способ создания момента вращения

Формула изобретения

Способ создания момента вращения, заключающийся в том, что на цилиндрический сплошной диэлектрик, коаксиально насаженный через цилиндрический электропроводящий электрод и электроизоляцию на вал и обладающий магнитными свойствами, воздействуют постоянным магнитным и пульсирующим электрическим полями, силовые линии которых в зоне взаимодействия скрещиваются так, что сила Ампера, возникающая в результате взаимодействия полей, направлена в одну сторону по касательной к каждому поперечному сечению диэлектрика, создавая момент вращения, отличающийся тем, что в качестве источника магнитного поля используют короткозамкнутый заряженный постоянным электрическим током соленоид с обмоткой из высокотемпературного сверхпроводящего материала, а для создания пульсирующего электрического поля применяют два цилиндрических электропроводящих электрода с токопроводящими радиальными перемычками между ними, коаксиально охватывающих цилиндрический диэлектрик, запитываемых от генератора пульсирующего напряжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обеспечения движения машин и механизмов главным образом транспортных средств.

Известен способ получения тяги (патент РФ 2172865, кл. F03Н 5/00, 27.08.2001, бюл. № 24), заключающийся в том, что электрически изолированные источники электрического и магнитного полей с подключенными к ним источниками электрического тока устанавливают с возможностью взаимодействия этих полей. При этом источник электрического поля выполняют в виде металлических обкладок, установленных на двух противоположных сторонах плоского или цилиндрического сердечника из магнитного диэлектрического материала, прикрепляют к нему источник магнитного поля и синфазно или в противофазе изменяют величину магнитного поля и скорость изменения электрического поля. Общим признаком для данного аналога и заявляемого способа является использование для создания силы магнитного поля, индуцированного током и взаимодействующего с электрическим полем.

Этот способ обладает рядом недостатков, а именно:

- источник магнитного поля порождает вокруг себя высокочастотное электромагнитное излучение, которое воздействует на металлические проводящие обкладки источника электрического поля. В результате в них возникают вихревые токи, что ведет к дополнительным тепловым потерям, ограничивает используемые мощности, ослабляет воздействие магнитного поля на сердечник;

- применяемая конфигурация источников полей затрудняет использование данного способа для создания момента вращения.

Известны способ создания силы и устройство для создания силы (патент РФ 2287085, кл. F03Н 5/00, 10.11.2006, бюл. № 31), заключающийся в том, что на изолятор, обладающий диэлектрическими и магнитными свойствами, одновременно воздействуют переменным магнитным и переменным электрическим полями, силовые линии которых в зоне взаимодействия скрещиваются. Поля изменяются по гармоническому закону со сдвигом фазы электрического поля по отношению, магнитному на четверть периода так, чтобы сила Лоренца, возникающая в результате взаимодействия полей, была направлена всегда в одну сторону. В качестве источника магнитного поля используют индуктор, выполненный в виде протяженного электропроводящего стержня, в котором создают переменный электрический ток, а для создания электрического поля применяют электрод, установленный с возможностью электромагнитного взаимодействия с индуктором магнитного поля, выполненный в виде электропроводящей оболочки, эквидистантной по отношению к боковой поверхности индуктора и изолированной от него изолятором, обладающим магнитными свойствами. Для создания электрического поля между индуктором и электродом на электрод подают переменное напряжение относительно индуктора магнитного поля. Принят за прототип.

Недостатки прототипа. В данном способе переменный ток смещения, возникающий между электродом и индуктором, создает переменное высокочастотное магнитное поле. При воздействии высокочастотным магнитным полем на металлический индуктор в нем возникают вихревые токи, что ведет к дополнительным тепловым потерям. Вихревые токи возникают также и в самом индукторе - металлическом стержне, т.к. по нему пропускается переменный ток - источник переменного магнитного поля. Ко второму недостатку следует отнести получение слабых магнитных полей при применении проводников с прямым током, а следовательно, и малых моментов вращения. Кроме того, применяемая схема размещения источников полей затрудняет создание момента вращения.

Технический результат заявляемого изобретения состоит в том, чтобы предложить способ создания момента вращения, который позволяет разработать устройства, отличающиеся от аналогов высоким значением момента вращения по отношению к массе и габаритам устройства, простотой его создания, минимизацией потерь на электромагнитное излучение и вихревые токи и минимизацией затрат на поддержание этого вращения.

Технический результат достигается тем, что на цилиндрический диэлектрик, коаксиально насаженный через цилиндрический электропроводящий электрод и электроизоляцию на вал и обладающий магнитными свойствами, воздействуют постоянным магнитным и пульсирующим электрическим полями, силовые линии которых в зоне взаимодействия скрещиваются так, что сила Ампера, возникающая в результате взаимодействия полей, направлена в одну сторону по касательной к каждому поперечному сечению диэлектрика, создавая момент вращения; в качестве источника магнитного поля используют короткозамкнутый заряженный постоянным электрическим током соленоид с обмоткой из высокотемпературного сверхпроводящего материала, а для создания пульсирующего электрического поля применяют два цилиндрических электропроводящих электрода с радиальными токопроводящими перемычками между ними, аксиально охватывающих цилиндрический диэлектрик и запитываемых от генератора пульсирующего напряжения.

Изобретение поясняется чертежами: Фиг.1, Фиг.2 и Фиг.3.

На Фиг.1 цифрами обозначены: 1 - металлический вал; 2 - электроизоляция вала от электрода; 3 - первый электропроводящий цилиндрический электрод; 4 - цилиндрический диэлектрик, обладающий магнитными свойствами; 5 - второй электропроводящий цилиндрический электрод; 6 - воздушный зазор между вторым электродом и соленоидом; 7 - криостат с жидким азотом; 8 - обмотка соленоида и высокотемпературного сверхпроводящего материала; 9 - генератор пульсирующего однополярного напряжения, подаваемого на электроды 3 и 5; 10 - криогенератор, поддерживающий в криостате 7 температуру жидкого азота (77 К).

На Фиг.2 обозначены: В - вектор индукции постоянного магнитного поля соленоида; q - связанный заряд в диэлектрике; - скорость движения связанного заряда q при подаче на электроды пульсирующего напряжения; - вектор силы Лоренца, действующий со стороны магнитного поля на движущийся связанный заряд в диэлектрике; - ток, протекающий по перемычке при приложении напряжения на электроды; - сила Ампера, действующая со стороны магнитного поля на ток в радиальной перемычке.

На Фиг.3 обозначены: Fa - сила Ампера, равнодействующая всех сил Лоренца, действующих на движущиеся связанные заряды диэлектрика и свободные заряды радиальных перемычек со стороны постоянного магнитного поля соленоида; Fa^max - максимальное значение равнодействующей силы Ампера; Fa^cp - среднее значение равнодействующей силы Ампера, создающей крутящий момент; _п - время релаксации, равное продолжительности движения зарядов от момента подачи внешнего электрического поля до равновесного их состояния; Т - период подачи электрического поля одного направления.

Для создания момента вращения на цилиндрический диэлектрик с радиальными токопроводящими перемычками, обладающий магнитными свойствами, непрерывно воздействуют постоянным магнитным полем и периодически с некоторой частотой электрическим полем одного направления. Силовые линии полей в зоне взаимодействия скрещиваются. Силы Лоренца, возникающие в результате взаимодействия магнитного поля на движущиеся в одном направлении (в соответствии с периодически прикладываемым электрическим полем) связанные заряды в диэлектрике, и силы Ампера, возникающие в токопроводящих перемычках диэлектрика, направлены по касательным к сечениям цилиндрического диэлектрика (Фиг.2) и создают момент вращения. В качестве источника постоянного магнитного поля используют короткозамкнутый соленоид с обмоткой из высокотемпературного сверхпроводящего материала азотного температурного уровня (77 К). Сверхпроводящий соленоид не требует непрерывной подачи электрического тока, поскольку подключенный к нему однажды от источника питания электрический ток циркулирует в нем бесконечно долго, если поддерживать температуру сверхпроводника не выше критической (77 К) [Бертинов А.И., Алиевский Б.Л., Илюшин К.В. и др. Сверхпроводниковые электрические машины и магнитные системы. Учебное пособие для ВУЗов по специальности «Электромеханика». Под ред. Алиевского Б.Л. Москва. МАИ. 1993]. Для целей компенсации теплопритоков (внешних - от окружающей среды и внутренних - через воздушный зазор от вращающегося диэлектрика) к сверхпроводящей обмотке соленоида служит криогенератор (10), поддерживающий в криостате (7), в который помещена сверхпроводящая обмотка соленоида (8), температуру жидкого азота (7 К). Для создания в диэлектрике пульсирующего электрического поля применяют два электропроводящих электрода, установленных с возможностью взаимодействия с магнитным полем соленоида, на которые периодически подают напряжение одной полярности. Один электрод коаксиально посажен через электрическую изоляцию на металлический вал, а второй также коаксиально посажен на цилиндрический диэлектрик, находящийся внутри соленоида и, в свою очередь, коаксиально охватывающий первый электрод. Между электродами в диэлектрике установлены радиальные токопроводящие перемычки.

Отличием заявляемого способа от прототипа является то, что в заявляемом способе используется постоянное магнитное поле с большим значением индукции (благодаря на порядок большим токам в сверхпроводящей обмотке соленоида с практически нулевым сопротивлением) и пульсирующее электрическое поле одного направления, что исключает возникновение вихревых токов и связанных с ними тепловых потерь.

Кроме того, в заявляемом способе используется более простая промышленно применимая схема создания крутящего момента.

Основным преимуществом заявляемого способа является то, что в нем в качестве источника постоянного магнитного поля используется короткозамкнутый соленоид со сверхпроводящей обмоткой, имеющей нулевое сопротивление, что позволяет на порядок увеличить ток, создающий магнитное поле, а значит, и создать соответственно большие моменты вращения.