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.





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru