электродинамический движитель

Формула изобретения

Электродинамический движитель, содержащий индуктор, якорь и источник переменного тока, отличающийся тем, что он дополнительно содержит электровакуумный прибор, наполненный рабочим веществом, с расположенными в нем парами электродов - электрической дуги, ортогонального электрического поля и поляризующимися электродами, и преобразователь напряжения, а индуктор выполнен в виде магнитопровода с обмотками с зазором, в котором размещен якорь, причем одна из обмоток соединена с якорем, концы другой обмотки соединены с поляризующимися электродами, средняя точка соединена с катодом электрической дуги и заземлена, а симметричные отводы ее - с электродами ортогонального электрического поля и противофазно поляризующимся электродам, а третья обмотка соединена с источником переменного тока и через преобразователь напряжения с электродами электрической дуги, а через конденсаторы - с концами второй обмотки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетическим и силовым транспортным средствам и может быть использовано на сухопутном, водном, воздушном и космическом транспорте.

Широко известны транспортные средства с электрической тягой, работающие за счет получаемой от электросети энергии, это электровозы, трамваи, троллейбусы.

Недостатки этих транспортных средств: требуется строительство специальных дорог и электрических сетей; ограниченность перемещения из-за привязанности к дорогам и электрическим сетям; большие потери энергии при передаче по электрическим сетям и при преобразовании электроэнергии в механическую энергию.

Известны мобильные транспортные средства с электрической тягой [1], 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.

Наиболее близким по физической сущности является электродинамический движитель [2], 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 движущую транспортный аппарат силу тяги, возникающую 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 силы тяги.

Недостатками этого движителя являются большие потери энергии на волновом сопротивлении среды между шинами индуктора, т.к. удельное сопротивление среды на 8-10 порядков больше удельного сопротивления материала шин индуктора, поэтому сила тяги и кпд малы; и негативное влияние мощного высокочастотного поля на пассажиров и персонал транспортного средства (данный движитель наиболее эффективен в ВЧ диапазоне, а также мощное ВЧ поле индуктора создает большой уровень помех радиоканалам).

Задачей электромагнитного движителя является снижение затрат и негативного влияния электромагнитного поля на окружающую среду и повышение кпд движителя.

Задача решается тем, что электродинамический движитель, содержащий индуктор, якорь и источник переменного тока, согласно изобретению дополнительно содержит электровакуумный прибор, наполненный рабочим веществом, с расположенными в нем парами электродов электрической дуги, ортогонального электрического поля и поляризующимися электродами и преобразователь напряжения, а индуктор выполнен в виде магнитопровода с обмотками с зазором, в котором размещен якорь, причем одна из обмоток соединена с якорем, концы другой обмотки соединены с поляризующимися электродами, средняя точка соединена с катодом электрической дуги и заземлена, а симметричные отводы ее подключены к электродам ортогонального электрического поля и противофазно поляризующимся электродам, а третья обмотка соединена с источником переменного тока и, через преобразователь напряжения, с электрической дугой, а через конденсаторы с концами второй обмотки.

На чертеже приведена схема реализации тягового усилия электродинамического движителя

Электродинамический движитель состоит из электровакуумного прибора 1, наполненного рабочим веществом, внутри которого расположены электроды электрической дуги 2 и 3, электроды ортогонального электрического поля 4 и поляризующиеся электроды 5, индуктор, состоящий из магнитопровода 6 и обмоток 8, 9 и 10, соединенных с электродами электровакуумного прибора, а в зазоре магнитопровода расположен якорь 7, соединенный с обмоткой 9 через выключатель К2. Для запуска движитель содержит также внешний источник переменного тока 11 с выключателем К1 и преобразователь напряжения 12. В электрическую цепь электровакуумного прибора 1 введены конденсаторы С1 и С2.

Работает данная схема следующим образом. Выключателем К1 подключают к схеме источник 11 переменного тока рабочей частоты, например электрическую сеть частотой 50 Гц. Это напряжение через преобразователь напряжения 12, который осуществляет двухполупериодное выпрямление и регулировку напряжения, подается на электроды 2 и 3, между которыми зажигается электрическая дуга, ионизирующая рабочее вещество (например, инертный газ). Переменное напряжение также подается на электроды 5, соединенные с соответствующими частями обмотки 8 индуктора относительно средней точки с нулевым потенциалом. Когда на одном из электродов 4 отрицательная полуволна напряжения, в это время на другом электроде положительная полуволна напряжения. Под действием положительной полуволны электроны выходят из области электрической дуги между электродами 2 и 3, получают потенциал анодного поля, проходят сквозь отверстие в электроде 4 (формирование электронного луча методом "электронной пушки") и попадают на соответствующий поляризующийся электрод 5, заряжая (поляризуя) его отрицательно. Между электродом 5 и узлом схемы с нулевым потенциалом образуется разность потенциалов, под действием которого в соответствующей части обмотки идет электрический ток, создающий магнитный поток в магнитопроводе 6 индуктора. Этот электрический ток рекомбинирует (восстанавливает) положительные ионы, приходящие на катод 3 электрической дуги, в атомы рабочего вещества вновь подвергаются ионизации электрической дугой.

Когда на том же электроде 4 положительная полуволна напряжения, электрический ток идет по другой части обмотки 8 индуктора, создавая магнитный поток в магнитопроводе 6 индуктора противоположного направления. В магнитопроводе 6 индуктора создается переменный магнитный поток.

Переменный магнитный поток в магнитопроводе 6 индуктора за счет электромагнитной индукции создает в обмотке 10 переменное напряжение, преобразуемое преобразователем напряжения 11, поддерживающее электрическую дугу между электродами 2 и 3, а внешний источник 11 автоматически отключается.

Магнитный поток в магнитопроводе 6 также создает ЭДС в обмотке 9 якоря 7, под действием которой в якоре 7 при замыкании включателя К2 идет электрический ток. Взаимодействие магнитного поля в зазоре магнитопровода 6 индуктора с электрическим током в якоре 7 создает тяговое усилие (F_Т), выталкивающее якорь 7 из зазора магнитопровода. Поменяв местами концы соединения обмотки 9 с якорем 7, вектор тягового усилия изменит направление на противоположное, а транспортное средство, снабженное таким движителем, будет перемещаться в направлении результирующего действия силы тяги и силы торможения.

Для повышения кпд и стабильности работы схемы электрическую цепь индуктора с помощью конденсаторов С1 и С2 настраивают в резонанс на рабочую частоту колебаний электромагнитного поля.

Источники информации

1. Васин В.М. Электрический привод. М.: Высшая школа, 1984. - С.6-11.

2. Патент RU 2013229, B 60 L 11/00, 1994.