Устройство для получения импульса силы, действующей в заданном направлении, путем организации взаимодействия движущихся электрических зарядов

Авторы патента:

H02K99/00 - Электрические машины (измерительные приборы G01; электродинамические реле H01H 53/00; преобразование входной энергии постоянного или переменного тока в выходную энергию требуемого вида H02M 9/00; громкоговорители, микрофоны, адаптеры и подобные электромеханические преобразователи звука H04R)

Владельцы патента RU 2645740:

Фортов Владимир Викторович (RU)

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в обеспечении реализации получения импульса силы, действующей в заданном направлении, и может быть использовано на борту космического аппарата с помощью электрической энергии, вырабатываемой, например, солнечными батареями. Указанные обкладки выполнены в виде незамкнутых проводников, выложенных на плоские диэлектрические основы, электрически изолированы и разведены друг от друга после зарядки конденсаторов и расположены на концах стержней, вращающихся на оси, которая может быть расположена на космическом аппарате. Практически не имеющие внешнего магнитного поля обмотки могут быть расположены на космическом аппарате в области магнитного поля движущихся заряженных обкладок наибольшей напряженности. В процессе вращения стержней с обкладками направление тока в каждой обмотке меняется в моменты времени, близкие к моментам, когда какая-либо одна из проекций силы электромагнитного взаимодействия, возникающей на ее витках, на указанной оси трехмерной системы координат меняет свое направление на противоположное заданному, в результате которого появляются суммарная сила и, соответственно, ее импульс, не равные нулю. 4 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано при освоении космического пространства.

Как известно в настоящее время для управления траекторией полета космического аппарата (КА) используются в основном двигатели, создающие необходимые для маневрирования движущие силы посредством сжигания химического топлива. Однако пополнение запаса этого топлива на аппарате, прежде всего в ходе длительного полета, стоит очень дорого, а иногда и неосуществимо, что сильно ограничивает возможности изменения траектории аппарата. Поэтому целесообразно искать новые способы управления траекторией КА, не имеющие этого недостатка, например, способы на основе получения импульса движущей силы, действующей в заданном направлении, путем организации взаимодействия движущихся электрических зарядов, генерируемых, в частности, имеющейся на КА солнечной батареей.

Один из таких способов приведен в описании изобретения автора «Способ получения импульса силы, действующей в заданном направлении, путем организации взаимодействия движущихся электрических зарядов» [патент Российской Федерации RU 2579764 С1]. Этот способ основан на организации электромагнитного взаимодействия магнитного поля движущихся электрически заряженных тел с практически не имеющим внешнего магнитного поля электрическим тороидом с током, в результате которого суммарная сила взаимодействия, возникающая только на витках этого тороида, не равна нулю. При этом с помощью своевременного изменения направления тока в тороиде может быть обеспечено постоянное действие какой-либо из проекций этой силы на оси трехмерной системы координат и, соответственно, ее импульса в одном (заданном) направлении. Здесь в качестве движущихся заряженных тел используются движущиеся по окружности заряженные обкладки плоских электрических конденсаторов, электрически изолированные и разведенные друг от друга после их зарядки. Научные основания возможности использования именно такого взаимодействия для достижения поставленной цели изложены в описании указанного выше изобретения и в статье [Фортов В.В. Исследования способов расширения маневренных возможностей космических аппаратов. Ж. Космонавтика и ракетостроение, ЦНИИмаш, №3, 2016].

Ниже приводится описание предлагаемого устройства для реализации указанного способа получения импульса силы, действующей в заданном направлении. На фиг. 1 и 2 приведены обозначения и показаны положения частей этого устройства в различные моменты времени его работы.

Так на фиг. 1 показаны стержни 1 с возможностью вращения с помощью электродвигателя вокруг оси 2, расположенной на корпусе космического аппарата. На этих стержнях находятся два плоских электрических конденсатора с обкладками 3 и 4, которые показаны в положении зарядки от какого-либо источника электроэнергии, в частности от солнечной батареи, имеющейся на космическом аппарате. Они расположены параллельно плоскости вращения стержней 1 и имеют возможность перемещения с помощью электроприводов параллельно оси 2, т.е. оси OZ, связанной с космическим аппаратом трехмерной системы координат и вдоль стержней 1. Расположение разноименных зарядов на этих обкладках, накапливаемых в процессе зарядки, показано кружочками с соответствующими знаками внутри. Там же показаны практически не имеющие внешнего магнитного поля отдельные обмотки кольцевых сердечников проводником с током, т.е. в данном случае электрические тороиды 5 из их последовательности, расположенной на космическом аппарате по всей окружности с центром, совпадающим с центром вращения стержней 1. Здесь эти тороиды 5 установлены таким образом, что их плоскости перпендикулярны плоскости вращения стержней 1, а центральные оси симметрии, перпендикулярные их плоскостям, проходят через ось вращения стержней 1 с обкладками 3 и 4.

Каждая обкладка конденсаторов, используемых для осуществления указанного выше взаимодействия, представляет собой незамкнутый проводник 6, выложенный на плоские диэлектрические основы 7. При этом участки проводника не касаются друг друга и не образуют замкнутых петель. Это сделано для ограничения миграции зарядов, находящихся на обкладках, по их поверхностям и ее негативного влияния на магнитные поля движущихся обкладок. Цифрой 8 помечены проводники, соединяющие солнечную батарею и обкладки конденсаторов при их зарядке.

На фиг. 2 изображена схема размещения заряженных обкладок 3 и 4, разведенных друг от друга и перемещенных с помощью электроприводов на концы стержней 1 после зарядки электрических конденсаторов. Т.е. здесь отражена картина взаимодействия обкладок 3 и 4 с тороидами 5 в процессе вращения стержней 1 с угловой скоростью со (угол поворота обозначен буквой β). При этом тороиды 5 находятся между движущимися заряженными обкладками в области их магнитного поля наибольшей напряженности. Пунктиром показаны отдельные линии магнитной индукции этих полей В.

На фиг. 3 приведены зависимости проекции силы электромагнитного взаимодействия, возникающей на витках одного тороида 5 при движении вблизи его заряженных обкладок 3, на ось OZ P_z и ее импульса Imp_z от величины Δβ. Здесь величиной Δβ измеряется угол поворота стержней 1 с обкладками 3 относительно середины тороида 5. Указанные зависимости получены с помощью компьютерной программы расчета, кратко охарактеризованной в статье [Фортов В.В. Некоторые особенности электромагнитного взаимодействия электрических контуров с током. Ж. РАН «Электричество», №6, 2005 г.] и использованной ранее при подготовке материалов заявки на указанный выше способ. Программа позволяет рассчитывать трехмерное магнитное поле, создаваемое проводником произвольной формы с током, и силы, действующие на проводник с током, помещенный в это поле. Она была досконально проверена на известных случаях взаимодействия, и получаемые с ее помощью результаты соответствовали всем положениям существующей теории электромагнетизма, и поэтому использована в данных расчетах.

Изображенные на фиг. 3 сплошными линиями типичные зависимости силы P_z и величины ее импульса Imp_z за время поворота стержней 1 с обкладками 3 вблизи тороида на определенный угол (в данном расчетном случае относительно тороида от Δβ=-15° до Δβ=+15°) показывают, что при постоянном направлении тока в тороиде 5 средняя величина этой силы и, соответственно, ее импульс равны нулю. Понятно, что если в моменты прохождения обкладок вблизи середины тороида 5, т.е. при Δβ≈0°, изменить направление тока в этом тороиде на противоположное, то средняя величина силы P_z и величина импульса Imp_z за то же время поворота стержней не будут равны нулю. Соответствующие этому случаю изменения зависимостей P_z и Imp_z изображены на фиг. 3 пунктиром.

Таким образом, если в процессе вращения стержней 1 с заряженными обкладками 3 и 4 в моменты времени, близкие к моментам, когда силы Р_z в тороидах меняют свое направление на противоположное заданному, с помощью коммутатора направлений тока изменять в них направления этих токов, то сумма сил всех тороидов 5 и ее импульс постоянно будут не равны нулю и действовать в заданном направлении (в данном случае в направлении оси OZ). Зависимости этой суммарной силы и ее импульса от угла β в процессе одного оборота стержней 1 для такого случая приведены на фиг. 4. Указанный импульс силы , постоянно действующей в заданном направлении, может использоваться для управления траекторией космического аппарата.

Что касается сил Р_х и P_z, то расчеты показали, что при одинаковом расстоянии обкладок от тороидов по оси OZ значения этих проекций силы электромагнитного взаимодействия при любом Δβ, т.е. в каждый момент времени, равны нулю.

Возникающий в процессе вращения стержней 1 реактивный крутящий момент, действующий на КА, может парироваться путем установки на него парного количества таких устройств с вращением стержней 1 в противоположных направлениях.

Итак, описанное устройство позволяет получать импульс силы, действующей в заданном направлении, путем организации взаимодействия электрических зарядов, который может быть использован для управления траекторией космического аппарата с помощью электрической энергии, вырабатываемой, например, солнечными батареями. Для этого необходимо, чтобы в нужный момент направление оси вращения стержней 1 с заряженными обкладками совпадало с заданным направлением, требующимся для какого-либо изменения этой траектории, что может быть достигнуто соответствующей ориентацией КА.

Предлагаемое устройство обеспечивает электромагнитное взаимодействие практически не имеющих внешнего магнитного поля обмоток кольцевых сердечников проводником с током с магнитным полем движущихся заряженных обкладок плоских электрических конденсаторов, в результате которого появляются суммарная сила и, соответственно, ее импульс, не равные нулю.

Эти обкладки, электрически изолированные и разведенные друг от друга после зарядки конденсаторов, располагаются на концах стержней с возможностью вращения этих стержней вокруг оси, расположенной на космическом аппарате. Обкладки в целях уменьшения возможности миграции зарядов по ним выполнены в виде незамкнутых проводников, выложенных на плоские диэлектрические основы.

Практически не имеющие внешнего магнитного поля обмотки расположены на космическом аппарате в области магнитного поля движущихся заряженных обкладок наибольшей напряженности. При этом в процессе вращения стержней с обкладками направление тока в каждой обмотке меняется в моменты времени, близкие к моментам, когда какая-либо одна из проекций силы электромагнитного взаимодействия, возникающей на ее витках, на оси связанной с космическим аппаратом трехмерной системы координат меняет свое направление на противоположное заданному.

Устройство для получения импульса силы, действующей в заданном направлении, путем организации взаимодействия движущихся электрических зарядов, содержащее стержни с возможностью их вращения вокруг размещенной на космическом аппарате оси, на которых расположены плоские электрические конденсаторы, параллельные плоскостям вращения стержней, с возможностью разведения их обкладок друг от друга параллельно оси вращения стержней и перемещения по этим стержням, размещенные на космическом аппарате обмотки кольцевых сердечников проводником с током, коммутатор направлений токов в обмотках, а также электродвигатель для вращения стержней и электроприводы для разведения и перемещения обкладок, отличающееся тем, что после зарядки конденсаторов и в процессе вращения стержней их электрически изолированные и разведенные друг от друга обкладки, выполненные в виде незамкнутых проводников, выложенных на диэлектрические основы, находятся на концах стержней таким образом, что указанные обмотки располагаются между ними в области магнитного поля, возникающего при движении заряженных обкладок, наибольшей напряженности, при этом направление тока в каждой обмотке меняется с помощью коммутатора в моменты времени, близкие к моментам, когда какая-либо одна из проекций силы электромагнитного взаимодействия, возникающей на ее витках, на оси связанной с космическим аппаратом трехмерной системы координат меняет свое направление на противоположное заданному.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к многофазным синхронным реактивным электродвигателям, и может быть использовано для привода различных малонагруженных механизмов, работающих на высокой частоте вращения в течение длительного времени.

Компенсатор объемного расширения диэлектрического компаунда погружного электродвигателя // 2644800

Изобретение относится к насосостроению, а именно к погружным скважинным электрическим насосам, и может быть использовано при производстве электродвигателей к ним.

Гибридный магнитопровод статора электромеханических преобразователей энергии // 2644577

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в электромеханических преобразователях энергии автономных объектов. Техническим результатом является повышение надежности, механической прочности, энергоэффективности и минимизация тепловыделений электромеханических преобразователей энергии, повышение КПД электромеханических преобразователей энергии на 1-2%, а также повышенная линейная токовая нагрузка электромеханических преобразователей энергии с внешним жидкостным охлаждением поверхности статора.

Активная часть электрической машины, радиальный магнитный подшипник и способ изготовления радиального магнитного подшипника // 2644570

Изобретение относится к области электротехники, в частности к активной части электрической машины. Технический результат – улучшение магнитных характеристик.

Электрическая машина с рамой // 2644418

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в том, что электрическая машина (1) содержит ротор (4), который установлен с возможностью вращения вокруг проходящей в осевом направлении (3) оси (5) вращения в подшипниковых устройствах (16,17), статор (7) с двумя осевыми концами, воздушный зазор между ротором и статором.

Магнитная система ротора электрической машины // 2644010

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - повышение частоты вращения ротора и уменьшение в нем дополнительных потерь.

Электрическая машина с улучшенным охлаждением // 2643791

Изобретение относится к области электротехники, в частности к охлаждению электрической машины. Технический результат – улучшение охлаждения.

Синхронный генератор в безредукторной ветровой турбине // 2643778

Изобретение относится к синхронному генератору, в частности к многополюсному синхронному кольцевому генератору безредукторной ветровой турбины для генерирования электрического тока.

Ротор для электродвигателя // 2643529

Изобретение относится к области электротехники, в частности к ротору электродвигателя. Технический результат – повышение максимальной частоты вращения и мощности электродвигателя.

Электрическое устройство для аккумулирования электрической энергии инерционным маховиком // 2643347

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении стабильности и к.п.д.

Генератор индукторный // 2645949

Изобретение относится к индукторным сегментным генераторам. Генератор индукторный содержит роторные элементы с валом, статор, элементы крепления и подшипники. Статор выполнен в виде полого прямоугольного профиля, одна сторона которого закреплена на несущем элементе, на противоположной стороне установлен сердечник с рабочей катушкой, а на двух других сторонах расположены постоянные магниты с Г-образными наконечниками. Изобретение направлено на уменьшение массы и габаритов генератора. 2 ил.

Магнитная система ротора с постоянными магнитами и способ ее изготовления // 2646543

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройству роторов электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов. Технический результат – повышение энергетических характеристик. Магнитная система ротора с постоянными магнитами содержит кольцевой цилиндр, состоящий из постоянных магнитов, имеющих однонаправленное намагничивание, выполненное в виде двухполюсной магнитной системы. Внутренняя часть кольцевого цилиндра установлена на внешней части магнитопровода ротора, выполненного из высоколегированной стали. Изготовление заявленной магнитной системы ротора осуществляют путем сборки ненамагниченных заготовок постоянных магнитов в кольцевой цилиндр, затем их намагничивания в однонаправленном диаметральном направлении с возможностью образования двухполюсной магнитной системы с магнитным полем, максимально приближенным к синусоиде на внешней стороне кольцевого цилиндра магнита. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Статор электрогенератора // 2646614

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветроэлектрогенераторам с преимущественно тихоходными колесами. Технический результат - повышение эффективности использования магнитопровода. В статоре электрогенератора, содержащем магнитопроводы, источники магнитного поля, рабочие катушки и крепежные элементы согласно изобретению, источники магнитного поля выполнены в виде колец с немагнитными внутренними вставками с отверстиями, через которые пропущен немагнитный болт с крепежными элементами. 3 ил.

Ротор, имеющий вдающиеся перемычки // 2646851

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – улучшение конструкции ротора. Ротор включает пакет листов, имеющий слои, шихтованные в осевом направлении. Каждый слой имеет несколько листовых областей. При этом имеются барьеры проводимости, которые лежат между граничащими друг с другом листовыми областями. По меньшей мере один барьер проводимости залит неферромагнитной заливочной массой. При этом имеются закрепленные листовые области, которые имеют по меньшей мере по одной вдающейся в заливочную массу перемычке. В каждом слое по меньшей мере одна первая листовая область представляет собой закрепленную листовую область. 6 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

Статор и электрический двигатель // 2646866

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрических двигателях. Техническим результатом является предотвращение электрической коррозии подшипников в отсутствие проводящего элемента, соединяющего вместе вращающийся вал и корпус. Статор для электрического двигателя включает в себя: сердечник статора, включающий в себя ярмо, имеющее кольцевую форму, и множество зубьев, выступающих от внутренней цилиндрической поверхности ярма в радиальном направлении статора; обмотку статора, намотанную вокруг зубьев, причем обмотка статора выполнена с возможностью генерирования вращающегося магнитного поля при подаче на нее тока; компенсирующую обмотку, проходящую в осевом направлении статора в местоположениях со стороны внутренней цилиндрической поверхности и со стороны наружной цилиндрической поверхности ярма. Компенсирующая обмотка намотана вокруг сердечника статора так, чтобы проходить в радиальном направлении статора, пересекать ярмо в местоположениях вне сердечника статора в осевом направлении статора и образовывать один или несколько замкнутых контуров. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 18 ил.

Статор электродвигателя и способы его изготовления // 2647119

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении электродвигателей с постоянными магнитами на роторе. Статор электродвигателя содержит катушечный узел, выполненный из одной или нескольких включенных параллельно катушек индуктивности цилиндрического типа намотки, и цилиндрический магнитопровод с полюсами, расположенными на верхнем и нижнем торцах катушечного узла и выполненными отгибанием навстречу друг другу с обеспечением чередования их полярности. Магнитопровод с полюсами выполнен из полосы из электротехнической стали, согнутой в трубку, на которой размещен указанный катушечный узел, намотка которого выполнена либо на каркасе, либо непосредственно на трубку, по обе стороны которой выполнены полюсы в виде чередующихся выступов и впадин так, что напротив полюса с одной стороны выполнена впадина с другой. Также предложены способы изготовления статора. Технический результат при использовании заявленной группы изобретений состоит в упрощении изготовления и увеличении КПД. 3 н.п. ф-лы, 21 ил.

Электрическая машина с постоянными магнитами и обмотками из высокотемпературного сверхпроводникового материала // 2648677

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для использования в разработках аэрокосмической техники. Технический результат – повышение массоэнергетических характеристик электрической машины. Электрическая машина с постоянными магнитами и ВТСП обмотками содержит корпус, в котором размещен статор, содержащий рейстрековые ВТСП катушки, намотанные ВТСП-2 лентами и расположенные на зубцах из стеклотекстолита. Между катушками статора установлены диамагнитные вставки из массивного высокотемпературного сверхпроводникового материала. Катушки, расположенные на зубцах, установлены на внешнем защитном экране, запрессованном в корпус. Установленный на немагнитном валу машины цилиндрический ротор представляет собой немагнитный пакет, в пазах которого размещены чередующиеся постоянные магниты с радиальной и тангенциальной намагниченностью. В середине магнитных полюсов ротора установлены пластины из массивного высокотемпературного сверхпроводникового материала. На поверхности ротора расположена тонкостенная оболочка из пленочного ВТСП материала. 2 ил.

Охлаждающий зазор полюсного башмака для аксиального двигателя // 2649972

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – улучшение охлаждения полюсных башмаков. Двигатель с аксиальным потоком содержит один или более вращающихся дисков и статор, включающий полость, выполненную между стенками, и содержащий в ней более одного узла электромагнитных катушек. Каждый узел электромагнитных катушек содержит более одного полюсного элемента, каждый из которых имеет аксиально продолжающийся стержневой участок, первый и второй радиально продолжающиеся концевые башмаки и одну или более соответствующих катушек. Каждая из указанных катушек намотана вокруг стержневого участка. Внешняя поверхность упомянутых концевых башмаков присоединена к одной или другой упомянутым стенкам. Указанные башмаки дополнительно содержат теплообменную поверхность, обращенную к катушке, намотанной вокруг стержня. 13 з.п. ф-лы, 10 ил.

Двигатель-маховик // 2650178

Изобретение относится к области электротехники, в частности к двигателям-маховикам, и может использоваться для систем ориентации и стабилизации космических аппаратов. Технический результат – уменьшение массы при сохранении значительного момента инерции индуктора и высокой электромагнитной мощности. Двигатель-маховик содержит якорь с m-фазной обмоткой, где m=2, 3, 4, 5, 6 …. - число фаз обмотки якоря, и индуктор с полюсами. Каждая из фаз состоит из катушек. Индуктор состоит из скрепленных между собой сердечников и намагниченных в осевом направлении постоянных магнитов, расположенных между сердечниками индуктора. При этом якорь и индуктор объединены между собой корпусом из немагнитного материала. Корпус представляет собой полый внутри тор кольцевого сечения. Катушки обмотки якоря закреплены с внешней стороны корпуса, а индуктор расположен внутри корпуса с возможностью вращения. Внутрь корпуса помещена смазка, которая представляет собой магнитную жидкость. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

Электрическая машина, имеющая ротор, охлаждаемый охлаждающим газом // 2650180

Изобретение относится к области электротехники, в частности к охлаждению ротора электрической машины. Технический результат – улучшение охлаждения ротора. Электрическая машина содержит ротор, охлаждаемый посредством охлаждающего газа, и окружающий этот ротор статор, который имеет несколько пакетов шихтованного сердечника. Отдельные пакеты шихтованного сердечника расположены последовательно в осевом направлении, параллельном оси вращения ротора, и отделены друг от друга проточными каналами, которые со стороны ротора открыты для подвода к ротору охлаждающего газа. При этом предусмотрен по меньшей мере один канальный лист, который ограничивает отдельный пакет шихтованного сердечника от проточного канала и имеет обращенный к ротору концевой участок, отклоняющий течение охлаждающего газа, проходящее по проточному каналу, от радиального направления, указывающего к оси вращения. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.