[go: up one dir, main page]

RU2379551C2 - Torque moment creating method - Google Patents

Torque moment creating method Download PDF

Info

Publication number
RU2379551C2
RU2379551C2 RU2008103662/06A RU2008103662A RU2379551C2 RU 2379551 C2 RU2379551 C2 RU 2379551C2 RU 2008103662/06 A RU2008103662/06 A RU 2008103662/06A RU 2008103662 A RU2008103662 A RU 2008103662A RU 2379551 C2 RU2379551 C2 RU 2379551C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
dielectric
cylindrical
pulsating
field
creating
Prior art date
Application number
RU2008103662/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008103662A (en
Inventor
Александр Петрович Соловьев (RU)
Александр Петрович Соловьев
Юрий Николаевич Чилин (RU)
Юрий Николаевич Чилин
Павел Павлович Рымкевич (RU)
Павел Павлович Рымкевич
Original Assignee
Государственое образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. КУЗНЕЦОВА
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственое образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. КУЗНЕЦОВА filed Critical Государственое образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. КУЗНЕЦОВА
Priority to RU2008103662/06A priority Critical patent/RU2379551C2/en
Publication of RU2008103662A publication Critical patent/RU2008103662A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2379551C2 publication Critical patent/RU2379551C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: to cylindrical dielectric put through cylindrical electrode and electrical insulation on the shaft and having magnetic properties, there applied is constant magnetic and pulsating electric fields, the power lines of which in interaction zone are crossed so that occurring Ampere force is directed to one side tangentially relative to each cross section of dielectric, thus creating torque moment. As source of constant magnetic field there used is short-circuited high-temperature superconducting solenoid charged with constant electric current, and for creating pulsating electric field - two cylindrical electrically conducting electrodes axially enveloping dielectric and fed from pulsating voltage generator.
EFFECT: decreasing weight, overall dimensions and losses of energy for keeping torque moment.
3 dwg

Description

Изобретение относится к области обеспечения движения машин и механизмов, например транспортных средств.The invention relates to the field of ensuring the movement of machines and mechanisms, such as vehicles.

Известен способ получения тяги (патент РФ №2172865, кл. F03H 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, отличающийся тем, что 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.A known method of producing traction (RF patent No. 2172865, class F03H 5/00, 08/27/2001, bull. No. 24), which consists in the fact that electrically isolated sources of electric and magnetic fields with connected sources of electric current are installed with the possibility of interaction these fields, characterized in that the source of the electric field is made in the form of metal plates mounted on two opposite sides of a flat or cylindrical core of magnetic dielectric material, a magnet is attached to it th field and in phase or in antiphase change the magnitude of the magnetic field and the rate of change of the electric field.

Недостатки аналога. В данном способе 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. Кроме того, применяемая в этом способе конфигурация источников полей затрудняет использование данного способа для создания вращающего момента.The disadvantages of the analogue. In this method, a magnetic field source generates high-frequency electromagnetic radiation around it, which acts on the metal conductive plates of the electric field source. As a result, eddy currents occur in them, which leads to additional heat losses, limits the power used, and reduces the effect of the magnetic field on the core. In addition, the configuration of the field sources used in this method makes it difficult to use this method to create torque.

Известен способ создания силы и устройство для создания силы (патент РФ 2287085, кл. F03H 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 к магнитному на четверть периода так, что сила Лоренца, возникающая в результате взаимодействия полей, 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.There is a method of creating force and a device for creating force (RF patent 2287085, class F03H 5/00, 10.11.2006, bull. No. 31), which consists in the fact that an insulator having dielectric and magnetic properties is simultaneously exposed to alternating magnetic and alternating electric fields whose lines of force in the interaction zone are crossed. Fields change according to a harmonic law with a phase shift of the electric field relative to the magnetic field by a quarter of the period so that the Lorentz force resulting from the interaction of the fields is always directed in one direction. An inductor made in the form of an extended electrically conductive rod, in which an alternating electric current is generated, is used as a magnetic field source, and an electrode installed with the possibility of electromagnetic interaction with a magnetic field inductor, made in the form of an electrically conductive shell equidistant to the side surface of the inductor and an insulator with magnetic properties isolated from it. To create an electric field between the inductor and the electrode, an alternating voltage is applied to the electrode relative to the magnetic field inductor. Adopted for the prototype.

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, так как 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 вращающих моментов. Кроме того, применяемая схема размещения источников полей затрудняет создание вращающего момента.The disadvantages of the prototype. In this method, an alternating bias current arising between the electrode and the inductor creates an alternating high-frequency magnetic field. When a high-frequency magnetic field acts on a metal inductor, eddy currents arise in it, which leads to additional heat loss. Eddy currents also occur in the inductor itself - the metal rod, since an alternating current is passed through it - the source of an alternating magnetic field. The second drawback is the receipt of weak magnetic fields when using conductors with direct current, and therefore small torques. In addition, the applied layout of field sources makes it difficult to create torque.

Технический результат изобретения - способ создания вращающего момента, который позволяет разработать устройства, отличающиеся от аналогов высоким значением вращающего момента по отношению к массе и габаритам устройства, простотой его создания, минимизацией потерь на электромагнитное излучение и вихревые токи и минимизацией затрат энергии на поддержание вращающего момента.The technical result of the invention is a method of creating a torque that allows you to develop devices that differ from analogues in a high value of torque in relation to the mass and dimensions of the device, the simplicity of its creation, minimizing losses due to electromagnetic radiation and eddy currents and minimizing the energy costs of maintaining torque.

Технический результат достигается тем, что на диэлектрик, обладающий магнитными свойствами, непрерывно воздействуют постоянным магнитным полем и периодически с некоторой частотой - электрическим полем одного направления. Силовые линии полей в зоне взаимодействия (в диэлектрике) скрещиваются. Силы Лоренца, возникающие в результате воздействия магнитного поля на движущиеся в одном направлении (в соответствии с периодически прикладываемым электрическим полем) связанные электрические заряды в диэлектрике, направлены по касательным к сечениям цилиндрического диэлектрика и создают вращающий момент. По изобретению в качестве источника постоянного магнитного поля используют короткозамкнутый соленоид с обмоткой из высокотемпературного сверхпроводящего материала азотного 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 (Тк=77 К) [Бертинов А.И., Алиевский Б.Л., Илюшин К.В. и др. Сверхпроводниковые электрические машины и магнитные системы. Учебное пособие для ВУЗов по спец. «Электромеханика». Под ред. Алиевского Б.Л. - М.: Изд. МАИ, 1993, 344 с.]. Для создания в диэлектрике пульсирующего электрического поля применяют два цилиндрических электропроводящих электрода, аксиально охватывающих цилиндрический диэлектрик, запитываемых от генератора пульсирующего напряжения одной полярности, установленных с возможностью взаимодействия с магнитным полем соленоида. Один электрод коаксиально посажен через электрическую изоляцию на металлический вал, а второй также коаксиально посажен на цилиндрический диэлектрик, в свою очередь коаксиально охватывающий первый электрод.The technical result is achieved in that a dielectric having magnetic properties is continuously exposed to a constant magnetic field and periodically with a certain frequency - an electric field of one direction. The field lines in the interaction zone (in the dielectric) are crossed. The Lorentz forces resulting from the action of a magnetic field on a coupled electric charges in a dielectric moving in one direction (in accordance with a periodically applied electric field) are directed along the tangent to the sections of a cylindrical dielectric and create a torque. According to the invention, a short-circuited solenoid with a winding of a high-temperature superconducting material of a nitrogen level (77 K) is used as a constant magnetic field source. The superconducting solenoid does not require a continuous supply of electric current, since the electric current connected to it once from the power source circulates in it infinitely long if the temperature of the superconductor is not higher than critical (Tk = 77 K) [Bertinov AI, Alievsky B.L. , Ilyushin K.V. and other superconducting electrical machines and magnetic systems. Textbook for universities on special. "Electromechanics". Ed. Alievsky B.L. - M.: Publishing. MAI, 1993, 344 pp.]. To create a pulsating electric field in a dielectric, two cylindrical electrically conductive electrodes are used, axially covering a cylindrical dielectric, powered by a pulsating voltage generator of the same polarity, installed with the possibility of interaction with the magnetic field of the solenoid. One electrode is coaxially seated through electrical insulation on a metal shaft, and the second is also coaxially seated on a cylindrical dielectric, which in turn coaxially covers the first electrode.

Отличием заявленного способа от прототипа является то, что в заявленном способе используются постоянное магнитное поле и пульсирующее электрическое поле одного направления, что исключает возникновение вихревых токов и связанных с ними тепловых потерь. Кроме того, в заявленном способе используется несравненно более простая схема создания вращающего момента.The difference between the claimed method and the prototype is that the claimed method uses a constant magnetic field and a pulsating electric field in one direction, which eliminates the occurrence of eddy currents and the associated heat loss. In addition, in the claimed method uses an incomparably simpler scheme for creating torque.

Преимуществом заявленного 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, большие вращающие моменты. Изобретение поясняется чертежами: Фиг.1-3.An advantage of the claimed method is that it uses a short-circuited solenoid with a superconducting winding having zero resistance as a source of constant magnetic field, which makes it possible to increase the current generating a magnetic field by an order of magnitude and large torques. The invention is illustrated by drawings: Fig.1-3.

На Фиг.1 цифрами обозначено: 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 цилиндрическим диэлектриком и соленоидом; 7 - криостат с жидким азотом; 8 - обмотка соленоида из высокотемпературного сверхпроводящего материала; 9 - генератор пульсирующего однополярного напряжения, подаваемого на электроды 3 и 5; 10 - криогенератор, поддерживающий в криостате температуру азотного уровня (77 К).In figure 1, the numbers indicate: 1 - metal shaft; 2 - electrical insulation of the shaft from the electrode; 3 - the first electrically conductive cylindrical electrode; 4 - a cylindrical dielectric having magnetic properties; 5 - a second electrically conductive cylindrical electrode; 6 - air gap between the cylindrical dielectric and the solenoid; 7 - cryostat with liquid nitrogen; 8 - winding of a solenoid of high-temperature superconducting material; 9 - a generator of a pulsating unipolar voltage supplied to the electrodes 3 and 5; 10 - cryogenerator, maintaining the temperature of the nitrogen level in the cryostat (77 K).

На Фиг.2 обозначено: В - вектор индукции постоянного магнитного поля соленоида; q - связанный заряд в диэлектрике; v - скорость движения связанного заряда q при подаче на электроды 3 и 5 пульсирующего напряжения одного направления от генератора 9; Fл - вектор силы Лоренца, действующей со стороны магнитного поля на движущийся связанный заряд в диэлектрике; L - длина цилиндрического диэлектрика.Figure 2 indicates: B is the induction vector of a constant magnetic field of the solenoid; q is the bound charge in the dielectric; v is the velocity of motion of the bound charge q when applying to the electrodes 3 and 5 a pulsating voltage of one direction from the generator 9; Fl - the vector of the Lorentz force acting from the side of the magnetic field on the moving bound charge in the dielectric; L is the length of the cylindrical dielectric.

На Фиг.3 обозначено: Fa - сила Ампера, равнодействующая всех сил Лоренца, действующих на движущиеся связанные заряды диэлектрика со стороны постоянного магнитного поля соленоида; Famax - максимальное значение силы Ампера, возникающей в процессе поляризации диэлектрика; τп - время релаксации, равное продолжительности движения связанных зарядов в диэлектрике от момента подачи внешнего электрического поля до равновесного их состояния; Т - период подачи электрического поля одного направления; Faср - среднее значение силы Ампера, действующей на диэлектрик и создающей вращающий момент.Figure 3 indicates: Fa is the Ampere force that results from all the Lorentz forces acting on the moving bound charges of the dielectric from the side of the constant magnetic field of the solenoid; Fa max - the maximum value of the Ampere force arising in the process of polarization of the dielectric; τ p - relaxation time equal to the duration of the motion of the bound charges in the dielectric from the moment of supply of the external electric field to their equilibrium state; T is the period of supply of the electric field in one direction; Fa cp is the average value of the Ampere force acting on the dielectric and creating a torque.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

В качестве источника постоянного магнитного поля используется короткозамкнутый соленоид с обмоткой из высокотемпературного сверхпроводящего материала. Для создания пульсирующего электрического поля одного направления используются два электрода. Оба электрода выполнены в виде электропроводящих цилиндрических оболочек. Один электрод (3) через электроизоляцию (2) посажен на вал (1), который может вращаться внутри соленоида. Геометрическая ось вала совпадает с геометрической осью соленоида (см. Фиг.1). Этот электрод (3) изолирован от второго электрода (5) посредством цилиндрического диэлектрика (4), расположенного коаксиально первому и обладающего магнитными свойствами, т.е. способного пропускать магнитное поле от соленоида. Второй электрод (5) посажен коаксиально на цилиндрический диэлектрик (4) и изолирован от соленоида посредством воздушного зазора (6).A short-circuited solenoid with a winding of a high-temperature superconducting material is used as a source of a constant magnetic field. Two electrodes are used to create a pulsating electric field in one direction. Both electrodes are made in the form of electrically conductive cylindrical shells. One electrode (3) through electrical insulation (2) is mounted on a shaft (1), which can rotate inside the solenoid. The geometric axis of the shaft coincides with the geometric axis of the solenoid (see Figure 1). This electrode (3) is isolated from the second electrode (5) by means of a cylindrical dielectric (4) located coaxially with the first and having magnetic properties, i.e. capable of passing a magnetic field from a solenoid. The second electrode (5) is coaxially mounted on a cylindrical dielectric (4) and isolated from the solenoid by means of an air gap (6).

На электроды периодически (с некоторой частотой) подается однополярное напряжение от генератора (9), создающее между электродами пульсирующее электрическое поле одного направления. В результате воздействия этого поля на диэлектрик (4), расположенный между электродами (3) и (5), последний (диэлектрик) периодически поляризуется. Это означает, что в диэлектрике (4) в соответствии с прикладываемым электрическим полем возникает движение связанных электрических зарядов (ток поляризации) в одном направлении. Взаимодействие постоянного магнитного поля соленоида и периодически движущихся перпендикулярно ему зарядов одного направления приводит к возникновению периодически действующей на цилиндрический диэлектрик силы Ампера одного направления как равнодействующей сил Лоренца, действующих на отдельно взятые электрические заряды. Усредненные по времени силы Ампера (Фиг.3) действуют по всему периметру каждого сечения цилиндрического диэлектрика, создавая момент, приводящий вал с посаженным на него диэлектриком во вращение (см. Фиг.2).The electrodes are periodically (with a certain frequency) a unipolar voltage from the generator (9), which creates a pulsating electric field of one direction between the electrodes. As a result of the action of this field on the dielectric (4) located between the electrodes (3) and (5), the latter (dielectric) is periodically polarized. This means that in the dielectric (4), in accordance with the applied electric field, there is a movement of coupled electric charges (polarization current) in one direction. The interaction of the constant magnetic field of the solenoid and charges of one direction periodically moving perpendicular to it leads to the appearance of periodically acting Ampere forces of the same direction on the cylindrical dielectric as the resultant Lorentz forces acting on separately taken electric charges. The time-averaged Ampere forces (Figure 3) act along the entire perimeter of each section of a cylindrical dielectric, creating a moment that drives the shaft with the dielectric mounted on it in rotation (see Figure 2).

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 азотного уровня (77 К).To compensate for heat influxes (external — from the environment and internal — through the air gap from the rotating dielectric), a cryogenerator (10) is used to support the superconducting coil of the solenoid, which maintains the temperature of the nitrogen level in the cryostat (7) (in which the superconducting coil of the solenoid (8) is placed ( 77 K).

Изобретение обеспечивает получение больших вращающих моментов благодаря возможности создания внутри сверхпроводящего соленоида больших магнитных полей при малых затратах энергии для их поддержания.The invention provides large torques due to the possibility of creating large magnetic fields inside the superconducting solenoid at low energy costs to maintain them.

Claims (1)

Способ создания вращающего момента, заключающийся в том, что на цилиндрический диэлектрик, 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 цилиндрического диэлектрика, создавая вращающий момент, отличающийся тем, что в качестве источника постоянного магнитного поля используют короткозамкнутый заряженный электрическим постоянным током высокотемпературный сверхпроводящий соленоид, а для создания пульсирующего электрического поля применяют два цилиндрических электропроводящих электрода, аксиально охватывающих цилиндрический диэлектрик, запитываемых от генератора пульсирующего напряжения. The method of creating torque, which consists in the fact that a cylindrical dielectric, inserted through a cylindrical conductive electrode and electrical insulation on the shaft and having magnetic properties, is affected by constant magnetic and pulsating electric fields, the lines of force of which are crossed in the interaction zone so that the Ampere force arising as a result of the interaction of the fields, it is directed in one direction tangential to each cross section of a cylindrical dielectric, creating a torque about characterized in that a short-circuited high-temperature superconducting solenoid charged with electric direct current is used as a source of a constant magnetic field, and two cylindrical electrically conductive electrodes are used to create a pulsating electric field, axially covering a cylindrical dielectric, fed from a pulsating voltage generator.
RU2008103662/06A 2008-01-30 2008-01-30 Torque moment creating method RU2379551C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008103662/06A RU2379551C2 (en) 2008-01-30 2008-01-30 Torque moment creating method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008103662/06A RU2379551C2 (en) 2008-01-30 2008-01-30 Torque moment creating method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008103662A RU2008103662A (en) 2009-08-10
RU2379551C2 true RU2379551C2 (en) 2010-01-20

Family

ID=41049066

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008103662/06A RU2379551C2 (en) 2008-01-30 2008-01-30 Torque moment creating method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2379551C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008103662A (en) 2009-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5705902A (en) Halbach array DC motor/generator
KR102642478B1 (en) Magnetic field generation using magnetocaloric cooling
JP2011130654A (en) Ac generator
US11196331B2 (en) Compact high-efficiency, low-reverse torque electric power generator driven by a high efficiency electric drive motor
MXPA01004435A (en) A system for controlling a rotary device.
Merritt et al. Halbach array motor/generators: A novel generalized electric machine
RU2379551C2 (en) Torque moment creating method
US7071657B2 (en) Method and apparatus for the production of power frequency alternating current directly from the output of a single-pole type generator
US4841217A (en) Pulsed generator incorporating output waveform flexibility and a pulsed transformer
KR102195432B1 (en) One Body Electric Driving and Electric Power Generating Apparatus
RU2374488C1 (en) Method to create torque
CN107026559B (en) Method for generating magnetic field along center line and vertical center line and magnetic armature motor
US6054789A (en) Cylindrical permanent magnet magic ring electric motor and generator
Mognaschi et al. Asynchronous dielectric induction motor
RU2015148551A (en) Inertial electric motor
RU2008113281A (en) METHOD FOR CREATING A TURN FORCE CURRENT CIRCUIT ON A SPACE UNIT IN A PLANET MAGNETIC FIELD AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION (THEIR OPTIONS)
CA2998594A1 (en) The zero point pulse electrical generator
JP2023503794A (en) A unique way to harness the energy of magnetic domains present in ferromagnets and paramagnets
RU2510122C1 (en) Method to develop electrodynamic traction
RU2609524C1 (en) Multiphase motor-generator with magnetic rotor
BR112020016042A2 (en) resonance electrical amplification systems
Bessho et al. Asymmetrical eddy currents and concentration effect of magnetic flux in a high-speed rotation disc
Cheng et al. Comparison between electric excitation and permanent magnet excitation in brushless pulsed alternator system
RU2172865C2 (en) Method of generation of thrust
Wang et al. Electromotive force and magnetization process of a superconducting traveling-wave flux pump

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110131