Способ создания движущей силы и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК H02K41/00 F03H5/00 H02N15/00 

Изобретение относится к проблеме создания движущей силы в безопорном пространстве и может использоваться при разработке-двигательных систем, например, автономного типа, применяемых в космической навигации.

Целью изобретения является улучшение тяговых характеристик.

На фиг.1 показана принципиальная схема д&ижителя (его простейший вариант), по- ясняющая принцип возникновения движущей силы; на фиг.2 - зависимость эффективности движителя от размерного фактора контура и фактора смещения оси вращения; на фиг. 3 - зависимость удельной весовой тяги контура от его размерного фактора.

На фигурах приняты следующие обозначения:

L и Н - длина и ширина контура;

ab, cd - верхний и нижний токоиндуци- рующие элементы-стороны контура;

00,0 О -осьсимметрии контура и ось его вращения;

А - смещение оси вращения относительно оси симметрии контура; е L/H - размерный фактор; А/Н - фактор смещения оси вращения; В - индукция внешнего однородного постоянного магнитного поля;

ш- частота вращения контура; i - ток, индуцируемый в контуре; Mi и М2 - моменты сил, действующие соответственно на элементыьконтура ab и с; FA, F и FX- соответственно сила Ампера, движущая сила и проекция движущей силы на ось /

Р - вес контура-движителя;

2

1ЧЭ N ;СЛ

со

К - ключ, коммутатор.

Предложение реализуется следующим образом.

Токопроводящий контур abed помещают во внешнем однородном постоянном магнитном поле и закрепляют на оси О О привода, находящейся со смещением Лот- носительно оси симметрии 00 контура. При вращении последнего с частотой (t) в направлении, показанном стрелкой, в нем индуцируется ток i, направление которого определяется в соответствии с правилом правой руки. В свою очередь на участки ab и cd с током i в магнитном поле В действует сила Ампера FA iUB, под действием которой совершается механическая работа.

Под влиянием указанной силы на .элементы ab и cd констра (в моменты времени, когда плоскость контура будет непараллельной вектору В) будут действовать соответственно различные по величине моменты сил. В положении контура, показанном на фиг.1, которое назовем фазой, это будут моменты Mi FA(H/2 + Д) и М2 Рд(Н/2 - Д). Разность моментов и является причиной возникновения результирующей силы Fx, которая приложена к оси вращения контура и дает импульс для его поступательного движения. Нетрудно видеть, что величина движущей силы зависит от соотношения геометрических размеров контура, положения его оси вращения, величин со и В, а также числа контуров.

В указанном на фиг.1 положении контура FX имеет наибольшую величину. При повороте контура на 90° величина Fx уменьшится до нуля. Если при дальнейшем вращении и переходе в противофазу контур не разорвать путем размыкания его концов, например, с помощью электронного ключа К или иного коммутирующего элемента, то - в результате изменения направления индукционного тока i на противоположное и связанного с этим изменением на противоположное действие движущей силы-контур, испытания действие обратного импульса, вернется в исходное положение. Таким образом, чтобы исключить колебания подвески контура (ею можно считать ось привода) и обеспечить поступательность движения, необходимо токоиндуцирующую цель (контур) периодически при переходах из фазы в противофазу - разрывать, а при переходах из противофазы в фазу - замыкать.

Рассмотрим конкретный пример простейшего варианта движителя, представляющий собой плоский контур-катушку прямоугольной формы длиной 5x10 м, шириной 1x10 м, имеющей 600 витков медной

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

проволоки диаметром м (R 100 ом), концы которой посредством подвижных контактов взаимодействуют с кольцом-прерывателем (не показано).

При вращении такого контура вокруг стороны cd в однородном постоянном магнитном поле В 0,16 Тл с частотой ш 10 Гц величина возникающей движущей силы, приводящей контур в каждой фазе (положительный полупериод) вращения в поступательное движение, достигала, как было определено экспериментально, наибольшего значения 12 г, которое хорошо согласуется с теоретически найденным значением, равным 14,46 г. Для указанного контура его удельная весовая тяга FX/P si1,86, что во много раз превышает величину удельной весовой тяги устройства-прототипа.

В других примерах изменялись геометрические параметры контура, положение оси вращения, значения В, ш , Р. Результаты экспериментальных исследований представлены графически на фиг.2 и 3, из которых можно сделать следующие выводы:

наибольшая удельная весовая тяга развивается в случае, когда Ј .3 (см. фиг.З);

- движущая сила при различных значениях Ј максимальна, когда ДН% 0,3 (см. фиг.2);

- в интервале (О.о) значений я при оптимальном значения А/На 0,3 величина удельного Амперового усилия Гх/Гд 0,5...0,866. Эксперименты также показали, что предлагаемое решение обеспечивает высокий (М)8%) КПД преобразования энергии привода, Для описанного примера величина удельной весовой тяги FX/P (при весе рамки, равном 6,45 г), что во много раз превышает этот показатель у прототипа.

Простота и технологичность конструкции обеспечивает высокую надежность движителя (наработка на отказ - до 105 час) исключает потребность в дефицитных материалах и приборах для управления движением. Предлагаемое решение характеризуется высокой точностью фиксирования величины тяги Д FX/FX 0,01%. При этом надо отметить, что характер движения существенно улучшается, если движитель выполнен в виде ротора, содержащего систему идентичных контуров, закрепленных с определенным шагом на единой оси вращения.

OnnqaHHbie преимущества несомненно позволят широко использовать предлагаемое решение при создании различного типа летательных аппаратов для перемещения в условиях пониженной гравитации и невесомости.

Формула изобретения

1. Способ создания движущей силы, основанный на взаимодействии индуцируемого во вращающемся контуре электрического тока с внешним магнитным полем, отличающийся тем, что, с целью улучшения тяговых характеристик, в процессе вращения контура его токоиндуцирующие элемен- ты перемещают с различными тангенциальными скоростями, причем при переходах контура в противофазу индуци- рование тока в нем прерывают.

2. Устройство для создания движущей силы, включающее по меньшей мере один

0

токопроводящий контур, привод контура во вращение, отличающееся тем, что, с целью улучшения тяговых характеристик, контур выполнен в виде прямоугольника с возможностью его периодического размыкания и замыкания, а ось привода смещена параллельно оси симметрии контура и расположена в плоскости нахождения контура. 3. Устройство по п.2, отличающее- с я тем, что отношение длины контура к его ширине равно 0,2...30,0, а отношение величины смещения оси привода относительно оси симметрии контура к его ширине - 0,003-3,0.

15

Использование: в двигательных системах для перемещения в условиях пониженной гравитации невесомости. Для улучшения тяговых характеристик в.процессе взаимодействия с внешним магнитным .полем токопроводящего контура его токо- индуцирующие элементы перемещают с различными тангенциальными скоростями, а при переходах в противофазы вращения индуцирование тока в нем прерывают. Реализующее данный способ устройство, содержит периодически размыкаемый прямоугольный токопроводящий контур, со смещенной относительно оси симметрии 00 осью привода О1 О1 . 2 с. и 1 з.п.ф-лы. 3 ил, СП С

fe/