ГЕНЕРАТОР МЕХАНИЧЕСКОЙ ВРАЩАТЕЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ (ВАРИАНТЫ)

ГЕНЕРАТОР МЕХАНИЧЕСКОЙ ВРАЩАТЕЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ (ВАРИАНТЫ)


RU (11) 2329586 (13) C2

(51) МПК
H02K 57/00 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2006105771/09 
(22) Дата подачи заявки: 2006.02.27 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2006.02.27 
(43) Дата публикации заявки: 2007.09.27 
(45) Опубликовано: 2008.07.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2004119071 A1, 10.12.2005. RU 2115209 C1, 10.07.1998. RU 94007021 A1, 10.06.1996. RU 2055236 C1, 27.02.1996. RU 2132109 C1, 20.06.1999. EP 0152252 A, 21.08.1985. GB 2262844 A, 30.06.1993. 
(72) Автор(ы): Жулин Юрий Иванович (RU); Правдивец Дмитрий Юрьевич (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Жулин Юрий Иванович (RU); Правдивец Дмитрий Юрьевич (RU) 
Адрес для переписки: 141007, Московская обл., г. Мытищи, ул. Попова, 13, кв.45, Ю.И.Жулину 

(54) ГЕНЕРАТОР МЕХАНИЧЕСКОЙ ВРАЩАТЕЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для получения механической вращательной энергии, возникающей в результате взаимодействия магнитного поля и магнитного поля нескольких отрезков проводника с током. Генератор механической вращательной энергии выполнен в виде немагнитного колеса, установленного осью-ступицей на подшипниках неподвижной немагнитной вилки. Его ось-ступица и обод соединены между собой К спицами, расположенными на одинаковом угловом расстоянии =2 /К, где К=2, 3, 4, ..., на каждой из которых соосно, вплотную к ободу колеса и на некотором расстоянии от оси-ступицы установлено тонкостенное тело из сверхпроводникового материала. Вокруг его стенки в продольном направлении намотана сверхпроводниковая обмотка. Сверхпроводниковые элементы помещены в криостаты. Немагнитное колесо может быть размещено во внешнем магнитном поле, направление максимального значения вектора магнитной индукции которого перпендикулярно плоскости колеса, или в поперечном магнитном поле одной и двух сверхпроводниковых катушек, установленных с одной или с противоположных сторон. 3 н.п. ф-лы, 4 ил., 7 табл. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области получения механической вращательной энергии, возникающей за счет взаимодействия магнитного поля внешнего пространства, например магнитного поля Земли, и магнитного поля нескольких Автономных эквивалентов отрезка проводника с током [1] (далее по тексту - Эквивалент), перемещающихся во вращательном движении поперек магнитно-силовых линий этого внешнего магнитного поля.

В технической и патентной литературе устройств, аналогичных предлагаемому генератору механической вращательной энергии, не обнаружено.

Целью генератора механической вращательной энергии (далее по тексту Генератор) является, при помещении Генератора во внешнее магнитное поле (1-ый вариант), получение механической вращательной энергии, которая может быть использована для получения электрической энергии, путем конструктивного объединения Генератора и генератора электрического тока - электрогенератора.

Указанная цель достигается тем, что используется сила, действующая на Автономный эквивалент отрезка проводника с током [1] (далее по тексту - Эквивалент), помещенный в магнитное поле внешнего пространства, в частности в магнитное поле Земли. В данном описании Эквивалентом названа (в соответствии с [1]) совокупность декларируемых в формуле изобретения полого тонкостенного цилиндрического тела из сверхпроводникового материала, вокруг стенки которого в продольном направлении намотана сверхпроводниковая обмотка, вводы которой подключены к сверхпроводниковому устройству импульсной накачки магнитного потока- Вводы этого устройства накачки магнитного потока, т.е. вводы Эквивалента, через коллекторные кольца и скользящие контакты подключены к источнику электропитания.

При этом Генератор выполнен (см. фиг.1) в виде изготовленного из немагнитного материала колеса, установленного осью-ступицей 1 на подшипниках немагнитной вилки 2, ось-ступица и обод 3 которого соединены между собой К спицами, расположенными на одинаковом угловом расстоянии =2 /К, где К=2, 3, 4... - число спиц, на каждой из которых, соосно, вплотную к ободу колеса, и на некотором расстоянии от оси-ступицы, установлен Эквивалент 5, а на оси-ступице, в качестве устройства подведения электропитания, размещен двухполюсный кольцевой коллектор 7 (см. фиг.4, на фиг.1 не показан), к каждому кольцу которого единообразно подсоединены вводы каждого Эквивалента, и к этим кольцам, через элементы передачи электроэнергии - скользящие контакты 8, например, через щетки или жидкометаллические токосъемные устройства [4, гл.18, с.236, рис.18.2; С.263, рис.18.12], и через замкнутые ключи (и/или врубные разъемы), подключен отключаемый источник электропитания (ОИЭП), предназначенный для предварительной (первоначальной) запитки до оптимального значения током сверхпроводниковой обмотки каждого Эквивалента, а к оси 6 оси-ступицы 1 непосредственно (или через узел механического соединения, или через электромагнитную муфту) присоединена механическая нагрузка - потребитель вращательной энергии, в частности, электрогенератор - например, сверхпроводниковый униполярный электрогенератор (СПУЭГ) [4, гл.18], или иного типа. Все сверхпроводниковые элементы до времен появления сверхпроводниковых материалов, не требующих охлаждения, помещены в криостаты, создающие и поддерживающие условия функционирования этих элементов в сверхпроводящем состоянии, а Генератор устанавливается во внешнем магнитном поле, например, в магнитном поле Земли, так, чтобы направление максимального значения вектора магнитной индукции внешнего магнитного поля было перпендикулярно плоскости вращения колеса.

Целью изобретения по 2-му варианту является исключение зависимости от магнитного поля внешнего пространства и создание самодостаточности системы Генератор - электрогенератор.

Указанная цель достигается тем, что в Генератор (см. фиг.1 и фиг.4), содержащий изготовленное из немагнитного материала колесо, установленное осью 6 оси-ступицы 1 на подшипниках неподвижной немагнитной вилки, с установленными на спицах 4 колеса, соосно с ними, эквивалентами отрезка проводника с током (далее Эквиваленты) 5, укрепленный на оси-ступице двухполюсный кольцевой электроколлектор 7, к каждому кольцу которого единообразно подсоединены вводы каждого Эквивалента, к кольцам электроколлектора через скользящие контакты 8 и через замкнутые ключи (и/или через размыкаемые разъемы) подключен отключаемый источник электропитания (ОИЭП) предварительной, первоначальной запитки Эквивалентов током, а к оси оси-ступицы присоединена механическая нагрузка - электрогенератор, например, сверхпроводниковый униполярный электрогенератор, в Генератор в плоскости вращения колеса и соосно с этим колесом, снаружи, установлен и укреплен на вышеупомянутой вилке индуктор 9 [4, гл.18] - сверхпроводниковая кольцевая катушка возбуждения магнитного поля, запитываемая от источника электропитания через устройство накачки магнитного потока [3, гл.Х1], например, через циклический трансформатор апериодического тока [4, гл.10, §10.4], создающая в плоскости вращения колеса Генератора поперечное магнитное поле, причем все сверхпроводниковые элементы Генератора до времен появления сверхпроводниковых материалов, не требующих охлаждения, помещены в криостаты, создающие и поддерживающие условия функционирования сверхпроводниковых элементов Генератора в сверхпроводящем состоянии.

Целью изобретения по п.3 является расширение конструктивно-компоновочных возможностей, заключающееся в том, что, в отличие от плоского расположения элементов Генератора (1-го и 2-го вариантов), в Генераторе 3-го варианта расположение его элементов приводит к возможности применения объемной компоновки, т.е. позволяет, увеличив длину Генератора вдоль его оси, уменьшить его диаметр, не ухудшая мощностных параметров. Такая возможность позволяет сконструировать Генератор так, чтобы его можно было поместить в удлиненное пространство ограниченного диаметра, например, в корпусе ракеты, что при плоской конструкции Генератора приводит к определенным трудностям. Указанная цель достигается тем, что изготовленное из немагнитного материала колесо, установлено осью-ступицей на подшипниках немагнитной вилки, ось-ступица и обод которого соединены между собой несколькими спицами, расположенными на одинаковом угловом расстоянии =2 /К, где К=2, 3, 4, ... - число спиц, на каждой из которых, вплотную к ободу колеса, и перпендикулярно этим спицам своей средней частью, установлено полое тонкостенное цилиндрическое тело из сверхпроводникового материала, вокруг стенки которого в продольном направлении намотана сверхпроводниковая обмотка, вводы которой подключены к сверхпроводниковому устройству импульсной накачки магнитного потока, а на оси оси-ступицы, в качестве устройства подведения электропитания, размещен двухкольцевой коллектор, к каждому кольцу которого единообразно подсоединены вводы вышеупомянутых сверхпроводниковых импульсных устройств накачки магнитного потока каждой вышеупомянутой обмотки (т.е. Эквиваленты), и к этим кольцам, через скользящие контакты, подключен источник электропитания, а к оси оси-ступицы непосредственно или через узел механического соединения, или через магнитную муфту, присоединена механическая нагрузка, причем для создания в плоскости вышеупомянутого колеса магнитного поля, вектор которого направлен перпендикулярно вышеупомянутым полым тонкостенным цилиндрическим телам из сверхпроводникового материала со сверхпроводниковыми обмотками (т.е. к Эквивалентам), снаружи колеса по одну и по другую сторону от пего параллельно его плоскости установлены подключенные к источнику электропитания через сверхпроводниковые устройства импульсной накачки магнитного потока сверхпроводниковые индукторы так, что оконечности вышеупомянутых полых тонкостенных сверхпроводниковых цилиндрических тел со сверхпроводниковыми обмотками (т.е. оконечности Эквивалентов) расположены с некоторым зазором между катушками индукторов, при этом указанные выше сверхпроводниковые элементы помещены в криостаты (или - в один общий криостат).

На фиг.1 изображен генератор механической вращательной энергии (Генератор).

На фиг.2 показаны обозначения размеров и некоторых величин, необходимых для описания работы Генератора.

На фиг.3 приведен рисунок [2, рис.156], иллюстрирующий результат взаимодействия магнитного поля внешнего пространства и циркулярного магнитного поля линейного тока, в нашем случае - тока Эквивалента [1].

На фиг.4 приведена упрощенная схема электро-механических соединений Генератора (системы Генератор-электрогенератор).

На фиг.1 и фиг.4 позициями обозначено:

1 - ось-ступица колеса Генератора;

2 - неподвижная немагнитная вилка (или корпус Генератора);

3 - обод колеса;

4 - спицы с установленными на них Эквивалентами;

5 - Эквиваленты (включающие в себя тонкостенное тело из сверхпроводникового материала, вокруг стенки которого в продольном направлении намотана сверхпроводниковая обмотка, вводы которой подключены к выходным выводам устройства импульсной накачки магнитного потока);

6 - ось (вал) оси-ступицы 1, к которой механически подсоединен ротор (якорь) электрогенератора;

7 - кольца электроколлектора, установленные через изолирующую прокладку на оси-ступице 1 Генератора,

8 - вводы электропитания, через скользящие контакты и кольца электроколлектора единообразно соединенные со вводами Эквивалентов;

9 - индуктор Генератора (включающий в себя последовательно соединенные кольцевую сверхпроводниковую катушку и устройство импульсной накачки магнитного потока).

На фиг.4 обозначено:

УНМП - устройство накачки магнитного потока;

БУ - блок управления;

СПУЭГ - сверхпроводниковый униполярный электрогенератор;

ДСВ - датчик скорости вращения оси (вала) Генератора;

ЭН - электропагрузка, например; сверхпроводниковый индуктивный накопитель электроэнергии (СПИНЭ) и/иди криогенная аппаратура, предназначенная для поддержания сверхпроводящего состояния сверхпроводниковых элементов и устройств Генератора;

ОИЭП - отключаемый источник электропитания, предназначенный для первоначальной (предварительной) запитки током Эквивалентов 5 и индукторов 9;

МН - механическая нагрузка.

Угловыми стрелками обозначены цепи сигналов управления, тонкими стрелками - цепи электропитания.

[Поскольку в предлагаемом Генераторе применен Эквивалент [1], то данную заявку можно отнести к разряду заявок «на применение». Однако Генераторов, подобных предлагаемому, не известно, поэтому данную заявку следует отнести к разряду заявок «на устройство»].

Работа Генератора основана на особых свойствах примененных в нем Эквивалентов [1]. Эквивалент - это электромагнитно-силовой элемент, представляющий собой полое тонкостенное протяженное тело, выполненное из сверхпроводникового материала, вокруг стенки которого в продольном направлении намотана сверхпроводниковая, замкнутая через внутренний источник электропитания, включающий в себя схему управления и защиты [4, гл.10, рис.10.2, рис.10.3] и устройство накачки магнитного потока [3, гл.Х1], или, например, циклический трансформатор апериодического тока [4, гл.10, §10.4), обмотка, по которой протекает незатухающий ток. Полое тонкостенное протяженное сверхпроводниковое тело («труба») в сверхпроводящем состоянии является «идеальным» диамагнитным экраном [11, с.72-75, 13, с.65, 66, 72-75], экранирующим части витков обмотки, расположенные в его полости как от магнитного поля наружной части обмотки, так и от магнитного поля внешнего пространства.

Предполагается, что до времен, когда появятся сверхпроводниковые материалы, не требующие охлаждения, каждый Эквивалент и иные сверхпроводниковые узлы заключены в криостат и приведены в сверхпроводящее состояние.

Токи витков обмотки (при ее запитке током) индуцируют в сверхпроводящей поверхности экрана суммарный ток, направление которого совпадает с продольным направлением тока в проводе обмотки. Токи обмотки и экрана генерируют циркулярные магнитные поля, которые снаружи обмотки циркулируют вокруг продольной оси Эквивалента в том же направлении и, складываясь, простираются в бесконечность. Магнитные поля, создаваемые обратными токами обмотки и экрана в полости экрана, практически полностью взаимно компенсируются так, что суммарное магнитное поле в полости экрана практически равно нулю. Можно сказать, что сверхпроводящий экран экранирует токи и поля, циркулирующие в его полости, то есть они никак не проявляют себя снаружи Эквивалента. Наружные поля также практически не проникают в полость экрана [11, с.72-75; 13] и не взаимодействуют с полями полости, тем более, что суммарное значение полей токов обмотки и экрана в полости экрана равно нулю.

Таким образом, Эквивалент представляет собой как бы отрезок проводника, в поверхности которого ток обмотки и ток экрана протекают в одном и том же продольном направлении от одного конца Эквивалента к другому его концу. А как известно, [2, §76, §84], на отрезок проводника массы m, длины l, с продольным поверхностным током I, помещенный в магнитное поле внешнего пространства перпендикулярно магнитно-силовым линиям этого поля (т.е. перпендикулярно к вектору магнитной индукции В поля), действует (движущая) сила Ампера FA=B·l·I или m·а = B·l·I (т.к. FA=m·а), направление которой определяется правилом «левой руки» [2, §76, рис.111]. Результат взаимодействия магнитного поля внешнего пространства и циркулярного магнитного поля проводника (Эквивалента) проиллюстрирован рисунком [2, рис.156], представленным на фиг.3.

Следовательно, с началом запитки Эквивалента, помещенного в магнитное поле, током dI от внешнего источника электропитания появится действующая на Эквивалент движущая сила, направленная перпендикулярно к продольной оси Эквивалента

dFA=m·da=B·l·dI, где В нормальная составляющая магнитного поля внешнего пространства.

В отсутствие поля тяготения отдельный (свободный) Эквивалент под действием силы dFA начнет перемещаться в пространстве внешнего магнитного поля с ускорением

da=dF A/m=B·(l/m)·dI.

А в Генераторе под действием на Эквиваленты силы dFA колесо начнет вращаться с возрастающей скоростью.

В Генераторе процесс запитки каждого Эквивалента током dI (до некоторого значения I o) производится в соответствии с формулой [3, гл.Х1, (11.3); 4, ф-ла (10-1)]

u=L·dI/dt или dI=(u/L)·dt, или dI/dt=u/L

в течение времени То, пока полный ток Эквивалента (Io=I э+Iоб, [1]) не достигнет значения Io=(uo/L)·T o, определяемого известными ограничивающими факторами (критический ток и критическая напряженность поля применяемых сверхпроводниковых материалов);

здесь L - индуктивность Эквивалента.

По прошествии времени Тo внешний источник электропитания первоначальной запитки отключается с одновременным замыканием обмотки каждого Эквивалента на внутренний источник питания, необходимый для компенсации резистивных потерь [3, с.187], а также для осуществления требуемых корректировок под управлением системы автоматического регулирования. Внутренним источником электропитания могут служить вышеупомянутые униполярный генератор, топологический генератор, а также предварительно запитанный электроэнергией сверхпроводниковый индуктивный накопитель электроэнергии [13, с.21-23] (далее, в рабочем режиме, питаемый электрогенератором).

Формула, отображающая силовое взаимодействие прямолинейного тока Эквивалента и магнитного поля внешнего пространства, приобретает классический вид FA=m·а=B·l·I o.

При вращательном движении Эквивалента в Генераторе (фиг.1, фиг.2) элементарная механическая работа, совершаемая током Iо Эквивалента, помещенного во внешнее магнитное поле с индукцией В, описывается формулой [2, §84]

A=B·I·dS=B·l·I·r·d ,

где dS=l·r·d - площадь, перекрываемая Эквивалентом при его вращательном движении под действием силы FA от исходного положения до положения отмеченного углом (фиг.2),

d - приращение угола поворота Эквивалента при перемещении во вращательном движении поперек магнитно-силовых линий внешнего магнитного поля с нормальной к плоскости вращения Эквивалента составляющей индукции В, под действием силы dF A=m·da=B·l·dI,

l - длина Эквивалента,

r - расстояние от оси Генератора до середины Эквивалента (плечо).

Поскольку FA=m·a=B·l·I, то А=В·l·I·r·d =FA·r·d =m·а ·r·d , здесь а - тангенциальное (линейное) ускорение средней точки Эквивалента,

r·d - путь, пройденный этой точкой по дуге окружности радиуса r при повороте Эквивалента на угол d (в радианах).

Если каждый Эквивалент Генератора выполнить, например, в соответствии со следующими размерами:

- радиус экрана rэ=l/20=0,05·l, где l длина экрана ( длина Эквивалента), диаметр экрана (% диаметр Эквивалента) dэ=l/10=0,1·l,

- толщина стенки экрана bэ=0,01 dэ =0,02 rэ=0,001·l,

то число витков, которое можно уложить в один слой вплотную (с некоторым зазором от поверхности экрана, приблизительно равным 50·10 -6 м) на внутренней поверхности экрана, наматывая обмотку вокруг его стенки в продольном направлении сверхпроводниковым проводом [7, с.182, нижний провод] с диаметром d пр=400·10-6 м (r пр=200·10-6 м),

будет

w=2 [rэ-(bэ+r пр+50·10-6)]/d пр=2 ·[0,05·l-(0,001·l+250·10 -6)]/400·10-6

Приняв для определенности, что длина Эквивалента l=1 м, найдем число витков обмотки w=6,28[0,05-(0,001+250·10-6 )]/400·10-6=6,28·48,75·10 -3/400·10-6=765 750 вит.

В [1] приведена формула для оценки индуктивности Эквивалента, полученная с использованием формул [12, гл.10],

L=2·10-7·l·w[ln(2l/r об)+ln(2l/rэ)+2ln(2l/(r об-rэ))-4],

где l - длина Эквивалента ( длина экрана),

w - число витков обмотки,

r об - радиус наружного слоя обмотки (по осям провода),

rэ - радиус наружной поверхности экрана,

(rоб-rэ) - расстояние между поверхностью экрана и наружным слоем обмотки по осям провода,

ln - натуральный логарифм.

В процессе первоначальной запитки Эквивалента к моменту То средняя точка Эквивалента приобретет тангенциальную скорость o .

При этом приращение ускорения средней точки Эквивалента будет

da=(B·l/m)·dI=(B·l/m)·(dI/dt)·dt=(B·l/m)·(u/L)·dt, т.к. (dI/dt) u/L.

Интегрирование дает a o =(В·l/m)·(u/L)·To .

А поскольку ao (B·l/m)·To(dI/dt) и ao =d /dt, то d /dt=(В·l/m)·To·(dI/dt) или d =(B·l/m)·То·dI. И интегрирование дает выражение для скорости средней точки Эквивалента, приобретенной к моменту времени То:

o =(B·l/m)·Io·T o или o =(B·l/m)·(u/L)·(To )2, т.к. Io=(u/L)·T o;

или o =(B·l/m)·(L/u)·(Io )2, т.к. To=(L/u)·I o.

Таким образом,

аo =(В·l/m)·Io, a o =(В·l/m)·(u/L)·To , aо = o /To;

o =(B·l/m)·Io·T o, o =(B·l/m)·(u/L)·(To )2, o =(B·l/m)·(L/u)·(Io )2,

o =ao ·To.

[В вышеприведенных формулах u - некоторое, непосредственно не измеряемое напряжение; далее будет понятно, что u=w·Rэ·u об.]

В соответствии с [1], полный ток экрана I э, выраженный через полный ток обмотки I об, есть Iэ=Iоб ·rэ/(rоб-r э).

Полный ток Эквивалента

I o=Iэ+Iоб=I об·[rэ/(rоб -rэ)+1]=Iоб·R э, где Rэ=[rэ /(rоб-rэ)]+1,

откуда

Iэ=Iоб ·(Rэ-1), а Io =Iоб·Rэ, причем полный ток в сечении наружного слоя обмотки I об=iоб·w, где i об - ток, протекающий в проводе обмотки с числом витков w. Поэтому Iэ=iоб ·w·(Rэ-1), Io =iоб·w·Rэ .

Поскольку скорость нарастания тока в обмотке di об/dt=uоб/L, то напряжение внешнего источника питания, приложенное к обмотке, будет u об=L·diоб/dt.

В [4, гл.10, с.101] отмечено, что обычно принимается diоб /dt 1 А/с, при этом uоб=L·di об/dt. (Скорость нарастания тока в проводе обмотки при некоторых условиях может достигать существенно больших значений [3, с.217, с.223], вплоть до 600 А/с [7, с.181]).

К моменту То отключения внешнего источника питания и замыкания обмотки на внутренний источник питания, ток в проводе обмотки будет

iоб=(u об/L)·To=(di об/dt)·To.

Так как полный ток в сечении наружного слоя обмотки есть

I об=iоб·w=(uоб /L)·То·w, и в наружной поверхности экрана

Iэ=Iоб ·(Rэ-1)=iоб·w·(R э-1)=w·(Rэ-1)·(u об/L)·To, то полный ток Эквивалента (в его сечении) будет Iо=I э+Iоб=iоб·w·R э

или Iо=(u об·w/L)·Rэ·T o, где Rэ=[rоб /(rоб-rэ)], откуда время первоначальной запитки можно определить как T o=[(L/uоб·w)/R э]·Io.

Таким образом, для тангенциальной скорости средней точки Эквивалента к моменту То можно записать

o =(B·l/m)·Io·T o или o =[(B·l/m)·(L/uоб·w)/R э]·(Io)2 , или

o =(B·l/m)·(uоб·w/L)·R э·(To)2 =(B·l·w/m)·Rэ·(T o)2·(diоб /dt).

Следует отметить, что в последнем выражении величины, стоящие в знаменателе, четко указывают на то, что инерционность Эквивалента характеризуется инерционностью массы m, и инерционностью индуктивности L. Чем больше m и L, тем большее время, необходимо для достижения заданной скорости вращения Генератора.

Для тангенциального ускорения средней точки Эквивалента можно записать

ao = о /To, ao =(В·I/m)·Io, или

аo =(B·l·w/m)·Rэ ·(uоб/L)·To =(В·l·w/m)·Rэ·(di об/dt)·To.

Ранее было показано, что элементарная механическая работа, соответствующая току Iо Эквивалента, помещенного во внешнее магнитное поле, описывается формулой [2, §84; 6, гл.1.1-1.4, конкретно: §1.1.5, §1.3.1]:

A=B·l·Io·r·d =FA·r·d =m·a ·r·d .

Механическая мощность (мгновениая мощность) [6, гл.1.1-1.4; конкретно: §1.3.1] на валу Генератора, соответствующая одному Эквиваленту, т.е. элементарная работа, совершаемая в единицу времени одним Эквивалентом Генератора, равна:

N 1= A/dt=FA·r·(d /dt)=FA·r· =FA· , где

(d /dt)= - угловая скорость поворота Эквивалента (радиан/с),

r· = - тангенциальная скорость средней точки Эквивалента, выраженная через плечо r и угловую скорость ;

используя FA=B·l·I=B·l·(i об·w·Rэ), i об=(uоб/L)·T,

o =(B·l·w/mL)·Rэ ·T2·uоб , uоб/L=diоб/dt, получим

N1=[(B·l·w) 2/mL]·(Rэ)2 ·T2·(uоб /L)·uоб·T или

N 1=[(B·l·w)2/mL]·(R э)2·T2 ·(diоб/dt)2·L·T - механическая мгновенная мощность на валу Генератора, соответствующая одному Эквиваленту.

NK=К·N 1 - мощность, отдаваемая механической нагрузке, несколькими (К) Эквивалентами.

Для получения наибольшей мощности в магнитном поле Земли Генератор следует устанавливать так, чтобы вектор магнитной индукции внешнею поля был параллелен оси Генератора. Эквиваленты Генератора должны запитываться током так, чтобы ток в наружной поверхности каждого Эквивалента, т.е. в наружной поверхности экрана и наружной части витков обмотки, протекал в одинаковом направлении либо от оси к ободу, либо, наоборот, от обода к оси. От направления этого тока зависит направление вращения колеса Генератора.

При расположении Генератора в окрестности одного из магнитных полюсов Земли, где индукция вертикальной составляющей магнитного поля у поверхности Земли наибольшая и составляет около 70·10-6 Т [5, с.43], плоскость колеса Генератора должна быть перпендикулярна к магнитной оси Земли.

Магнитно-силовые линии магнитного поля Земли, выходя из Южного магнитного полюса, огибают Землю и входят в нее в окрестности Северного магнитного полюса [5].

Однако в приведенных выше формулах не учтен один существенный факт.

При перемещении в магнитном поле проводников со скоростью в них наводится эдс электромагнитной индукции =-В·l· [2, §142].

При запитке каждого Эквивалента током I от внешнего источника накачки тока напряжением u, колесо Генератора под действием силы FA=m·а=В·l·I начинает вращаться с возрастающей скоростью так, что тангенциальная скорость средней точки каждого Эквивалента будет

=f(uоб=const, T)=(В·l/m)·(w/L)·R э·T2·uоб .

Но с возрастанием скорости , в каждом проводнике обмотки Эквивалента, движущегося в магнитном поле, возникает возрастающая эдс электромагнитной индукции (эдс э.-м. индукции)

=-В·l· , которая приводит к уменьшению напряжения u об на величину u =- w=В·l· ·w. Если не принять мер коррекции, то работа Генератора будет происходить соответственно формуле

= (uоб=const, T, u = ar)=(В·l/m)·(w/L)·Rэ ·T2·(uоб -u ) или

=(В·l/m)·(w/L)·Rэ ·Т2·(uоб -В·l·w· ), откуда

=uоб/{[m·L/(B·l·w·R э·T2)]+B·l·w}. При Т lim =uоб/(B·l·w).

Используя некоторые конкретные значения входящих в формулы величин: B=30·10-6 Т, l=1 м, m=100 кг, (diоб/dt)=1 А/с, L=3,2·10 -3 Гн, uоб=L·(di об/dt)=3,2·10-3 В, R э=201, w=750 вит., оценим, как изменяется тангенциальная скорость средней точки Эквивалента в функции от времени, если не применять мер коррекции (см. Табл.1).

Таблица 1 
T, с 0 0,1 0,2 0,5 
, м/c 0 0,451·10-3 1,786·10-3 10,474·10 -3 
Табл.1 (продолжение) 
Т, с 1 2 5 10 
, м/с 34,31·10 -3 79,62·10 -3 126,3·10-3 137,89·10-3 
Табл.1 (продолжение) 
T, с 20 50 100 
, м/с 141,1·10 -3 142,0·10 -3 142,178·10 -3 142,(2)·10-3 


Данные, приведенные в таблице, отображают неутешительный результат: колесо Генератора (если не принять никаких мер коррекции) вращается очень медленно, вложенные энергетические затраты никак не оправдываются,

Для того чтобы Генератор работал эффективно при заданной, более высокой, тангенциальной скорости вращения , напряжение uип источника питания, питающего обмотку не должно быть постоянной величиной, а должно непрерывно корректироваться при помощи системы автоматического регулирования на величину uкорр=B·l· ·w так, чтобы возникшая в Эквиваленте эдс э.-м. индукции - w=B·l· ·w u компенсировалась добавочным к uоб напряжением uкорр=B·l· ·w. В этом случае формула для тангенциальной скорости примет вид

v =(B·l/m)·(w/L)·Rэ ·T2·(uоб -u + корр)=(B·l/m)·(w/L)·R э·T2·uоб ,

т.е. прежний вид, и все ранее приведенные формулы останутся в силе.

Формула, характеризующая выходную мощность Генератора, останется прежней

NK=K·(F A· )=К·m·a · =К·m·(а )2·Т=К·m·( )2/T=К·(В·l·I) 2·T/m.

При этом, т.к. напряжение u =- w=В·l· ·w, и, поскольку без принятия мер коррекции =(B·l/m)·(w/L)·Rэ ·T2·(uоб -B·l·w· ), то u =[(B·l·w)2/(m·L)]·R э·Т2·uоб . Для полной компенсации влияния u точно так же должно изменяться напряжение коррекции

uкорр=[(В·l·w) 2/(m·L)]·Rэ·Т 2·uоб. Тогда, как и ранее, будет =[(B·l·w)/(m·L)]·R э·T2·(u об-u + корр)=[(B·l·w)/(m·L)]·R э·T2·uоб .

Принцип компенсации влияния эдс э.-м. индукции должен применяться как при начальной запитке Эквивалентов током, так и в рабочем режиме, т.е. после отключения внешнего источника электропитания и замыкания обмоток Эквивалентов через внутренние источники питания (например, как показано в [1], через систему накачки магнитного потока [3, гл.Х1; 4, гл.10]), с применением системы автоматического регулирования, служащие как для компенсации влияния эдс э.-м. индукции, так и для компенсации иных возможных потерь и удержания скорости вращения колеса Генератора в заданных пределах при изменяющихся электрической и механической нагрузках.

Мощность, развиваемая источником питания для получения механической мощности N1, есть Nип =iип·uип=(u об+uкорр)2·Т/L,

[т.к. uип/L=iип /T, то iип=uип·T/L, a uип=(uоб+u корр),

поэтому Nип=i ип·uип=(uоб +uкорр)2·T/L]; а поскольку

uкорр=[(B·l·w) 2/m·L)·Rэ·u об·T2=[(B·l·w) 2/m·L)·Rэ·L·(di об/dt)·T2, то

N ип={1+[(B·l·w)2/mL]·R э·T2}2 ·(uоб/L)·uоб ·T=

={1+[(B·l·w)2/mL]·R э·T2}2 ·(diоб/dt)2·L·T;

iип=(uоб+u корр)·T/L - ток, посылаемый в обмотку источником питания, причем часть тока iкорр=u корр·T/L направлена противоположно току i эми=u ·T/L, создаваемому в витках обмотки напряжением э.-м. индукции u =B·l·w· .

Таким образом, механическая мощность на валу Генератора, создаваемая одним Эквивалентом, есть

N 1=[(B·l·w)2/mL]·(R э)2·(uоб /L)·uоб·T3 или

N1=[(B·l·w) 2/mL]·(Rэ)2 ·T2·(diоб /dt)2·L·Т

при затратах мощности источником питания

Nип={1+[(B·l·w) 2/mL]·Rэ·T 2}2·(uоб /L)·uоб·T или

N ип={1+[(B·l·w)2/mL]·R э·T2}2 ·(diоб/dt)2·L·T;

N1=(N1-N ип) - полезная (избыточная) мощность, отдаваемая одним Эквивалентом;

NK=K·(N1 -Nип) - полезная мощность, отдаваемая Генератором, где K число используемых Эквивалентов;

N 1/Nип - отношение получаемой механической мощности к мощности, расходуемой источником электропитания (эффективность преобразования Генератора);

n= /(2 ·r) - число оборотов колеса Генератора в единицу времени, (1/с), где r - плечо силы FA.

Время To, при котором избыточная мощность N1 принимает максимальное значение, определяется следующим образом:

N1=(N1-N u)=

=[(B·l·w)2/mL]·(R э)2·(uоб ·/L)·uоб·T 3-{1+[(B·l·w)2/mL]·R э·T2}2 ·(uоб/L)·uоб ·T=

={[(B·l·w)2/mL]·(R э)2·T3 -2[(B·l·w)2/mL]·R э·T3-[(B·l·w) 4/(mL)2]·(Rэ )2·T5-T}·

·(uоб/L)·u об={[(B·l·w)2/mL]·[(R э)2-2·Rэ ]·T3-[(B·l·w) 4/(mL)2]·(Rэ )2·T5-T}·

·(uоб/L)·u об.

Условие экстремума: d(N1 -Nип)/d(T)=0; (uоб /L)·uоб=(diоб /dt)2·L 0;

5[(B·l·w)4/mL) 2]·(Rэ)2 ·T4-3·[(B·l·w) 2/mL]·[(Rэ)2 -2Rэ]·T2+1=0 или

T4-{3·(mL)·(R э-2)/[5·[B·l·w)2·R э}·T2+(mL)2 /[5·[B·l·w)4·(R э)2]=0. Поэтому

T o=±[(m·L/10·Rэ)/(B·l·w) 2]0,5·{3·(R э-2)±[9·(Rэ-2) 2-20]0,5}0,5 .

Анализ полученных выше формул приводит к следующему.

Поскольку To=±[(m·L/10·R э)/(B·l·w)2] 0,5·{3·(Rэ-2)±[9·(R э-2)2-20]0,5 }0,5, то квадрат времени выхода Генератора на оптимальный режим работы пропорционален массе, соответствующей одному Эквиваленту, т.е. (Тo) 2˜m. (Следует отметить, что масса m включает в себя не только массу Эквивалента, но и соответствующую долю массы элементов вращающегося колеса Генератора и других вращающихся элементов, в частности, вращающихся элементов электрогенератора).

Из формулы для То следует (на первый взгляд), что при заданном значении величины [mL/(B·l·w) 2] время То зависит только от коэффициента Rэ. Однако в формулу входит величина L (индуктивность Эквивалента), которая также зависит от R э.

Ранее была приведена формула оценки индуктивности Эквивалента [1]:

L=2·10-7·l·w·{ln(2l/r об)+ln(2l/rэ)+2ln[2l/(r об-rэ)]-4}.

С учетом того, что

Rэ=[rэ/(r об-rэ)]+1=[rоб /(rоб-rэ)] - коэффициент, показывающий, во сколько раз радиус наружной части обмотки r об больше "зазора" (rоб -rэ) между наружной поверхностью экрана и центрами проводов наружной части однослойной обмотки Эквивалента;

[rэ(rоб-r э)]=Rэ-1;

(r об-rэ)=rэ/(R э-1);

rоб=r э·Rэ/(Rэ -1);

для индуктивности L можно записать

L=2·10 -7·l·w·{4ln(2l/rэ)+3ln(R э-1)-ln(Rэ)-4}.

Например, при l=1 м, rэ=0,05 м, w=750 вит. для R э=201 имеем Rэ-1=200,

(r об-rэ)=rэ/(R э-1)=0,05/200=250·10-6 м.

4ln(2l/rэ)=4ln40=4·3,6888=14,7552,

3ln(Rэ-1)=3ln200=15,9099,

ln(R э)=ln201=4,6052, поэтому

L=2·10 -7·1·750·{14,7552+15,9099-4,6052-4}=3,158985·10 -3 Гн.

В [1] для обмотки выбран провод, радиус которого rпр=200·10-6 м (при радиусе сверхпроводниковой жилы rж =125·10-6 м), поэтому минимальный зазор между экраном и центрами проводов наружной части обмотки может составлять (rоб-r э)мин=200·10 -6 м. Следовательно, минимально возможный наружный радиус обмотки (при rэ=0,05 м) может быть r об=rэ+rпр=0,05+200·10 -6=0,050200 м. Минимальному зазору (rоб -rэ)мин=200·10 -6 м соответствует максимально возможное значение коэффициента

Rэ макс=[rэ/(r об-rэ)мин]+1=[0,05/(200·10 -6)]+1=251.

Поэтому для Rэ макс =251

L=2·10-7·1·750·{4ln40+3ln250-ln251-4}=3,26913·10 -3 Гн.

Другим значениям Rэ соответствуют другие значения L.

Ниже (табл.2) приведены результаты оценочных расчетов для заданных значений: В=30·10 -6 Т, l=1 м, r=0,05 м, w=750 вит., m=100 кг, di об/dt=1 А/с и ряда значений коэффициентов R э (от Rэ макс=251 до R э мин=3,4907119); при этом оценены:

(r об-rэ)=rэ/(R э-1) - значение величины зазора между поверхностью экрана и наружным слоем обмотки (по центрам проводов);

L=2·10 -7·1·750·{4·ln40+3·ln(R э-1)-ln(Rэ)-4} - индуктивность Эквивалента;

To=±[(m·L/10·R э)/(B·l·w)2] 0,5·{3·(Rэ-2)±[9·(R э-2)2-20]0,5 }0,5 - момент времени выхода Генератора на оптимальный режим работы (когда избыточная мощность Генератора N1=(N1-N ип) - максимальна); эта формула дает два положительных корня, соответствующих двум максимумам величины N1; знак "минус" в выражении, заключенном в фигурные скобки, дает корень, значение которого много меньше корня, соответствующего знаку "плюс"; первому корню соответствует момент времени первого небольшого отрицательного максимума избыточной мощности

N1=(N1-N ип)мин, имеющий место в самом начале разгона колеса Генератора; второму корню (знак "плюс") соответствует момент времени второго положительного (по модулю много большего, чем первый) максимума избыточной мощности N1=(N1-N ип)макс; ниже будут оценены величины, соответствующие только второму максимуму;

N 1=[(B·l·w)2/mL]·(R э)2·Т2 ·(diоб/dt)2·L·Т - получаемая механическая мощность;

Nип ={1+[(B·l·w)2/mL]·R эT2}2·{di об/dt}2·L·T - затрачиваемая электрическая мощность;

N1=(N1-N ип) - полезная (избыточная) мощность, отдаваемая одним Эквивалентом;

N1/N ип - отношение получаемой механической мощности к мощности, расходуемой источником электропитания (эффективность Генератора);

uоб=L·(diоб /dt) - результирующее напряжение, приложенное к обмотке;

iоб=(uоб/L)·Т о=(diоб/dt)·Т о - ток в обмотке Эквивалента к моменту времени Т о;

Iоб=iоб ·w=(uоб/L)·w·T o=(diоб/dt)·w·Т о=(diоб/dt)·w·T o - полный (суммарный) ток в сечении наружной части обмотки,

Iэ=Iоб·(R э-1)=iоб·w·(R э-1)=w·(Rэ-1)·(u об/L)·То=w·(R э-1)·(diоб/dt)·T o - полный ток в сечении наружной поверхности экрана;

Io=Iэ+I об=iоб·w·R э=w·(uоб/L)·R э·Тo=w·(di об/dt)·Rэ·T o - полный (суммарный) ток в сечении наружной поверхности Эквивалента;

FA=B·l·I o=(В·l·w)·iоб·R э=(B·l·w)·(uоб/L)·R э·To=(B·l·w)·R э·To·(di об/dt) - движущая сила, приложенная к средней точке Эквивалента перпендикулярно к его оси;

аo =FA/m=(B·l·w/m)·R э·(uоб/L)·T o=(В·l·w/m)·Rэ·(di об/dl)·To - линейное (тангенциальное) ускорение средней точки Эквивалента к моменту времени T o;

o =ao ·Тo=(В·l·w/m)·(u об/L)·Rэ·(T o)2=(В·l·w/m)·R э·(To)2 ·(diоб/dt) - линейная (тангенциальная) скорость средней точки Эквивалента к моменту времени T o;

n= /(2 ·r) - число оборотов колеса Генератора в единицу времени, где r - расстояние от оси колеса до средней точки Эквивалента (плечо);

uкорр=(B·l·w)· =[(В·l·w)2/m·L)]·R э·(Тo)2 ·L·(diоб/dt) - напряжение, выдаваемое источником электропитания дополнительно к заданному значению uоб, компенсирующее напряжение

u =(В·l·w)· =[(В·l·w)2/m·L)]·R э·(Тo)2 ·L·(diоб/dt); u - напряжение, возникающее в обмотке под влиянием э.-м. индукции при скорости вращения Эквивалента во внешнем магнитном поле;

uип=(uоб+u корр) - напряжение источника электропитания, приложенное к обмотке Эквивалента;

iип=(u об+uкорр)·T/L - ток, посылаемый в обмотку источником питания, причем часть тока i корр=uкорр·Т/L направлена противоположно току iэми=u ·T/L, создаваемому в витках обмотки напряжением э.-м. индукции u =В·l·w· . При этом мощность, развиваемая источником питания для получения механической мощности N1, есть

Nип=iип ·uип=(uоб+u корр)2·T/L={1+[(B·l·w) 2/mL]·Rэ·T 2}2·(uоб /L)·uоб·T или N ип={1+[(B·l·w)2/mL]·R э·T2}2 ·(diоб/dt)2·L·T.

Результаты расчетов сведены в таблицу 2. B=30·10 -6 Т, l=1 м, r=0,05 м, w=750 вит., m=100 кг, di об/dt=1 А/с;

Табл.2 
Rэ 251 201 151 
(r об-rэ), м 200·10 -6 250·10-6 333,(3)·10-6 
L, Гн 3,26913·10 -3 3,158985·10-3 3,1155·10-3 
(То) -, с 0,0581124 0,0721323 0,0955042 
(Т о)+, с 19,60514 19,252729 19,08781 
N1, Вт 2403,3792 1459,5994 802,76275 
Nип, Вт 1449,738 881,6168 485,95796 
N1, Вт 952,8129 577,9826 316,80479 
N2, Вт 1905,6258 1155,9652 633,60958 
N1/N ип 1,6578024 1,6555939 1,6519181 
u об, В 3,26913·10 -3 3,158985·10-3 3,1155·10-3 
iоб, А 19,60514 19,252729 19,08781 
Iоб, А 14703,855 14439,543 14315,857 
Iэ, А 3,6759637·106 2,88779086·10 6 2,1473784·106 
Iо, А 3,6906675·106 2,9023481·106 2,1616944·10 6 
FA, Н 110,72002 87,070443 64,850832 
а о , м/с2 1,1072002 0,8707044 0,6485083 
o , м/с 21,706814 16,763431 12,378603 
n, 1/с 3,4564987 2,6693361 1,9725482 
u корр, В 0,4884033 0,3771771 0,2785185 
uип, В 0,4916724 0,380336 0,281634 
iип, В 2948,5847 2317,9926 1725,4938 
Табл.2 (продолжение) 
Rэ 101 51 21 
(rоб-rэ ), м 500·10-6 1·10-3 2,5·10-3 
L, Гн 2,99469·10-3 2,890275·10-3 2,50467·10-3 
(То) -, с 0,140449 0,2760043 0,636036 
(Т о)+, с 18,651492 18,139499 16,375723 
N1, Вт 335,08 78,592521 9,2940399 
Nип, Вт 203,7462 48,430257 6,2887204 
N1, Вт 132,08678 28,038254 3,5153131 
N2, Вт 262,6667 60,324528 5,830639 
N1/N ип 1,644595 1,6227979 1,4635791 
u об, В 2,99469·10 -3 2,890275·10-3 2,50467·10-3 
iоб, А 18,651492 18,139499 16,375723 
Iоб, А 13988,619 13604,624 12281,792 
Iэ, А 1,3988619·106 680,2312·10 6 245,63584·106 
Iо, А 1,4128505·106 693,83582·106 257,91763·10 6 
FA, Н 42,385515 20,815074 7,7375289 
а о , м/с2 0,4238551 0,2081507 0,0773752 
o , м/с 7,905530 3,7757494 1,267048 
n, 1/с 1,2588423 0,6012339 0,2017635 
u корр, В 0,17787442 0,08o9543 0,0285091 
uип, В 0,18086911 0,0878445 0,0310137 
iип, А 1126,4867 551,3161 202,7699 


Табл.2 (продолжение) 
Rэ 11 6 3,4907119 
(rоб-rэ), м 5·10-3 10·10 -3 20,07458·10-3 
L, Гн 2,289765·10 -3 2,17272·10-3 1,858179·10-3 
(То) -, с 1,2383405 2,4866757 8,1181471 
(Т о)+, с 14,849387 12,864219 8,1181471 
N1, Вт 2,0057462 0,3879875 33,003785·10 -3 
Nип , Вт 1,3765211 0,3068844 39,920361·10-3 
N1, Вт 0,6292251 0,0811031 -6,91657610 -3 
N2, Вт 1,2584502 0,162062 -13,83315·10 -3 
N1 /Nип 1,4573035 1,2642789 0,8267406 
uоб, В 2,289765·10 -3 2,172720·10-3 1,858179·10-3 
iоб, А 14,849387 12,864219 8,1181471 
Iоб, А 11137,04 9648,1642 6088,6103 
Iэ, А 111,3704·103 48,24082·10 3 15,164974·103 
Iо, А 122,50744·103 57,88899·103 2U53584·10 3 
FA, Н 3,6752232 1,7366695 0,6376075 
а о , м/с2 0,0367522 0,173667 0,063761 
o , м/с 0,5457476 0,2234077 0,0517613 
n, 1/с 0,095835 0,0355743 0,0082422 
u корр, В 0,01279321 0,0050266 0,00116461 
uип, В 0,01469086 0,0071993 0,0030227 
iип, А 94,48218 42,6255 13,2057 


Для определенности оценим динамику изменения различных величин в процессе первоначальной запитки Эквивалентов, соответствующем описанному ранее подходу, использующему коррекцию (компенсацию) влияния электромагнитной индукции. При расчетах воспользуемся следующими исходными параметрами Эквивалента:

l=1 м длина; m=100 кг - масса;

Rэ =rэ·/[(rоб-r э)+1]=201; rэ=0,05·l=0,05 м - радиус экрана;

(rоб-r э)=250·10-6 м - расстояние от поверхности экрана до наружного слоя витков обмотки (но центрам провода);

w=750 вит. - число витков обулотки, намотанной вокруг стенки экрана Эквивалента проводом с диаметром d пр=400·10-6 м (d ж=250·10-6 м - диаметр сверхнроводниковой жилы) [7, с.181];

L=3,158985·103 Гн - расчетная индуктивность Эквивалента (при R э=201);

В=30·10-6 Т; 60·10 -6 Т - индукция (плотность магнитного потока) внешнего магнитного поля (В=30·10-6 Т - горизонтальная составляющая магнитного поля Земли в окрестности магнитного экватора, B=60·10-6 Т - вертикальная составляющая магнитного поля Земли в окрестности магнитных полюсов [5, с.43]);

для В=30·10-6 Т время T o=19,252729 с; для В=60·10-6 Т время Тo=9,6263653 с;

(di об/dt)=2А/с; 4А/с; 8А/с; 16А/с - скорость возрастания тока в проводе обмотки в процессе запитки.

Результаты расчетов сведены в таблицы 3...6.

B=30·10-6 T; (diоб/dt)=(uоб /L)=2A/c; L=3,158985·10-3 Гн; w=750 вит.; l=1 м; m=100 кг, uоб=L·(di об/dt)=6,31797·10-3 B; r э=0,05 м; (rоб-rэ )=250·10-6 м; Rэ =201;

Таблица 3 
Т, с 1 2 5 10 
N 1, Вт 0,81812024 6,5449616 102,26503 8181,2024 
Nип, Вт 0,02208753 0,13235095 15,177918 139,37649 
N1, Вт 0,7958327 6,4126107 97,08712 678,74375 
NK, Вт 1,5916654 12,825221 194,17424 1357,4875 
(N1 /Nип) 36,70758 49,451546 19,750222 5,8698582 
iоб, A 2 4 10 20 
Iоб, А 1500 3000 7500 15000 
I э, А 0,3·106 0,6·106 1,5·106 3·10 6 
Io, А 0,3015·106 0,603·106 1,5075·106 3,015·10 6 
FA, Н 9,045 18,09 45,225 90,45 
а , м/с2 0,09045 0,1809 0,45225 0,9045 
, м/с 0,09045 0,3618 2,26125 9,045 
n, 1/с 0,0144028 0,0576114 0,3600716 1,4402866 
uкорр , В 0,00203525 0,0081405 0,050878125 0,2035125 
uип, В 0,0083531 0,0144584 0,057196 0,2098304 
i ип, А 2,6442354 9,1538263 90,529078 664,2336 
Nип=u ип·iип (контроль) 0,0220875 0,1323496 5,1779011 139,3764 


Таблица 3 (продолжение) 
Т, с 15 18 19 19,2 
N1, Вт 2761,1556 4771,2771 5611,4864 5790,5631 
N ип, Вт 1023,2774 2525,1078 3302,4796 3478,7623 
N1, Вт 1737,7564 2246,1693 2309,0068 2311,8008 
NK, Вт 3575,7564 4492,3386 4618,0136 4623,6016 
(N1 /Nип) 2,6983451 1,8895341 1,6991736 1,6645469 
iоб , A 30 36 38 38,4 
I об, А 22500 27000 28500 28800 
Iэ, А 4,5·10 6 5,4·106 5,7·106 5,76·106 
Io, А 4,5225·10 6 5,427·106 5,7285·106 5,7888·106 
FA, Н 135,675 162,81 171,855 173,664 
а , м/с2 1,35675 1,6281 1,71855 1,73664 
, м/с 20,35125 29,3058 32,65245 33,343488 
n, 1/с 3,2406449 4,6665286 5,1994347 5,3094726 
uкорр , В 0,45790312 0,6593805 0,73468011 0,75022848 
uип, В 0,464221 0,66569847 0,74099808 0,75654645 
i ип, А 2204,289 3793,1715 4456,7995 4598,2146 
Nип=u ип·iип (контроль) 1023,2772 2525,1085 3302,4799 3478,7631 
Табл.3 (продолжение) 
Т, с 19,252729 19,6 20 24,855030 
N1 , Вт 5838,3976 6160,0653 6544,9616 12562,034 
Nип, Вт 3526,4722 3853,9486 42060,8847 12562,934 
N1, Вт 2311,9292 2306,1167 2284,0769 0 
NK, Вт 4523,8590 4612,9832 4568,1538 0 
(N1/N ип) 1,6555928 1,5983776 1,5360569 1,000 
iоб, A 38,505458 39,2 40 49,71006 
Iоб , А 28879,093 29400 30000 37282,545 
Iэ, А 5,7758186·106 5,88·10 6 6·106 7,456509·106 
Io, А 5,8046976·106 5,9094·10 6 6,03·106 7,493792·106 
FA, Н 174,14092 177,282 180,9 224,81374 
а , м/с2 1,7414092 1,77282 1,809 2,2481374 
, м/с 33,526879 34,747272 36,18 55,877522 
n, 1/с 5338675 5,533005 5,7611464 8,8976945 
uкорр , В 0,7543547 0,78181362 0,81405 1,2572444 
uип, В 0,7606727 0,78813159 0,82036797 1,2635621 
i ип, А 4635,99 4889,9817 5193,8704 9941,7607 
Nип=u ип·iип (контроль) 3526,471 3853,9491 4260,8845 12362,032 


B=60·10 -6 T; (diоб/dt)=(u об/L)=4A/c; L=3,158985·10-3 Гн; w=750 вит.; l=1 м; m=100 кг; rэ=0,05 м; (rоб-rэ)=250·10 -6 м; uоб=L·(di об/dt)=12,63594·10-3 В; R э=201;

Табл.4 
Т, с 0,5 1 2,5 5 
N 1, Вт 1,6362405 13,089924 204,53006 1636,2405 
Nип, Вт 0,044175 0,2647019 10,355835 278,75295 
N1, Вт 1,58823 12,825654 194,17423 1357,4876 
(N1 /Nип) 37,039966 49,532368 19,750223 5,8698589 
iоб , A 2 4 10 20 
I об, А 1500 3000 7500 15000 
Iэ, А 0,3·10 6 0,6·106 1,5·106 3·106 
Io, А 0,3015·10 6 0,603·106 15075·106 3,015·106 
FA, Н 18,09 36,18 90,45 180,9 
а , м/с2 0,1809 0,3618 0,9045 1,809 
, м/с 0,09045 0,3618 2,26125 9,045 
n, 1/с 0,0114028 0,0576114 0,3600716 1,1102866 
uкорр , В 0,00407025 0,016281 0,10175625 0,407025 
uип, В 0,01670619 0,02891694 0,11437219 0,41966094 
i ип, А 2,6442338 9,1538706 90,529226 664,23382 
Nип=u ип·iип (контроль) 0,0441749 0,2647015 10,355828 278,75296 
Табл.4 (продолжение) 
Т, с 7,5 9 9,5 9,6 
N1, Вт 5522,3116 9542,5533 11222,972 11581,126 
Nип, Вт 2046,5547 5050,2159 6604,9584 6957,5234 
N1, Вт 3475,7569 4492,3374 4618,014 4623,603 
(N1 /Nип) 2,6983454 1,8895337 1,6991737 1,6645471 
iоб , A 30 36 38 38,4 
I об, А 22500 27000 28500 28800 
Iэ, А 4,5·10 6 5,4·106 5,7·106 5,76·106 
Io, А 4,5225·10 6 5,527·106 5,7285·106 5,7888·106 
FA, Н 271,35 325,62 343,71 347,328 
а , м/с2 2,7135 3,2562 3,4371 3,47328 
, м/с 20,35125 29,3058 32,65245 33,343488 
n, 1/с 3,2406449 4,6665286 5,1994347 5,3094726 
uкорр , В 0,91589625 1,318761 1,4693602 1,5004569 
uип, В 0,92853219 1,3313969 1,4819961 1,5130928 
i ип, А 2204,5028 3739,1715 4456,7992 4598,2142 
Nип=u ип·iип (контроль) 2046,9516 5050,2167 6604,959 6557,5247 


Табл.4 (продолжение) 
Т, с 9,6263653 9,8 10 12,427515 
N1, Вт 11676,807 12320,13 13089,924 25124,068 
N ип, Вт 7052,9461 7707,8961 8521,7694 25124,168 
N1, Вт 4623,861 4612,234 4568,155 0,000 
(N1/N ип) 1,6555928 1,5973777 1,536057 1,000 
iоб, A 38,505461 39,2 40 49,71006 
Iоб , А 28879,095 29400 30000 37282,545 
Iэ, А 5,775819·106 5,88·10 6 6.106 7,456509·106 
Io, А 5,804698·10 6 5,9094·106 6,03·106 7,493792·106 
FA, Н 348,28188 354,564 361,8 449,62749 
а , м/с2 3,4828188 3,54564 3,618 4,4962749 
, м/с 33,526886 34,747272 36,18 55877523, 
n, 1/с 5,3386761 5,533005 5,7611464 8,8976947 
uкорр , В 1,5087098 1,5636272 1,6281 2,5144885 
uип, В 1,5213457 1,5762631 1,6407359 2,5271244 
i ип, А 4635,9919 4839,9814 5193,8704 9941,7616 
Nип=u ип·iип (контроль) 7052,9463 7707,8972 8521,7696 25124,068 


В табл.5 и табл.6 отображена динамика изменения исследуемых величин в функции от заданной скорости изменения тока обмотки - (di об/dt), А/с для случая, когда избыточная мощность N1 максимальна.

B=30·10 -6 Г; (diоб/dt)=2 A/c; 4 A/c; 8 A/c; L=3,158985·10-3 Гн; T o=19,252729 с;

Табл.5 
(diоб/dt), A/c 2 4 8 
uоб=L·(diоб/dt), B 0,00631794 0,01263594 0,02527188 
N 1, Вт 5838,4021 23353,608 93414,432 
N ип, Вт 3526,4712 14105,885 56423,54 
N1, Вт 2311,9307 9247,723 36990,892 
(N1/N ип) 1,6555928 1,6555932 1,6555932 
i об=(diоб/dt)·T o, А 38,505458 77,010916 154,02183 
I об=iоб·w, A 28879,093 57758,185 115516,37 
Iэ=I об·(Rэ-1), А 5,775819·106 11,5516·10 6 23,10327·106 
Io=i об·w·Rэ, A 5,8046976·106 11,609395·10 6 23,218790·106 
FA=B·l·I o, H 174,14092 348,28185 696,5637 
a o =FA/m, м/с2 1,7414092 3,4828185 6,965637 
o =ao ·То, м/с 33,526879 67,05376 134,10752 
n= o /(2 ·r), 1/c 5,338675 10,67735 21,3547 
uкорр=B·l·w· o , B 0,754354 1,5087096 3,0174192 
uип=(uкорр+u об), В 0,7606727 1,5213455 3,042691 
iип=(Uип·Т o/L), A 4635,99 9271,982 18543,964 
N ип=(uип·iип ), BT, (контроль) 3526,471 14105,888 56423,552 


В=60·10-6; (diоб /dt)=4 A/c; 8 A/c; 16 А/с; L=3,158985·10 -3 Гн; Тo=9,6263653 с;

Табл.6 
(diоб/dt), A/c 14 8 16 
uоб=L·(diоб/dt), B 0,01263594 0,02527188 0,05054376 
N 1, Вт 11676,807 46707,228 18628,91 
N ип, Вт 7052,9461 28211,786 112847,15 
N1, Вт 4623,861 18495,44 73981,76 
(N1/N ип) 1,6555928 1,6555927 1,6555926 
i об=(diоб/dt)·T o, А 38,50561 77,010922 154,02184 
I об=iоб·w, A 28879,095 57758,19 115516,38 
Iэ=I об·(Rэ-1), А 5,775819·106 11,551638·10 6 23,103276·106 
Io=i об·w·Rэ, A 5,804698·106 11,609396·10 6 23,218792·106 
FA=B·l·I o, H 348,28188 696,56376 1393,1275 
a o =FA/m, м/с2 3,4828188 6,9656376 13,931275 
o =ao ·То, м/с 33,526886 67,05377 134,10754 
n= o /(2 ·r), 1/c 5,3386761 10,677351 21,354703 
uкорр=B·l·w· o , B 1,5087098 3,0174196 6,0348392 
uип=(uкорр+u об), В 1,5213457 3,0426914 6,0853829 
iип=(Uип·Т o/L), A 4635,9919 9271,9838 18543,968 
Nип=(uип·i ип), Bт, (контроль) 7052,9463 28211,785 112847,14 


Оценка в режиме предварительной запитки изменения мощностных параметров Генератора в функции от значения массы m, приводит к следующему.

Для любых В, l, w, L и Rэ (постоянные величины), поскольку

To =[(m·L/10·Rэ)/(B·l·w) 2]0,5·{3·(R э-2)+[9·(Rэ-2) 2-20]0,5}0,5 =D·(m)0,5,

то можно записать

N1=[(B·l·w) 2/mL]·(Rэ)2 ·(To)2·(di об/dt)2·L·Т o=A·(diоб/dt) 2·(m)0,5,

N ип={1+[(B·l·w)2/mL]·R э·(To)2 }2·(diоб/dt) 2·L·To=С·(di об/dt)2·(m)0,5 ,

где A, C, D - постоянные величины для каждого набора В, l, w, L и Rэ.

Поэтому для R э=201

N1/m=А·(di об/dt)2/(m)0,5 , Nип/m=С·(dtоб /dt)2/(m)0,5,

N1/m=(N1/m)-(N ип/m)=(А-С)·(diоб/dt) 2/(m)0,5,

N 1/Nип=(N1/m)/(N ип/m)=А/С=1,6555927=const.

Таким образом, в режиме предварительной запитки, несмотря на то, что с увеличением массы относительная избыточная мощность Генератора N/m (избыточная мощность, приходящаяся на единицу массы) уменьшается, тем не менее, абсолютное значение избыточной мощности N возрастает пропорционально корню квадратному от массы (m0,5), а коэффициент преобразования остается неизменным и, например, для Rэ=201, равным: N1/Nип=(N 1/m)/(Nип/m)=A/C=1,6555927.

Ранее при оценке работы Генератора в различных режимах масса вращающихся элементов Генератора была условно принята m=100 кг.

Ниже, в табл.7, приведены результаты оценки влияния массы вращающихся частей Генератора, включая вращающиеся части механической нагрузки - электрогенератора, приходящейся на один Эквивалент.

B=30·10-6 T; l=1 м; w=750 вит., L=3,158985·10-3 Гн; R э=201; (diоб/dt)=2 A/c; u об=L·(diоб/dt)=6,31797·10 -3 В;

Табл.7 
m, кг 1 2 5 10 
Т о, с 1,92527 2,722747 4,3050414 6,088248 
N1, Вт 583,840 825,6748 1305,5067 1846,2654 
N ип, Вт 352,647 498,7186 788,54332 1115,1689 
N1, Вт 231,193 326,9563 516,9634 731,0965 
(N1 /Nип) 1,65559 1,655593 1,6555928 1,6555926 
iоб, А 3,85055 5,445494 8,6100828 12,176496 
I об, А 2887,91 4084,121 6457,5621 9132,372 
Iэ, А 577582 816824,2 1,29151·10 6 1,82647·106 
Io, А 580470 820908,3 1,29797·106 1,83561·10 6 
FA, Н 17,4141 24,62725 38,939097 55,068201 
а , м/с2 17,4141 12,31362 7,7878194 5,5068201 
, м/с 33,5269 33,52688 33,526884 33,526886 
n, 1/с 5,33868 5,338675 5,3386757 5,3386761 
uкорр , В 0,75436 0,754355 0,75435489 0,75435492 
uип, В 0,76067 0,760727 0,7607266 0,7607269 
i ип, А 463,599 655,6745 1036,639 1466,029 
Nип=u ип·iип (контроль) 352,647 498,7890 788,54288 1115,168 
N1/m, Вт/кг 231,193 163,4781 103,39268 73,10965 
N1/FA, Вт/Н 13,276202 13,276201 13,276204 13,276200 
Табл.7 (продолжение) 
m, кг 20 50 100 200 
То, с 8,6100829 13,613736 19,252730 27,227472 
N1, Вт 2611,0136 4128,3744 5838,3976 8256,7490 
Nип , Вт 1577,0870 2493,5934 3526,4722 4987,1868 
N1, Вт 1033,1266 1634,7810 2311,9292 3269,5622 
(N1 /Nип) 1,6555926 1,6555924 1,6555928 1,6555924 
iоб , А 17,220165 27,227472 38,505458 54,454944 
Iоб, А 12915,123 20420,604 28879,093 40841,308 
I э, А 2,583025·10 6 4,084121·106 5,775819·106 8,168242·106 
Io, А 2,595940·106 4,104541·10 6 5,804700·106 8,209083·106 
FA, Н 77,878191 123,13624 174,14092 246,27248 
а , м/с2 3,8939095 2,4627248 1,7414092 1,2313624 
, м/с 33,52688 33,526885 33,526881 33,526885 
n, 1/с 5,338676 5,3386759 5,3386753 5,3386759 
uкорр , В 0,75435486 0,75435489 0,75435480 0,75435489 
uип, В 0,7607263 0,7607266 0,7607257 0,7607266 
i ип, А 2073,378 3278,1402 4636,5712 6556,2808 
Nип=u ип·iип (контроль) 1577,0857 2493,5914 3526,9122 4987,1831 
N1/m, Вт/кг 51,696330 32,69562 23,119292 16,347811 
N1/FA, Вт/Н 13,276202 13,276197 13,276197 13,276197 


Табл.7 (продолжение) 
m, кг 500 1000 2000 5000 
Т о, с 43,050414 60,88248 86,100829 136,13736 
N1, Вт 13055,067 18462,653 26110,135 41283,744 
N ип, Вт 7885,4349 11151,689 15770,870 24935,934 
N1, Вт 5169,633 7310,964 10339,265 16347,810 
(N1 /Nип) 1,6555925 1,6555925 1,6555925 1,6555924 
iоб , А 86,100828 121,76496 172,20165 272,27472 
Iоб, А 64575,621 91323,720 128151,23 204206,04 
I э, А 12,915124·10 6 18,264744·106 23,830246·106 40,841208·106 
Io, А 12,979699·106 18,356067·10 6 25,959397·106 41,045414·106 
FA, Н 389,39097 550,68201 778,78191 1231,3624 
а , м/с2 0,7787819 0,550682 0,3893909 0,2462724 
, м/с 33,526883 33,526885 33,526879 33,526874 
n, 1/с 5,3386756 5,3386759 5,3386750 5,3386742 
uкорр , В 0,75435486 0,75435489 0,75435477 0,75435465 
uип, В 0,7607263 0,7607266 0,7607254 0,7607242 
i ип, А 10366,39 14660,29 20732,778 32781,393 
Nип=u ип·iип (контроль) 7885,4288 11151,68 15770,854 24935,900 
N1/m, Вт/кг 10,339266 7,310964 5,1696325 3,269562 
N1/FA, Вт/Н 13,276201 13,276199 13,276200 13,276197 


Анализ данных таблицы 7 приводит к следующему выводу:

для получения максимального значения избыточной мощности N1, приходящейся на единицу массы вращающихся частей Генератора, следует добиваться снижения массы вращающихся частей и возможности работы Генератора при как можно более высоких (допустимых) значениях скорости нарастания тока (diоб/dt), что, в свою очередь, приводит к необходимости применять для построения Генератора новейшие сверхроводниковые материалы с наивысшими магнитно-полевыми; токовыми и прочностными параметрами, в идеале - не требующие охлаждения.

В соответствии с законом э.-м. индукции [2, §91] и с учетом явления самоиндукции [2, §93], эдс э. м. индукции, возникающая в Эквивалентах при их вращении в Генераторе, есть =-L·(di/dt)=-dФ/dt=-u, где dФ/dt - изменение магнитного потока в единицу времени.

Поскольку в рабочем режиме, т.е. после переключения обмотки каждого Эквивалента на внутренний источник электропитания, напряжение коррекции, выдаваемое внутренним источником электропитания, как ранее найдено, должно быть

uкорр=(B·l·w)· =[(B·l·w)2/m·L)]·R э·(To)2 ·L·(diоб/dt)=dФ/dt,

то для скорости изменения тока, выдаваемого внутренним источником электропитания, можно записать, что

L·(di ип/dt)=[(B·l·w)2/m·L)·R э·(To)2 ·L·(diоб/dt)=dФ/dt, откуда

(diип/dt)=[(В·l·w) 2/m·L)]·Rэ·(T o)2·(diоб /dt), и, соответственно,

dФ/dt=L·(di ип/dt)=uкорр.

Таким образом, в рабочем режиме для поддержания требуемого магнитного потока в Эквиваленте, закачанного в него в процессе первоначальной запитки от внешнего источника электропитания, внутренний источник электропитания, основой которого может быть устройство импульсной накачки магнитного потока (УНМП) [3, гл.Х1], например, УНМП с использованием циклического трансформатора апериодического тока [4, гл.10], должен выдавать в обмотку каждого Эквивалента ток, среднее значение скорости изменения которого должно быть (diип/dt)=[(В·l·w) 2/m·L)]·Rэ·(Т o)2·(diоб /dt).

Так для случая, соответствующего данным таблицы 3:

B=30·10-6 Т; (di об/dt)=2 А/с; L=3,158985·10-3 Гн; Тo=19,252729 с; w=750 вит.; l=1 м; m=100 кг; rэ=0,05 м; (r об-rэ)=250·10 -6 м; Rэ=201, имеем:

(di ип/dt)=[(30·10-6·1·750) 2/(100·3,158985·10-3)·201·(19,252729) 2·2=238,79658 А/с.

Это соответствует (в рабочем режиме) среднему значению напряжения внутреннего источника электропитания (uип.pp=uкорр, при То=19,252729 с, см. табл.3):

u ип.рр=L·(diип/dt)=3,158985·10 -3·238,79658=0,75435481 В

и мощности внутреннего источника электропитания

Nип.pp=u ип.рр·(diип/dt)=u корр·(diип/dt)=0,75435481·238,79658=180,13734 Вт.

Следовательно, в рабочем режиме коэффициент преобразования электрической энергии в механическую энергию теперь будет

N1/Nип.pp=5838,3976/180,13734=32,410812,

А коэффициент преобразования электрической энергии внутреннего источника электропитания в избыточную электроэнергию, получаемую от электрогенератора, вращаемого Генератором, без учета КПД электрогенератора, который может быть 0,92...0,98 [2, Табл.18.1], потерь в устройстве накачки магнитного потока (КПД - 0,94-0,98) [3, гл.XI, §2; 4, гл.10, §10.4] и расхода электроэнергии ( 1-2% от N1) [4, гл.19, с.271, Пример 7] на поддержание сверхпроводимости сверхпроводниковых элементов Генератора (и электрогенератора), будет:

(N 1-Nип.pp)/Nип,pp =(5838,3976-180,13734)/180,13734=31,410812.

Анализ результатов расчета, приведенных в таблицах 3...6, отображающих режим предварительной запитки Эквивалентов Генератора оптимальным током, и оценка параметров, соответствующих рабочему режиму Генератора, позволяет сделать следующий главный вывод:

при выходе предложенного Генератора на оптимальный режим, т.е. когда избыточная мощность N1=(N1-N ип)= N1макс максимальна, и после переключения Генератора на рабочий режим его эффективность преобразования затрачиваемой электрической мощности в получаемую избыточную электрическую мощность, составляет

(N1 -Nип,pp)/Nип,pp 30.

А это означает, что появляется возможность получения практически неограниченного количества электрической энергии без каких-либо существенных затрат невосполнимых энергоносителей (угля, нефти и т.п.).

Работа Генератора в рабочем режиме заключается в следующем (см. фиг.1 и фиг.4 без учета индуктора 9).

Согласно 1-му варианту формулы изобретения и [1], обмотка каждого Эквивалента 5, находящегося в сверхпроводящем состоянии, в режиме первоначальной запитки подключена через устройство импульсной накачки магнитного потока (УИМП) [3, гл.XI, 4, c.109-110] к внешнему отключаемому источнику электропитания (ОИЭП) постоянного тока.

В процессе первоначальной запитки (в режиме «разгона» колеса Генератора) обмотка каждого Эквивалента 5 запитывается через УНМП от внешнего ОИЭП постоянного тока и к моменту времени То избыточная мощность механической энергии на валу Генератора достигает максимального значения NK=К·(N1 -Nип)=K· N1макс, где К - число примененных в Генераторе Эквивалентов. В момент Тo внешний ОИЭП отключается, а вместо него к УПМП подключается внутренний источник электропитания, в качестве которого используется электрогенератор, вращаемый валом 6 Генератора сверхпроводниковый униполярный электрогенератор (СПУЭГ) (или какой-либо иной внутренний источник, например, сверхпроводниковый индуктивный накопитель электроэнергии (СПИНЭ) [4, с64-65; 10, с.21-23], электроэнергия и котором была накоплена заранее, например, в процессе первоначальной запитки Генератора, и в рабочем режиме, в качестве электронагрузки (ЭН), может пополняться за счет избыточной энергии, получаемой от электрогенератора). Правильная и безаварийная работа Генератора поддерживается за счет известных систем автоматического регулирования и защиты [4. гл.10], управляемых блоком управления (БУ).

Работа Генератора по 2-му варианту формулы изобретения (фиг.4) заключается в следующем. Предварительно (первоначально) от внешнего отключаемого источника электропитания (ОИЭП) запитывается находящийся в сверхпроводящем состоянии индуктор 9 и замыкается на внутренний источник электропитания, содержащий УНМП и систему автоматического регулирования, компенсирующую изменения тока, возникающие за счет возможных резистивных потерь и других влияющих факторов. Индуктор 9 создает магнитное поле, играющее для Эквивалентов 5 в Генераторе роль магнитного поля внешнего пространства. Затем от внешнего источника ОИЭП в течение времени T o запитываются находящиеся в сверхпроводящем состоянии Эквиваленты 5 Генератора, которые под действием силы F A начинают вращать вал 6 и, соответственно, якорь СПУЭГ, на электродах токосъемного устройства, которого появляется напряжение uэг, и в момент времени Т о, когда Генератор выйдет на оптимальный режим работы ( NIK=K·(N1 -Nип)=К· NIопт), внешний ОИЭП отключается с одновременным подключением каждого Эквивалента 5 ко внутреннему источнику электропитания, содержащему управляемую БУ систему автоматического регулирования тока обмоток Эквивалентов, и, вырабатывающему напряжение uкорр, величина которого равна, а полярность противоположна напряжению э.-м. индукции,

u =- =В·l·w· . Информация о скорости вращения вала 6 Генератора на БУ поступает с датчика скорости вращения (ДСВ), а БУ управляет устройствами накачки магнитного потока так, чтобы напряжение uкорр соответствовало скорости . Теперь внутренние источники электропитания (устройства накачки магнитного потока) введенного индуктора 9 и Эквивалентов 5 питаются от токовых выводов Электрогенератора электроэнергией, вырабатываемой сверхпроводниковым униполярным электрогенератором (СПУЭГ), причем некоторая доля электроэнергии СПУЭГ расходуется на поддержание сверхпроводящего состояния сверхпроводниковых элементов всего устройства (МН, ЭН), а остальная часть электроэнергии идет на питание электронагрузки (ЭН) внешнего энергопотребления. Такой нагрузкой может служить сверхпроводниковый накопитель электроэнергии (СПИНЭ) [4, с64-65; 10, с.21-23].

Работа Генератора по п.3 формулы изобретения аналогична работе Генератора по п.2 формулы. В этом случае производится предварительная запитка током двух индукторов. (На фиг.4 показан только один индуктор. Второй индуктор подключен аналогичным образом, но полярность его подключения к источнику питания - обратная.)

С целью снижения вентиляционных потерь при работе Генератора (системы Генератор-Электрогенератор) в желательном режиме высоких скоростей вращения его следует поместить в герметизированный или заполненный водородом или гелием кожух [8, гл.3]. В [8] описаны также способы снижения других видов потерь.

Следует отметить, что оценка характеристик и возможностей Электрогенератора проводилась на основе значительно устаревших сверхпроводниковых материалов гелиевых температур, разработанных в 70-х годах пошлого столетия. За прошедшие с того времени 30-40 лет техника сверхпроводников перешла в высокотемпературную область, в область температур сжиженного азота, удешевляющих эксплуатационные расходы более, чем в 300 раз [9, с.127]. Токовые и магнитнополевые параметры разработанных высокотемпературных сверхпроводниковых материалов возросли в десятки и более раз. Близится появление сверхпроводниковых материалов, не требующих охлаждения.

Следует подчеркнуть главную особенность предлагаемого Электрогенератора - его уникальные, ранее неизвестные характеристики как источника получения дешевой и практически неограниченной энергии.

Источники информации

1. Заявка на изобретение №2004119071 от 24.06.2004 г. "Автономный эквивалент отрезка проводника с током", (ФИПС, отд.11, Л.В.Андреев).

2. С.Г.Калашников. Электричество. Изд. "Наука", Гл. ред. физ.-мат. литературы, M., 1977 г.

3. В.Б.Зенкевич, В.В.Сычев. Магнитные системы на сверхпроводниках. М.: Наука, 1972 г.

4. А.И.Бертинов к др. Сверхпроводниковые электрические машины и магнитные системы. Под ред. д-ра техн. паук проф. Б.Л.Алиевского. Изд-во МАИ, М., 1993 г.

5. В.И.Почтарев, Б.З.Михлин. Тайна намагниченной Земли. М.: Педагогика, 1986 г.

6. Б.М.Яворский. Справочник по физике. Гл. ред. физ.-мат. лит., М.: Наука, 1980 г.

7. Дж.Уильямс. Сверхпроводимость и ее применение в технике. Изд. "Мир", М., 1973 г.

8. Н.В.Гулиа. Инерция. М.: Наука, 1982 г.

9. Ф.Г.Патрунов. Ниже 120° по Кельвину. М.: Знание, 1989 г.

10. Взрывные генераторы мощных импульсов электрического тока. Под ред. В.Е.Фортова. - М.: Наука, 2002. - 399 с.

11. Введенский В.Л., Ожогин В.И. Сверхчувствительная магнитометрия и биомагнетизм. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. - (Соврем, пробл. физики). - 200 с.

12. Нейман Л.Р., Демирчян К.С., Теоретические основы электротехники, т.2. Изд. Энергия, Ленинградское отделение, 1967.

13. С.И.Бондаренко, В.И.Шеремет. Применение сверхпроводимости в магнитных измерениях. Ленинград, Энергоатомиздат, Ленинградское отд., 1982, стр.59-65.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Генератор механической вращательной энергии, характеризующийся тем, что он выполнен в виде немагнитного колеса, установленного осью-ступицей на подшипниках неподвижной немагнитной вилки, его ось-ступица и обод соединены между собой К спицами, расположенными на одинаковом угловом расстоянии =2 /К, где К=2, 3, 4, ..., на каждой из которых соосно вплотную к ободу колеса и на некотором расстоянии от оси-ступицы, установлено тонкостенное тело из сверхпроводникового материала, вокруг стенки которого в продольном направлении намотана сверхпроводниковая обмотка со сверхпроводниковым ключом, а на оси-ступице в качестве устройства подведения электропитания размещен двухкольцевой коллектор, к которому подсоединены выводы каждой сверхпроводниковой обмотки, и через скользящие контакты подключен источник электропитания запитки, а к оси-ступице присоединена механическая нагрузка, при этом указанные сверхпроводниковые элементы помещены в криостаты, причем немагнитное колесо размещено во внешнем магнитном поле, направление максимального значения вектора магнитной индукции которого перпендикулярно плоскости его вращения.

2. Генератор механической вращательной энергии, характеризующийся тем, что он выполнен в виде немагнитного колеса, установленного осью-ступицей на подшипниках неподвижной немагнитной вилки, его ось-ступица и обод соединены между собой К спицами, расположенными на одинаковом угловом расстоянии =2 /К, где К=2, 3, 4, ..., на каждой из которых соосно вплотную к ободу немагнитного колеса и на некотором расстоянии от оси-ступицы, установлено тонкостенное тело из сверхпроводникового материала, вокруг стенки которого в продольном направлении намотана сверхпроводниковая обмотка со сверхпроводниковым ключом, а на оси-ступице в качестве устройства подведения электропитания размещен двухкольцевой коллектор, к которому подсоединены выводы каждой сверхпроводниковой обмотки и через скользящие контакты подключен источник электропитания запитки, а к оси-ступицы присоединена механическая нагрузка, причем параллельно плоскости вращения немагнитного колеса соосно с одной из сторон от него на неподвижной немагнитной вилке установлена сверхпроводниковая кольцевая катушка возбуждения магнитного поля со сверхпроводниковым ключем, запитываемая от источника электропитания запитки и создающая в плоскости вращения немагнитного колеса поперечное магнитное поле, при этом указанные сверхпроводниковые элементы помещены в криостаты.

3. Генератор механической вращательной энергии, характеризующийся тем, что он выполнен в виде немагнитного колеса, установленного осью-ступицей на подшипниках неподвижной немагнитной вилки, его ось-ступица и обод соединены между собой К спицами, расположенными на одинаковом угловом расстоянии =2 /К, где К=2, 3, 4, ..., на каждой из которых перпендикулярно к ней, вплотную к ободу немагнитного колеса, установлено тонкостенное тело из сверхпроводникового материала, вокруг стенки которого в продольном направлении намотана сверхпроводниковая обмотка со сверхпроводниковым ключом, а на оси-ступице в качестве устройства подведения электропитания размещен двухкольцевой коллектор, к которому подсоединены выводы каждой сверхпроводниковой обмотки, и через скользящие контакты подключен источник электропитания запитки, а к оси ступицы присоединена механическая нагрузка, причем параллельно плоскости вращения немагнитного колеса соосно и по обе стороны от него на неподвижной немагнитной вилке установлены две сверхпроводниковые кольцевые катушки возбуждения магнитного поля с ключом, запитываемые от источника электропитания запитки и создающие в плоскости вращения немагнитного колеса магнитное поле, при этом все сверхпроводниковые элементы помещены в криостат.