно-ионный двигатель совершает увеличенную работу, поскольку с большей силой отталкивается от токопроводящего канала жидкой или газообразной окружающей среды.

Сущность изобретения заключается в том, что индукционно-ионный двигатель содержит индуктор из электромагнитных катушек, последовательно расположенных на стержневом сердечнике, на обмотки которых поступает сигнал управления, торец стержневого сердечника соединен с выпуклой стороной отражателя света, причем ось стержневого сердечника и ось отражателя света расположены на одной линии, а в фокусе отражателя света размещен источник ионизирующего излучения, отличающийся тем, что индукционно-ионный двигатель дополнительно снабжен защитным корпусом, в задней части которого расположен индуктор из электромагнитных катушек, а в передней части защитного корпуса расположен отражатель света, причем к заднему торцу защитного корпуса прикреплена упорная крышка, а к переднему торцу защитного корпуса прикреплена рама с собирательной линзой.

Предпочтительно, защитный корпус имеет форму цилиндра, вдоль переднего и заднего края которого расположены отверстия с резьбой под болты.

Предпочтительно, упорная крышка имеет форму плоского диска с цилиндрическим выступом, который расположен с одной из сторон по краю диска, причем в выступе имеются отверстия под болты.

Предпочтительно, в раме расположена собирательная линза плоско-выпуклой формы, причем плоская сторона линзы обращена к источнику ионизирующего излучения, а выпуклая - наружу.

Предпочтительно, рама имеет форму плоского кольца с цилиндрическим выступом, который расположен с одной из сторон на наружном крае кольца, причем в выступе имеются отверстия под болты.

Предпочтительно, упорная крышка и рама, в которой расположена собирательная линза, прикреплены к торцам защитного корпуса с помощью болтов.

Предпочтительно, собирательная линза изготовлена из кварцевого стекла или другого материала, пропускающего ионизирующее излучение.

Предпочтительно, в защитном корпусе имеется отверстие, через которое подается электропитание на электромагнитные катушки и источник ионизирующего излучения.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема индукционно-ионного двигателя, вид сбоку в разрезе, на фиг. 2 изображена схема работы индукционно-ионного двигателя.

Индукционно-ионный двигатель содержит индуктор из электромагнитных катушек 1, последовательно расположенных на стержневом сердечнике 2, обмотки которых подключены к блоку управления 3. Один торец стержневого сердечника 2 соединен с выпуклой стороной отражателя 4 света (фотонов) таким образом, чтобы ось стержневого сердечника 2 и ось отражателя 4 света лежали на одной линии. В фокусе отражателя 4 света размещен источник 5 ионизирующего излучения, подключенный к источнику питания (не изображен). Отражатель 4 и источник 5 ионизирующего излучения образуют ионно-оптическую систему двигателя. Индукционно-ионный двигатель дополнительно снабжен защитным корпусом 6, в задней части которого расположен индуктор из электромагнитных катушек 1, последовательно расположенных на стержневом сердечнике 2, а в передней части защитного корпуса 6 расположен отражатель 4 света (фотонов), в фокусе которого размещен источник 5 ионизирующего излучения, причем к заднему торцу защитного корпуса 6 прикреплена упорная крышка 7, а к переднему торцу защитного корпуса 6 прикреплена рама 8 с собирательной линзой 9.

Форма отражателя 4 света (фотонов) выполняется плавно вогнутой и может быть выполнена полусферической, параболической или иной другой формы, пригодной для создания направленного потока света (фотонов).

На стержневом сердечнике 2 последовательно может быть расположено от трех и более одинаковых электромагнитных катушек 1.

В качестве блока 3 управления для последовательного подключения и отключения напряжения при подаче сигнала управления на обмотки электромагнитных катушек 1 индуктора может быть использовано устройство, которое последовательно подключает и отключает постоянное напряжение от обмоток электромагнитных катушек 1 индуктора или может быть использован источник переменного многофазного тока.

Защитный корпус 6 имеет форму цилиндра, вдоль переднего и заднего края которого расположены отверстия 11 с резьбой под болты 10. Упорная крышка 7 имеет форму плоского диска с цилиндрическим выступом, который расположен с одной из сторон по краю диска, причем в выступе имеются отверстия 12 под болты 10. В раме 8 расположена собирательная линза 9 плоско-выпуклой формы, причем плоская сторона линзы 9 обращена к источнику 5 ионизирующего излучения, а выпуклая - наружу. Рама 8 имеет форму плоского кольца с цилиндрическим выступом, который расположен с одной из сторон на наружном крае кольца, причем в выступе имеются отверстия 13 под болты 10. Упорная крышка 7 и рама 8, в которой расположена собирательная линза 9, прикреплены к торцам защитного корпуса 6 с помощью болтов 10. Собирательная линза 9 изготовлена из кварцевого стекла или другого материала, пропускающего ионизирующее излучение. В защитном корпусе 6 имеется отверстие 14, через которое подается электропитание на электромагнитные катушки 1 и источник 5 ионизирующего излучения.

На фиг. 2 обозначены параметры, характеризующие работу индукционно-ионного двигателя:

15 - Последовательность подключения и отключения блоком 3 постоянного напряжение от обмоток электромагнитных катушек 1 индуктора, показанная римскими цифрами I, II, III.

16 - Вектор течения тока в электромагнитной катушке 1.

17 - Вектор "бега" магнитного поля индуктора (катушек 1).

18 - Вектор течения индукционных токов в токопроводящем канале 19 среды (жидкой или газообразной).

19 - Направленный поток ионизирующего излучения, т.е. токопроводящий канал в жидкой или газообразной окружающей среде.

20 - Вектор магнитного поля индукционных токов в текучей среде.

21 - Вектор магнитного поля индуктора (катушек 1).

22 - Вектор движения жидкой или газообразной ионизированной среды в токопроводящем канале 19.

23 - Вектор движения индукционно-ионного двигателя.

Индукционно-ионный двигатель работает следующим образом.

Принцип работы индукционно-ионного двигателя основан на электромагнитном взаимодействии узла индуктора 1-3 с токопроводящим каналом 19 жидкой или газообразной среды.

Отражатель 4 света (фотонов), в фокусе которого расположен источник 5 ионизирующего излучения, подключенный к источнику питания, создает в текучей жидкой или газообразной среде направленное ионизирующее излучение, которое ионизирует атомы и молекулы текучей среды. В результате, в жидкой или газообразной среде создается токопроводящий канал 19 (поток ионизирующего излучения). Блок 3 управления, к которому подключены обмотки электромагнитных катушек 1 индуктора, последовательно, начиная с обмотки электромагнитной катушки 1, которая расположена дальше всех от отражателя 4 света (фотонов), подключает и отключает постоянное напряжение от обмоток электромагнитных катушек 1 индуктора, в результате в индукторе образуется постоянное "бегущее" магнитное поле 17, которое "бежит" к токопроводящему каналу 19 среды.

В результате энергия магнитного поля в токопроводящем канале 19 среды возрастает. Возрастание энергии магнитного поля приводит к тому, что в токопроводящем канале 19 среды возникают индукционные токи 18 такого направления, что они своим магнитным полем 20 противодействуют нарастанию энергии магнитного поля 21. Магнитное поле 20 индукционных токов взаимодействует с "бегущим" магнитным полем 17 индуктора.

Линза 9 собирает ионизирующее излучение (поток 19 ионизирующего излучения) в пучок, тем самым увеличивается количество фотонов и количество ионов окружающей текучей среды в единице объема. Линза 9 при этом защищает источник ионизирующего излучения от воздействия окружающей внешней среды.

В результате такого взаимодействия происходит взаимное отталкивание "бегущего" магнитного поля 17 индуктора от магнитного поля 20 индукционных токов 18. И таким образом сердечник 2 индуктора одним концом отталкивается от токопроводящего канала 19 жидкой или газообразной среды, а противоположным концом сердечник 2 упирается в упорную крышку 7, которая прикреплена к заднему торцу защитного корпуса 6.

Из изложенного выше видно, что упрощены конструкция и обслуживание изделия, а также повышены долговечность и надежность индукционно-ионного двигателя благодаря обеспечению компактного монтажа в защитном корпусе и отсутствию движущихся частей.

Одновременно увеличена полезная мощность индукционно-ионного двигателя и его КПД за счет того, что сила электромагнитного взаимодействия между электромагнитным полем токопроводящего канала среды и "бегущим" полем индуктора, то есть индукционно-ионный двигатель совершает увеличенную работу, поскольку с большей силой отталкивается от токопроводящего канала жидкой или газообразной окружающей среды.

Изобретение относится к транспортной технике, а именно к двигателям, использующим поток ионов. Технический результат состоит в повышении срока эксплуатации индукционно-ионного двигателя. Для этого индуктор состоит из электромагнитных катушек, последовательно расположенных на стержневом сердечнике, а отражатель света (фотонов) с источником ионизирующего излучения расположены в защитном корпусе, к заднему торцу которого прикреплена упорная крышка, а к переднему торцу прикреплена рама с собирательной линзой, и таким образом воздействие внешней среды на индукционно-ионный двигатель снижается, в результате чего срок эксплуатации индукционно-ионного двигателя увеличивается. Кроме этого, при помощи защитного корпуса индукционно-ионный двигатель может крепиться к различным видам транспортных средств. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Индукционно-ионный двигатель, содержащий индуктор из электромагнитных катушек, последовательно расположенных на стержневом сердечнике, на обмотки которых поступает сигнал управления, торец стержневого сердечника соединен с выпуклой стороной отражателя света, причем ось стержневого сердечника и ось отражателя света расположены на одной линии, а в фокусе отражателя света размещен источник ионизирующего излучения, отличающийся тем, что индукционно-ионный двигатель дополнительно снабжен защитным корпусом, в задней части которого расположен индуктор из электромагнитных катушек, а в передней части защитного корпуса расположен отражатель света, причем к заднему торцу защитного корпуса прикреплена упорная крышка, а к переднему торцу защитного корпуса прикреплена рама с собирательной линзой.

2. Индукционно-ионный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что защитный корпус имеет форму цилиндра, вдоль переднего и заднего края которого расположены отверстия с резьбой под болты.

3. Индукционно-ионный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что упорная крышка имеет форму плоского диска с цилиндрическим выступом, который расположен с одной из сторон по краю диска, причем в выступе имеются отверстия под болты.

4. Индукционно-ионный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в раме расположена собирательная линза плоско-выпуклой формы, причем плоская сторона линзы обращена к источнику ионизирующего излучения, а выпуклая наружу.

5. Индукционно-ионный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что рама имеет форму плоского кольца с цилиндрическим выступом, который расположен с одной из сторон на наружном крае кольца, причем в выступе имеются отверстия под болты.

6. Индукционно-ионный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что упорная крышка и рама, в которой расположена собирательная линза, прикреплены к торцам защитного корпуса с помощью болтов.

7. Индукционно-ионный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что собирательная линза изготовлена из кварцевого стекла или другого материала, пропускающего ионизирующее излучение.

8. Индукционно-ионный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в защитном корпусе имеется отверстие, через которое подается электропитание на электромагнитные катушки и источник ионизирующего излучения.