Способ создания электродинамической тяги
Владельцы патента RU 2510567:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнёва" (СибГАУ) (RU)
Изобретение относится к области электротехники, касается способов создания электродинамической тяги и может быть использован при создании аэрокосмических транспортных средств и аппаратов, а также приводов наземного транспорта. Электродинамическую тягу в направлении вектора импульса силы согласно данному изобретению создают взаимодействием вектора магнитной индукции замкнутого магнитопровода, выполненного из электропроводящего ферромагнитного материала, с ортогональным ему вектором тока проводимости, протекающего между электродами, охватывающими внешнюю и внутреннюю поверхности замкнутого магнитопровода. Технический результат - увеличение тягового усилия, повышение КПД за счет уменьшения потерь электроэнергии. 2 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, использованный 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 между шинами 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 H02K 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 воздействия магнитного поля в магнитопроводе индуктора и электрического тока согласно изобретению обеспечивают взаимодействие вектора магнитной индукции замкнутого магнитопровода, выполненного из электропроводящего ферромагнитного материала, с ортогональным ему вектором тока проводимости, протекающего между электродами, охватывающими внешнюю и внутреннюю поверхности замкнутого магнитопровода.
Изобретение иллюстрируется чертежом.
На фиг.1 показано устройство, с помощью которого может быть реализован предлагаемый способ.
На фиг.2 приведено графическое изображение эпюр токов, напряжений и переменных векторных величин, создающих вектор импульса силы.
Устройство представляет собой магнитную цепь, состоящую из источника электроэнергии 1 переменного тока и замкнутого магнитопровода 2, выполненного из электропроводящего ферромагнитного материала, с обмоткой возбуждения 3, соединенной с клеммами переменного тока источника электроэнергии 1. На внутренней и внешней поверхностях магнитопровода 2 расположены электроды соответственно 4 и 5 в виде полос, охватывающих эти поверхности. Электроды 4, 5 соединены с клеммами переменного напряжения источника электроэнергии 1.
Работает устройство следующим образом. С помощью обмотки 3, подключенной к клеммам тока источника электроэнергии 1, в магнитопроводе 2 возбуждают магнитное поле с вектором индукции (фиг.2, эпюра 2)
B=IBejωtw·µ/l
где IBejωt - сила тока в обмотке возбуждения, изменяющаяся по синусоидальному закону, А (фиг.2, эпюра 1); ejωt=cos ωt+j sin ωt - множитель гармонической функции колебаний (формула Эйлера); w - число витков в обмотке; µ - магнитная проницаемость магнитопровода, Ом·с/м; l - длина магнитного контура, м.
Под действием переменного напряжения источника электроэнергии 1 между электродами 5 и 4, охватывающими внешнюю и внутреннюю поверхности магнитопровода 2, создают в электропроводящей среде магнитопровода вектор тока проводимости (фиг.2, эпюра 4),
I=Uejωt·S·γ,
где Uejωt - напряжение между электродами, изменяющееся по синусоидальному закону, В (фиг.2; эпюра 3); S - средняя площадь электродов, расположенных на внешней и внутренней поверхностях магнитопровода, м2; γ - удельная электропроводимость магнитопровода, 1/Ом·м.
В результате взаимодействия ортогональных векторов В и I, изменяющихся с циклической рабочей частотой (ω=2πf) источника электроэнергии 1 переменного тока, получают электродинамический вектор импульса силы (фиг.2, эпюра 5)
Ft=[В×I]τ=IBejωt·w·µ/l·Uejωt·S·γ=IB-Uej2ωt·W·µ·S·γ/l, 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.
Длительность вектора импульса силы τ=l/2f=π/ω, где f - рабочая частота источника электроэнергии переменного тока, Гц.
При инвертировании фазы одной из возбуждающих величин: тока или напряжения, соответствующий вектор, например напряжения (фиг.2, эпюра 6) и вектор импульса силы (фиг.2, эпюра 7) инвертируются, а транспортное средство начинает двигаться в направлении, противоположном первоначальному.
Магнитная проницаемость ферромагнитного замкнутого магнитопровода магнитной цепи по предлагаемому способу, может быть в сотни раз больше магнитной проницаемости воздушного или безвоздушного зазора в магнитопроводе индуктора прототипа, что соответствующим образом уменьшает потери электроэнергии, увеличивает тяговое усилие и повышает КПД предлагаемого способа.
Способ создания электродинамической тяги в направлении вектора импульса силы преобразованием электроэнергии источника переменного тока путем воздействия магнитного поля магнитопровода индуктора и электрического тока, отличающийся тем, что обеспечивают взаимодействие вектора магнитной индукции замкнутого магнитопровода, выполненного из электропроводящего ферромагнитного материала, с ортогональным ему вектором тока проводимости, протекающего между электродами, охватывающими внешнюю и внутреннюю поверхности замкнутого магнитопровода.
