Способ создания электродинамической тяги
Владельцы патента RU 2510566:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэродинамический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) (RU)
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании аэрокосмических транспортных средств и аппаратов, а также приводов наземного транспорта. Технический результат - уменьшение потерь электроэнергии, увеличение тягового усилия, повышение КПД. В способе обеспечивают взаимодействие электрических зарядов, создаваемых под действием напряжения источника электроэнергии переменного тока в области электродов, количество которых кратно двум, установленных перпендикулярно торцевым поверхностям внутри замкнутого токопровода, заполненного электропроводящей средой - проводником второго рода, с вектором напряженности электрического поля, созданного между металлическими обкладками, попарно установленными на торцевых поверхностях замкнутого токопровода в области каждого из электродов. 1 ил.
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 составляющих электромагнитного процесса 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 составляющих электромагнитного процесса согласно изобретению обеспечивают взаимодействие электрических зарядов, создаваемых под действием напряжения источника электроэнергии переменного тока в области электродов, количество которых кратно двум, установленных перпендикулярно торцевым поверхностям внутри замкнутого токопровода, заполненного электропроводящей средой - проводником второго рода, с вектором напряженности электрического поля, созданного между металлическими обкладками, попарно установленными на торцевых поверхностях замкнутого токопровода в области каждого из электродов.
Изобретение иллюстрируется чертежом.
На фигуре показано устройство, с помощью которого может быть реализован предлагаемый способ.
Устройство содержит источник электроэнергии 1 с инвертором фазы 2, замкнутый токопровод 3, заполненный электропроводящим материалом 4, представляющим собой проводник второго рода. Внутри токопровода 3 перпендикулярно торцевым поверхностям установлено четное количество электродов 5, при этом соседние электроды соединены с противоположными клеммами напряжения источника электроэнергии 1 переменного тока. На торцевых поверхностях токопровода 3 напротив электродов 5 попарно установлены металлические обкладки 6, причем эти противостоящие обкладки соединены с противоположными клеммами напряжения инвертора фазы 2 источника электроэнергии 1, а соседние обкладки 6, расположенные на одной торцевой поверхности, установленные напротив соседних электродов 5 соединены с клеммами инвертора 2 в противофазе. Токопровод 3 установлен в опоре 7 с возможностью его поворота вокруг оси опоры.
Способ осуществляется следующим образом. За счет энергии источника электроэнергии 1 под действием напряжения между электродами 5 протекает электрический ток, создавая объемный электрический заряд в области электродов, при этом в области соседних электродов образуются электрические заряды противоположного знака, равные q=UI·γ·l·τ [В·с·м/Ом·м=Кл].
Под действием напряжения от инвертора фазы 2 создаем между металлическими обкладками 6 электрическое поле напряженностью Е=UE/d [В/м].
В результате воздействия на заряды q вектора Е, изменяющегося с циклической рабочей частотой (ω=2πf) источника электроэнергии 1 переменного тока, получаем электродинамический вектор импульса силы Ft=[Е×q]τ→[В/м×Кл·с]=[Н·с] (длительностью τ=1/2f=π/ω), который за интервал времени t=1 секунда воздействует 2f раз на транспортное средство (на чертеже не показано), снабженное данным электродинамическим движителем, и движет транспортное средство в направлении вектора импульса силы Ft.
Здесь: 1/2f=τ - длительность импульса силы, с, и f - рабочая частота источника электроэнергии переменного тока, Гц;
UI и UE - напряжение между электродами 5 и напряжение на металлических обкладках 6, В, соответственно;
ν - электропроводимость материала токопровода 3, 1/ Ом·м;
d и 1 - расстояние между обкладками и расстояние между электродами, м, соответственно.
При направлении векторов Е и Ft, указанном на схеме, транспортное средство будет двигаться в направлении вектора импульса силы Ft, например, «вперед». При инвертировании фазы напряжения инвертором 2, вектор Е и вектор импульса силы Ft инвертируются, а транспортное средство начнет двигаться в направлении, противоположном первоначальному - «назад». При установке токопровода 3 в опорах 7 под заданным углом к горизонту транспортное средство будет двигаться под соответствующим углом к горизонту
Электрическое сопротивление материала токопровода 3 может быть в десятки раз меньше электрического сопротивления зазора в магнитопроводе индуктора прототипа, что соответствующим образом уменьшает потери электроэнергии, увеличивает тяговое усилие (вектор импульса силы) и повышает КПД предлагаемого способа по сравнению с прототипом.
Способ создания электродинамической тяги в направлении вектора импульса силы преобразованием электроэнергии источника переменного тока путем взаимодействия составляющих электромагнитного процесса, отличающийся тем, что обеспечивают взаимодействие электрических зарядов, создаваемых под действием напряжения источника электроэнергии переменного тока в области электродов, количество которых кратно двум, установленных перпендикулярно торцевым поверхностям внутри замкнутого токопровода, заполненного электропроводящей средой - проводником второго рода, с вектором напряженности электрического поля, созданного между металлическими обкладками, попарно установленными на торцевых поверхностях замкнутого токопровода в области каждого из электродов.
