Электродинамический движитель

Авторы патента:

H02K51 - Электродинамические устройства для передачи механической энергии от ведущего вала к ведомому валу, содержащие конструктивно сопряженные между собой части, работающие как в режиме двигателя, так и в режиме генератора

Владельцы патента RU 2453972:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) (RU)

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электроэнергетическим и силовым установкам, и может быть использовано в качестве привода для всех видов транспорта - сухопутного, водного, воздушном, космического и других видов. Предлагаемый электродинамический движитель содержит электровакуумный прибор (1), наполненный рабочим веществом, внутри которого расположены электроды электрической дуги (2, 3), управляющие (4), рабочие (6) и поляризующиеся (8) электроды. Индуктор состоит из обмоток - первичной (11), токовой (12) и электрической дуги (13) и магнитопровода (14), в зазоре которого расположен якорь (15), соединенный через трехпозиционный переключатель (16) с токовой обмоткой (12). Концы первичной обмотки (17) соединены с поляризующимися электродами (8) и через последовательные цепи резонансных конденсаторов (9) и со средней точкой (18), которая соединена с катодом (3) и заземлена. Обмотка электрической дуги (13) соединена с электродами электрической дуги (2, 3) через преобразователь напряжения (20), к входу которого подключен источник переменного тока (22). Управляющие (4) и рабочие (6) электроды соединены с последовательными цепями резонансных конденсаторов (9) противофазно поляризующимся (8) электродом. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в увеличении мощности, повышении надежности работы электродинамического движителя, а также в повышении оперативности регулирования режимов работы и управления транспортом. 1 ил.

Изобретение относится к электроэнергетическим и силовым установкам транспортных средств и может быть использовано на сухопутном, водном, воздушном, космическом и других видах транспорта.

Известны мобильные транспортные средства с электрической тягой (Васин В.М. Электрический привод. М., Высшая школа, 1984. - С.6-11), работающие на электроэнергии химических аккумуляторов, солнечных батарей, преобразующие электроэнергию с помощью электродвигателя во вращение колес, лопастей винтов, шнеков и др. Недостатки таких транспортных средств: малая мощность, потери энергии в электродвигателе на вращение его механических частей.

Известен электродинамический движитель (патент RU 2013229, B60L 11/00), содержащий источник переменного тока, индуктор с параллельными шинами, жестко скрепленный с ним якорь с шинами, перпендикулярными шинам индуктора и соединенными с источником переменного тока. Сущность его заключается в том, что электроэнергия источника переменного тока преобразуется непосредственно в движущее транспортный аппарат тяговое усилие, возникающее в якоре, при взаимодействии электрического тока якоря с магнитной составляющей поля токов смещения, создаваемого индуктором. Якорь, жестко закрепленный на транспортном аппарате, движет транспортное средство в направлении тягового усилия. Основной недостаток данного движителя - больше потери электроэнергии на волновом сопротивлении среды между шинами индуктора, поэтому кпд и тяговое усилие малы.

Наиболее близким по физической сущности является электродинамический движитель (патент RU 2270513, Н02К 51/00), содержащий электровакуумный прибор, наполненный рабочим веществом, с расположенными в нем парами электродов - электрической дуги, ортогонального электрического поля и поляризующихся электродов, и индуктор, состоящий из магнитопровода с зазором, в котором размещен якорь, и обмоток индуктора первичной, токовой и электрической дуги, причем токовая обмотка индуктора соединена с якорем, концы первичной обмотки индуктора соединены с поляризующимися электродами электровакуумного прибора и через конденсаторы - со средней точкой этой обмотки, которая соединена с катодом электрической дуги и заземлена, а отводы первичной обмотки индуктора подключены к электродам ортогонального электрического поля противофазно поляризующимся электродам, обмотка электрической дуги индуктора соединена с электродами электрической дуги через преобразователь напряжения, к входу которого подключается внешний источник переменного тока.

Недостатками этого движителя являются относительно малая мощность, порядка 1 кВА, так как невозможно создать напряженность ортогонального электрического поля в 3-5 раз больше напряженности поля электрической дуги, дуга переходит на электроды ортогонального электрического поля. Они разрушаются под действием высокой температуры в электрической дуге, и электродинамический движитель теряет работоспособность. Отсюда низкая надежность работы движителя и длительность регулирования режимами работы движителя. В прототипе регулирование режимами работы осуществляется путем изменения напряжения на электродах ортогонального электрического поля, снимаемого с симметричных отводов относительно заземленной средней точки первичной обмотки индуктора. Для их технической реализации необходимо делать парные проходные изоляторы в индукторе. Такое получение высоких напряжений (более 1000 В) и подача их на электроды ортогонального поля существенно снижают электрическую прочность индуктора и надежность движителя в целом. Выключатель в цепи токовой обмотки прерывает электрический ток якоря и соответственно тяговое усилие движителя. Чтобы изменить направление тягового усилия, необходимо изменить направление электрического тока в якоре. В прототипе это делается переменой соединения концов токовой обмотки к якорю, на что затрачивается определенное время.

Задачей предлагаемого электродинамического движителя является увеличение мощности, повышение надежности работы движителя и оперативности регулирования режимами работы и управлением транспортным средством.

Задача решается тем, что электродинамический движитель, содержащий электровакуумный прибор, наполненный рабочим веществом, с расположенными в приборе парами электродов - электрической дуги, парой управляющих электродов ортогонального электрического поля и парой поляризующихся электродов, и индуктор, состоящий из магнитопровода с зазором, в котором размещен якорь, и обмоток индуктора первичной, токовой и электрической дуги, причем токовая обмотка индуктора подключена к якорю, концы первичной обмотки индуктора соединены с поляризующимися электродами электровакуумного прибора и через конденсаторы - со средней точкой этой обмотки, которая соединена с катодом электрической дуги, и заземлена, обмотка электрической дуги индуктора соединена с электродами электрической дуги через преобразователь напряжения, к входу которого подключается внешний источник переменного тока, дополнительно в движитель введены пара рабочих электродов ортогонального электрического поля, установленных перед поляризующимися электродами электровакуумного прибора, две цепи последовательно соединенных резонансных конденсаторов, включенных между концами первичной обмотки индуктора и ее средней точкой, и трехпозиционный переключатель, соединяющий якорь с токовой обмоткой индуктора, а управляющие электроды и рабочие электроды ортогонального электрического поля соединены с цепями резонансных конденсаторов противофазно поляризующимся электродам.

На фигуре приведена схема реализации тягового усилия электродинамического движителя.

Электродинамический движитель состоит из электровакуумного прибора 1, наполненного рабочим веществом, внутри прибора расположена пара электродов электрической дуги анод 2 и катод 3, пара управляющих электродов ортогонального электрического поля 4 с отверстием 5, пара рабочих электродов ортогонального электрического поля 6 с отверстием 7 и пара поляризующихся электродов 8, соединенных с катодом 3 через последовательные цепи резонансных конденсаторов 9, индуктора 10, состоящего из обмоток первичной 11, токовой 12 и электрической дуги 13, и магнитопровода 14, в зазоре которого расположен якорь 15, соединенный через трехпозиционный переключатель 16 с токовой обмоткой 12, концы первичной обмотки 17 соединены с поляризующимися электродами 8 и через последовательные цепи резонансных конденсаторов 9 соединены со средней точкой этой обмотки 18, которая соединена с катодом 3 и заземлена 19, обмотка электрической дуги 13 соединена с анодом 2 и катодом 3 электрической дуги через управляемый преобразователь напряжения 20, к входу которого подключается через выключатель 21 внешний источник переменного тока 22, а управляющие электроды 4 и рабочие электроды 6 ортогонального электрического поля соединены с последовательными цепями резонансных конденсаторов 9 противофазно поляризующимся электродам 8.

Работает данная схема следующим образом. Выключателем 21 подключают к схеме источник 22 переменного тока рабочей частоты, например электрическую сеть частотой 50 Гц. Это напряжение через регулируемый преобразователь напряжения 20 подается на электроды 2 и 3, между которыми зажигается электрическая дуга, ионизирующая рабочее вещество (например, инертный газ). Переменное напряжение также подается на управляющие электроды 4 и рабочие электроды 6 ортогонального электрического поля с цепей последовательно включенных резонансных конденсаторов 9, создающих с симметричными плечами первичной обмотки 11 индуктора 10 резонанс токов на рабочей частоте. Когда на одном из управляющих электродов 4 и рабочих электродов 6 отрицательная полуволна напряжения, в это время на другом парном электроде положительная полуволна напряжения. Действием положительной полуволны напряжения электроны выводят из электрической дуги (пространство между анодом 2 и катодом 3) электроны получают потенциал управляющего ортогонального электрического поля, проходят сквозь отверстие 5 в электроде 4 (происходит формирование электронного луча методом «электронной пушки») и попадают в рабочее ортогональное электрическое поле, создаваемое напряжением на рабочих электродах 6 с отверстием 7 (происходит увеличение напряженности и потенциала электронного луча методом «электронной пушки»). Напряженность рабочего электрического поля устанавливают в 5-10 раз превышающей напряженность управляющего электрического поля для получения требуемой мощности электродинамического движителя. Получая потенциал рабочего электрического поля, пучок электронной плазмы проходит сквозь отверстие 7 в рабочем электроде 6 и устремляется на соответствующий поляризующийся электрод 8, заряжая (поляризуя) его отрицательно. Между электродом 8 и узлом схемы с нулевым потенциалом (заземленный катод 19 электрической дуги и средняя точка 18 первичной обмотки индуктора) образуется разность потенциалов, под действием которой в соответствующей части первичной обмотки 11 идет электрический ток, создающий магнитный поток в магнитопроводе 14 индуктора 10. Этот электрический ток ре комбинирует (восстанавливает) катионы рабочего вещества, приходящие на катод 3 электрической дуги, в атомы и молекулы рабочего вещества, вновь подвергающегося ионизации электрической дугой.

При смене полярности полуволны напряжения на электродах 4 и 6 электрический ток идет по другой половине первичной обмотки 11 индуктора 10, создавая магнитный поток в магнитопроводе 14 индуктора противоположного направления. В магнитопроводе 14 создается переменный магнитный поток.

Переменный магнитный поток в магнитопроводе 14 индуктора за счет электромагнитной индукции создает в обмотке 13 переменное напряжение, преобразуемое регулируемым преобразователем напряжения 20, поддерживающее электрическую дугу между электродами 2 и 3, а внешний источник 22 автоматически отключается выключателем 21.

Переменный магнитный поток в магнитопроводе 14 также создает ЭДС в токовой обмотке 12, под действием которой в якоре 15 идет электрический ток через трехпозиционный переключатель 16. Взаимодействие магнитного поля в зазоре магнитопровода 14 индуктора с электрическим током якоря 15 создает тяговое усилие (F_T). При установке переключателя 16 в положение «В» (Вперед) якорь 15 выталкивается из зазора магнитопровода, транспортное средство движется вперед. При установке переключателя 16 в положение «P» (Реверс) в якоре 15 идет электрический ток противоположного направления, вектор тягового усилия также меняет направление на противоположное, и транспортное средство будет двигаться в направлении результирующего тягового усилия. При установке переключателя 16 в положение «Н» (Нейтраль) электрического тока в якоре 15 не будет, электродинамический движитель не создает тягового усилия.

Установка в электровакуумный прибор рабочих электродов ортогонального электрического поля дает возможность устанавливать напряженность ортогонального поля, в десятки раз превышающую напряженность поля электрической дуги, создавая соответствующий потенциал на поляризующихся электродах, и получать большую мощность электродинамического движителя. При этом электрическая дуга не будет разрушать рабочие электроды ортогонального электрического поля, так как управляющие электроды ортогонального электрического поля, установленные между электродами дуги и рабочими электродами ортогонального поля, существенно ослабляют влияние поля дуги и ортогонального рабочего поля друг на друга. Управляющие электроды создают напряженность ортогонального поля, близкую напряженности поля дуги, необходимую для создания требуемой силы электронного тока. Электрическая дуга не может переходить на управляющие электроды ортогонального поля, так как расстояние между электродами дуги и управляющими электродами ортогонального поля в 5-7 раз больше, чем расстояние между электродами электрической дуги.

Получение и подача необходимых напряжений на управляющие и рабочие электроды ортогонального поля с резонансных конденсаторов, включенных параллельно плечам первичной обмотки индуктора, проще конструктивно и дешевле в технической реализации, чем подача высоких напряжений (более 1000 В) на электроды ортогонального электрического поля с отводов первичной обмотки индуктора через проходные изоляторы индуктора. Уменьшение количества высоковольтных выводов в индукторе существенно повышает его электрическую прочность, надежность и работоспособность движителя в целом.

Замена выключателя в прототипе, прерывающего электрический ток в цепи якоря, на трехпозиционный переключатель в предлагаемом движителе, дает возможность более оперативно управлять электродинамическим движителем и транспортным средством в целом.

Электродинамический движитель, содержащий электровакуумный прибор, наполненный рабочим веществом, с расположенными в нем парой электродов электрической дуги, парой управляющих электродов ортогонального электрического поля и парой поляризующихся электродов, а также индуктор, состоящий из обмоток первичной, токовой и электрической дуги, выполненных на магнитопроводе с зазором, в котором размещен якорь, подключенный к токовой обмотке индуктора, концы первичной обмотки соединены с поляризующимися электродами электровакуумного прибора и через конденсаторы - со средней точкой этой обмотки, которая соединена с катодом электрической дуги и заземлена, обмотка электрической дуги индуктора соединена с электродами электрической дуги через преобразователь напряжения, вход которого через выключатель соединен с внешним источником переменного тока, отличающийся тем, что в движитель дополнительно введены пара рабочих электродов ортогонального электрического поля, установленных в электровакуумном приборе перед поляризующимися электродами, две цепи последовательно соединенных резонансных конденсаторов, включенных между концами первичной обмотки индуктора и ее средней точкой, и трехпозиционный переключатель, соединяющий якорь с токовой обмоткой индуктора, а управляющие электроды и рабочие электроды ортогонального электрического поля соединены с цепями резонансных конденсаторов противофазно поляризующимся электродам.

Похожие патенты:

Электромеханический вариатор // 2447569

Изобретение относится к электротехнике, к электродинамическим устройствам для передачи механической энергии от ведущего вала к ведомому и может быть использовано в трансмиссиях транспортных средств в качестве автоматического вариатора скорости и крутящего момента.

Устройство преобразования силового взаимодействия системы из постоянных магнитов и ферромагнетика в механическую энергию по принципу неоднократного применения // 2426214

Изобретение относится к области электротехники и энергетики, в частности к устройствам для получения механической энергии и преобразования ее в различные другие виды, например в электрическую и тепловую.

Управляемый каскадный электрический привод // 2402857

Изобретение относится к области электротехники, в частности к каскадным электрическим приводам вращательного движения, и может быть использовано при создании безредукторных приводов с регулируемой частотой от 0 до двойной номинальной при постоянной номинальной скорости вращения, в том числе реверсивных и любых других типов приводов.

Магнитный редуктор // 2369955

Изобретение относится к электротехнике, к электромагнитным механизмам, а конкретно к бесконтактным магнитным редукторам, и может быть использовано в качестве передаточного устройства в механических системах с большим ресурсом работы при ударных нагрузках.

Способ получения электроэнергии контрроторным генератором с электромеханическим приводом и устройство для его реализации // 2368057

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для получения электроэнергии контрроторным генератором с электромеханическим приводом. .

Двухмерная аксиальная электрическая машина-генератор // 2349014

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве электромеханического преобразователя механической энергии, подаваемой на механический вход машины, и электрической энергии постоянного тока, одновременно подаваемой на другой ее электрический вход, в суммарную электрическую энергию переменного тока.

Синхронный генератор-компенсатор и способ его работы // 2348097

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в параметрических машинах в электроэнергетике в качестве электрогенераторов и электродвигателей, например, на электростанциях.

Двухмерная электрическая машина-генератор // 2332775

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в качестве электромеханического преобразователя механической энергии, подаваемой на один (механический) вход машины, и электрической энергии постоянного тока, одновременно подаваемой на другой ее вход (электрический) в суммарную электрическую энергию переменного тока.

Управляемая двухмерная электрическая машина // 2332774

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в качестве электромеханического преобразователя механической энергии, подаваемой на один (механический) вход машины, и электрической энергии постоянного тока, одновременно подаваемой на другой ее вход (электрический), в суммарную электрическую энергию переменного тока.

Электродинамический движитель // 2270513

Изобретение относится к электротехнике, к энергетическим транспортным средствам и может быть использовано для привода всех видов транспорта. .

Накопитель энергии // 2456734

Изобретение относится к области электротехники, в частности накопителям энергии для транспортных электрифицированных систем, источников аварийного и бесперебойного питания для атомных, ветровых и солнечных электростанций

Управляемый каскадный электрический привод с жидкостным токосъемом // 2461947

Изобретение относится к области электротехники, в частности к каскадным электрическим приводам вращательного движения, состоящим, например, из двух однотипных асинхронных двигателей, и может быть использовано при создании электрических приводов с регулируемой скоростью вращения от номинальной до двойной номинальной при постоянном моменте или приводов с удвоенным моментом при постоянной номинальной скорости вращения, а также при создании других типов электрических приводов

Магнитный редуктор // 2474033

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и электромагнитным механизмам и касается особенностей выполнения бесконтактных магнитных редукторов, которые могут быть использованы в качестве передаточного устройства в механических системах с большим ресурсом работы при ударных нагрузках и в агрессивных и взрывоопасных средах

Аксиальный каскадный электрический привод с жидкостным токосъемом // 2483415

Изобретение относится к области электротехники, в частности к аксиальным каскадным электрическим приводам с жидкостным токосъемом, и может быть использовано при создании безредукторных аксиальных каскадных электрических приводов с регулируемой скоростью вращения

Магнитный редуктор // 2483419

Изобретение относится к области электротехники и электромагнитных механизмов, а именно к бесконтактным магнитным редукторам, и может быть использовано в качестве передаточного устройства в механических системах с большим ресурсом работы при ударных нагрузках

Асинхронная регулируемая машина // 2504890

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в регулируемых электрических машинах переменного тока. Техническим результатом является снижение массогабаритных показателей и улучшение системы охлаждения и вентиляции. В электрической машине вторая обмотка якоря выполнена совмещенной, размещена в пазах статора основного магнитопровода и снабжена блоком конденсаторов. Вторая обмотка индуктора выполнена также совмещенной, многофазной, короткозамкнутой и размещена в пазах ротора основного магнитопрововода. Первая обмотка ротора соединена с тороидальными обмотками дополнительного магнитопровода ротора, первая обмотка статора подключена на выход блока преобразователя частоты, который преобразует электроэнергию частоты тока второй обмотки якоря в требуемое значение частоты управления и подает ее на обмотку статора основного магнитопровода для создания тока возбуждения и вращающегося электромагнитного поля данной частоты управления. Частота управления задается на выходе преобразователя частоты так, чтобы частота выходного тока была постоянной независимо от частоты вращения привода. 2 ил.

Способ создания электродинамической тяги // 2510122

Изобретение относится к области электротехники и может быть использован при создании аэрокосмических транспортных средств и аппаратов, а также приводов наземного транспорта. Технический результат - увеличение тягового усилия, повышение КПД за счет уменьшения потерь электроэнергии. Электродинамическую тягу в направлении вектора импульса силы создают взаимодействием вектора магнитной индукции замкнутого магнитопровода, выполненного из электропроводящего ферромагнитного материала, с ортогональным ему вектором электрического диполя, возникающего в электропроводящем магнитопроводе между электродами, охватывающими внешнюю и внутреннюю поверхности замкнутого магнитопровода. 1 ил.

Способ создания электродинамической тяги // 2510566

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.

Способ создания электродинамической тяги // 2510766

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании аэрокосмических транспортных средств и аппаратов, а также приводов наземного транспорта. Электродинамическую тягу в направлении вектора импульса силы, создают взаимодействием вектора магнитного потока замкнутого магнитопровода, выполненного из диэлектрического ферромагнитного материала, с ортогональным ему вектором напряженности электрического поля. Указанное взаимодействие осуществляется в диэлектрическом магнитопроводе между обкладками, охватывающими внешнюю и внутреннюю поверхности замкнутого магнитопровода. Технический результат состоит в повышении тягового усилия и к.п.д. за счет уменьшения потерь электроэнергии. 1 ил.

Электромагнитный редуктор // 2526540

Изобретение относится к общему машиностроению, к электротехнике, к электромагнитным механизмам, а конкретно к бесконтактным электромагнитным редукторам, и может быть использовано в качестве передаточного устройства с регулируемым передаточным отношением в механических системах с большим ресурсом работы в условиях отсутствия смазки. Техническим результатом заявляемого устройства является упрощение конструкции при сохранении возможности регулирования коэффициента редукции. Этот технический результат достигается тем, что в электромагнитном редукторе, содержащем корпус с установленными в нем статором с многофазной обмоткой, подключенной к источнику напряжения, а также первым и вторым роторами, жестко установленными на входном и выходном валах, соответственно, в соответствии с изобретением, обмотка статора подключена к источнику напряжения через регулируемый преобразователь частоты и размещена в пазах внутренней поверхности статора с образованием полюсов, при этом первый ротор, расположенный коаксиально со статором и жестко связанный с концом входного вала, выполнен в виде беличьей клетки, стержни которой, вставленные в кольца из немагнитного материала, образуют зубцы этого ротора, у которых высота равна половине ширины паза, а второй ротор, расположенный внутри первого, выполнен с пазами по его внешней поверхности, в которые залита короткозамкнутая обмотка, причем статор, зубцы первого ротора и зубцы второго ротора выполнены шихтованными из ферромагнитной тонколистовой стали.