Устройство передачи электромагнитной энергии
Владельцы патента RU 2510925:
Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ЛГТУ) (RU)
Изобретение относится к области электротехники, в частности к способам беспроводной передачи электроэнергии. Технический результат - возможность передавать магнитную индукцию в непроводящей газовой среде дистанционно, без использования специально сооружаемых для этого магнитопроводов. Такой средой может являться атмосферный воздух. При этом полученное устройство является установкой беспроводной передачи электроэнергии, так как передаваемая магнитная индукция может носить переменный или прерывистый характер, которая будет наводить в объекте, или на индуктивных катушках, расположенных непосредственно на объекте либо вблизи него, электродвижущую силу. Устройство может быть применено для дистанционного разогрева объектов из магнитного материала, например стали. Устройство включает в себя применение лазерных установок значительной мощности и создание с помощью них магнитопроводящего канала в диэлектрической газовой среде, например, такой как воздух, при этом используется процесс фотоионизации. 3 ил.
Изобретение относиться к области электротехники, в частности к способам беспроводной передачи электроэнергии.
Существует способ создания токопроводящего канала в непроводящей среде (RU 2400005, МПК H02J 17/00, дата публикации 20.09.2010 г.), включающий перемещение в среде оптической фокусирующей системы и направление на нее излучения импульсно-периодического лазера с энергией импульсов, достаточной для фотоионизации диэлектрической среды в фокусе оптической системы. К полученному ионизированному каналу подводится электрод с подключением к нему высокого напряжения. К недостаткам данного устройства относятся: необходимость введения наночастиц металла, а также использование высокого напряжения на электроде, помещенного в канал.
Известно устройство направленной транспортировки СВЧ электромагнитного излучения (RU 2406188, МПК H01Q 1/28, дата публикации 10.01.2010 г.), включающее в себя генератор ультракоротких лазерных импульсов, систему формирования трубчатого лазерного пучка, адаптивное зеркало с блоком управления и излучатель передаваемого СВЧ электромагнитного излучения. Генератор лазерных импульсов дополнительно оснащен системой умножения частоты, системой формирования цуга лазерных импульсов, эксимерные лазерные усилители и систему ввода передаваемого СВЧ-излучения внутрь пространства, ограниченного стенкой трубчатого лазерного пучка, создаваемого в процессе работы устройства. Система формирования трубчатого лазерного пучка представляет собой телескопы, состоящие из сферических или параболических и конических оптических элементов. Недостатком данного устройства является неспособность передавать электроэнергию большой мощности.
Задача, на решение которой направленно данное изобретение, заключается в возможности передачи дистанционно, по непроводящей газовой среде, например воздуху, к объекту из магнитного материала, такого как стали, магнитной индукции. Тем самым в объекте-приемнике возможно дистанционно навести магнитную индукцию, в частности, переменного характера, что позволит создать в объекте, или на обмотках, находящихся непосредственно на объекте или вблизи от него, электродвижущую силу.
Устройство передачи электромагнитной энергии содержит генератор лазерных импульсов, эксимерный лазерный усилитель, систему формирования трубчатого лазерного пучка, плоские зеркала. В его состав входит несколько генераторов лазерных импульсов и соответствующее им количество эксимерных лазерных усилителей, систем формирования трубчатого лазерного пучка, кроме центрального пучка круглого поперечного сечения, создающие пучки лазеров разного диаметра, вводимые последовательно, с помощью плоских зеркал. Зеркала установлены определенным образом так, чтобы трубчатые пучки и центральный пучок лазеров входили друг в друга и распространялись параллельно. При этом пучок меньшего диаметра входит в пучок большего диаметра. В центр системы из лазерных трубчатых пучков вводится пучок круглого сечения, распространяющийся параллельно трубчатым пучкам, имеющим с ним общую продольную ось. Устройство имеет несколько индукторов, установленных в пространстве между трубчатым пучком меньшего и большего диаметра, а так же между центральным пучком круглого сечения и трубчатым пучком, внутри которого он расположен. Индукторы подключаются к источнику электроэнергии последовательно и, поочередно, встречно и согласно таким образом, чтобы создаваемые ими линии магнитной индукции взаимно усиливали друг друга при распространении вдоль лучей лазеров. Устройство имеет также синхронизатор, обеспечивающий синхронную работу всех элементов, входящих в устройство.
Система лазерных пучков, направляемая на объект, имеет поперечное сечение, показанное на Фиг.1. На данном рисунке приведены следующие элементы:
1 - индукторы;
2 - лучи лазеров.
Трубчатые лучи лазеров имеют разные диаметры. Центральный лазерный пучок имеет круглое поперечное сечение для упрощения конструкции. Все лучи находятся на общей продольной оси. Между лазерными пучками в поперечном сечении имеется некоторое пространство, достаточное для установки индукторов вокруг каждого из них. При этом индукторы соединяются последовательно, и, попеременно, встречно и согласно, таким образом, чтобы линии магнитной индукции различных индукторов взаимно усиливали друг друга по отношению к стенкам трубчатого пучка лазера, находящегося между ними, как это показано на Фиг.2. На Фиг.2 представлены следующие элементы:
1 - индукторы;
2 - лучи лазеров;
3 - линии магнитной индукции;
4 - объект из магнитного материала.
При этом линии магнитной индукции вытягиваются вдоль сформированного лучами лазеров канала, достигают объект из магнитного материала и замыкаются, наводя в объекте магнитную индукцию.
На Фиг.3 представлена схема устройства установки. На данной схеме представлены следующие элементы:
1 - индукторы;
2 - лучи лазеров;
5 - синхронизирующий блок;
6 - генераторы лазерных импульсов;
7 - эксимерные лазерные усилители;
8 - системы формирования трубчатых лазерных пучков;
9 - плоские зеркала.
Устройство работает следующим образом (см. Фиг.3). На индукторы 1, электрически соединенные между собой последовательно и, поочередно, встречно и согласно так, чтобы линии магнитной индукции усиливали друг друга по отношению к пространству, между наружными и внутренними индукторами подается напряжение. После этого синхронизирующий блок 5 дает команды на одновременное включение всех генераторов лазерных импульсов 6 ультрафиолетового спектра излучения. При этом луч лазера, являющийся центральным в поперечном сечении, направляется непосредственно на плоское зеркало 9 через эксимерный лазерный усилитель 7. Остальные лазерные лучи, пройдя через эксимерные лазерные усилители 7, направляются на оптические системы формирования трубчатых лазерных пучков 8, а далее на плоские зеркала 9. 3еркала закреплены так, как показано на рисунке. Они имеют круглую форму и различный диаметр в зависимости от диаметра отражаемого ими лазерного пучка. Отраженные лазерные пучки проходят через возбужденные индукторы, формируя магнитопроводящий канал, который вытягивает линии магнитной индукции индукторов вдоль себя и, при достижении объекта из магнитного материала, образуют замкнутый контур линий магнитной индукции. При этом на объекте наблюдается наведение магнитной индукции.
Система формирования трубчатого лазерного пучка представляет собой систему из сферических или параболических и конических оптических элементов.
Наведенная на объекте магнитная индукция может носить пульсирующий характер. При этом необходимо периодически отключать генераторы лазерных импульсов с последующим включением их при постоянно работающих индукторах; или при постоянно работающих генераторах лазерных импульсов периодически отключать индукторы с последующим включением. Возможно также менять полярность питания индукторов на противоположную для получения магнитной индукции переменного характера. Это осуществимо как с синхронизацией отключения и последующем включении генераторов лазерных импульсов при перемагничивании индукторов, так и при непрерывной работе генераторов лазерных импульсов. Таким образом, на объекте возникает переменная во времени магнитная индукция. При этом на объекте из магнитного материала возможно разместить катушку индуктивности, которую будет пронизывать переменное во времени магнитное поле, в результате чего в ней будет наводиться электродвижущая сила. На зажимах катушки возникает напряжение, которое можно использовать для питания приемников электрической энергии.
Кроме установки беспроводной передачи энергии, устройство может быть использовано для дистанционного разогрева изделий из магнитного материала, например стали, поскольку при наведении в таких изделиях магниитной индукции переменного характера, они начинают разогреваться, вследствие того, что представляют собой катушку с одним витком, в которой наводится противоЭДС (электродвижущая сила), что приводит к потерям в виде нагрева изделия.
Технический результат заключается в возможности передачи дистанционно, по непроводящей газовой среде, к объекту из магнитного материала, такого как стали, магнитной индукции. Такой средой может являться атмосферный воздух. При этом полученное устройство является установкой беспроводной передачи электроэнергии, так как передаваемая магнитная индукция может носить переменный характер, которая будет наводить в объекте, или на индуктивных катушках, расположенных непосредственно на объекте либо вблизи него, электродвижущую силу. Устройство может быть применено для дистанционного разогрева объектов из магнитного материала.
Устройство передачи электромагнитной энергии, содержащее генератор лазерных импульсов, эксимерный лазерный усилитель, систему формирования трубчатого лазерного пучка, плоские зеркала, отличающееся тем, что в его состав входит несколько генераторов лазерных импульсов и соответствующее им количество эксимерных лазерных усилителей, систем формирования трубчатого лазерного пучка, кроме центрального пучка круглого поперечного сечения, создающие пучки лазеров разного диаметра, вводимые последовательно, с помощью плоских зеркал, установленных определенным образом так, чтобы трубчатые пучки и центральный пучок лазеров входили друг в друга и распространялись параллельно, пучок меньшего диаметра в пучок большего диаметра, в центр системы из лазерных трубчатых пучков вводится пучок круглого сечения, и распространяющийся параллельно трубчатым пучкам, имеющие с ним общую продольную ось, индукторов, установленных в пространстве между трубчатым пучком меньшего и большего диаметра, а так же между центральным пучком круглого сечения и трубчатым пучком, внутри которого он расположен, подключаемые к источнику электроэнергии последовательно и, поочередно, встречно и согласно таким образом, что бы создаваемые ими линии магнитной индукции взаимно усиливали друг друга при распространении вдоль лучей лазеров, а также синхронизатор, обеспечивающий синхронную работу всех элементов, входящих в устройство.
