ФЕРРОМАГНИТНЫЙ ВЗРЫВНОЙ ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ИМПУЛЬСА

ФЕРРОМАГНИТНЫЙ ВЗРЫВНОЙ ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ИМПУЛЬСА


RU (11) 2059329 (13) C1

(51) 6 H02N11/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

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

(21) Заявка: 4949390/25 
(22) Дата подачи заявки: 1991.06.26 
(45) Опубликовано: 1996.04.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Авторское свидетельство СССР N 1480712, кл. H 02N 11/00, 1987. 2. Авторское свидетельство СССР N 683436, кл. H 02N 11/00, 1975. 
(71) Заявитель(и): Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики 
(72) Автор(ы): Чернышев В.К.; Пак С.В.; Волков Г.И.; Скобелев А.Н.; Стрекин В.П. 
(73) Патентообладатель(и): Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики 

(54) ФЕРРОМАГНИТНЫЙ ВЗРЫВНОЙ ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ИМПУЛЬСА 

Использование: в автономных взрывных источниках, для создания источника начальной энергии для запитки взрывомагнитных генераторов, а также для устройств, где требуется импульсная электрическая энергия. Сущность изобретения: цилиндрический формирователь ударной волны создает цилиндрическую ударную волну, которая воздействует на расположенный коаксиально сердечник с набором радиальных пластин, размагничивает и вытесняет магнитный поток, формирующий электрический импульс в спиральной обмотке. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к импульсной взрывной технике, в частности к взрывным источникам, которые могут быть использованы в экспериментальной и технической физике как импульсные источники тока.

Известен автономный взрывной генератор [1] содержащий полости сжатия магнитного потока, ограниченные и электрически соединенные между собой на входе генератора проводящей шиной и цилиндрическими проводниками с зарядами ВВ. Постоянные магниты из магнитодиэлектрика примыкают к шинам и цилиндрическим проводникам. Постоянные магниты выполнены в виде трапециевидных призм и расположены с чередованием относительно полостей сжатия, размещенных радиально в зазорах магнитов. Шины и наружные поверхности постоянных магнитов образуют цилиндрическую поверхность генератора.

Недостатком данного генератора является ограничение по индуктивности класса используемых нагрузок, определяемой конструкцией генератора. Из-за использования неэнергоемких барриевых постоянных магнитов низка начальная, а следовательно, и выходная энергия.

Наиболее близким к изобретению является ферромагнитный взрывной генератор электрического импульса [2] содержащий ферромагнитный сердечник, формирователь ударной волны (ФУВ) с системой инициирования и обмотку с выводами на нагрузку. Ферромагнитный сердечник выполнен из плоских шайб ферромагнетика, изолированных между собой. Формирователь плоской ударной волны расположен таким образом, что направление ударной волны перпендикулярно плоскости листов сердечника. Обмотка выполнена в виде одного витка, охватывающего кольцевой сердечник. При входе ударной волны в ферромагнетик он размагничивается и по закону сохранения магнитного потока в обмотке генератора возникает импульс тока.

Однако прототип имеет недостаточный уровень энергосъема с единицы объема из-за неоднородности магнитного поля в сердечнике, создаваемого обмоткой с ограниченным числом витков. Расположение пластин в сердечнике перпендикулярно направлению воздействия ударной волны и наличие изоляции из фторопластовой пленки 30 мкм между пластинами ведет к быстрому затуханию ударной волны в сердечнике, что ведет к ограничению объема сердечника и снижению энергосъема генератора. В прототипе рабочая обмотка, с которой снимается выходной импульс, одновитковая, что приводит к работе данного генератора только на низкоиндуктивные нагрузки.

Целью изобретения является увеличение энергосъема и расширение класса используемых нагрузок.

Для этого в ферромагнитном взрывном генераторе электрического импульса, содержащем ферромагнитный сердечник, формирователь ударной волны с системой инициирования и обмотку с выводами на нагрузку, формирователь ударной волны (ФУВ), сердечник и обмотка выполнены цилиндрическими и расположены коаксиально, система инициирования ФУВ расположена на оси генератора, причем ФУВ расположен внутри ферромагнитного сердечника с радиальным набором пластин, а обмотка выполнена спиральной и расположена на наружной поверхности сердечника.

Сердечник и обмотка в прототипе выполнены в виде тороида. При размагничивании сердечника ударной волной в цепи выходной обмотки и нагрузки возникает ток, который создает магнитное поле, равное

H (1) где Н напряженность магнитного поля;

I ток в обмотке с нагрузкой;

r расстояние от оси тороида.

Энергия в тороидальной обмотке генератора равна

E (2) где o магнитный поток в сердечнике;

L индуктивность тороида.

Съем энергии с единицы размагничиваемого ферромагнетика равен

E1= K 

(3) где Vф объем ферромагнетика;

r1, r2 внутренний и наружный радиусы тороида соответственно.

Величина К зависит только от отношения r2/r1 тороида и всегда К < 1. При r2/r1=5 К=0,8, r2/r1=10, К=0,7.

Таким образом, в прототипе съем энергии с единицы объема ферромагнетика всегда меньше значения Нo2/8 .

В предлагаемом генераторе при размагничивании сердечника в обмотке возникает ток, который создает однородное магнитное поле. Энергия в обмотке равна

E2= Vф (4)

Из формулы (4) видно, что съем энергии с единицы объема ферромагнетика в предлагаемом генераторе выше, чем в прототипе. Так как генератор-прототип имеет одновитковую обмотку, то работать он может только на низкоиндуктивную нагрузку. Это видно из формулы (2). С увеличением индуктивности нагрузки энергия в генераторе уменьшается. Если вместо нагрузки с индуктивностью L нГн подключить нагрузку с индуктивностью L мкГн, то величина энергии генератора уменьшится в 1000 раз. В предлагаемом генераторе обмотка наматывается в виде спирали непосредственно на сердечник генератора. Число витков обмотки зависит от индуктивности нагрузки. С увеличением индуктивности нагрузки число витков обмотки увеличивается. Следовательно, магнитный поток в обмотке также растет, но при этом энергия в генераторе не уменьшается, как в прототипе, а определяется только объемом ферромагнетика и не зависит от индуктивности нагрузки.

Формирователь ударной волны расположен внутри сердечника, а спиральная обмотка на наружной поверхности его. Благодаря таком расположению ударная волна не воздействует на обмотку до тех пор, пока не разрушится весь объем ферромагнетика.

Преимущество цилиндрической формы сердечника с радиальным набором пластин перед другими заключается в том, что при его использовании получается плотная упаковка ферромагнитного материала без дополнительных конструктивных элементов, располагаемых между формирователем ударной волны и сердечником, что способствует более эффективному действию ударной волны, а размещение обмотки непосредственно на сердечнике уменьшает потери выходной энергии.

Коаксиальное расположение ФУВ с помощью ФС позволяет производить инициирование заряда ВВ одним электродетонатором, размещаемым на оси генератора. Коаксиальная компоновка ФУВ сердечника и обмотки делает конструкцию генератора простой, технологичной, с плотной упаковкой пластин сердечника и высокоэффективным использованием заряда ВВ, что способствует увеличению съема энергии.

Варьируя величиной заряда ФУВ, объемом сердечника и числом витков обмотки, легко достигается согласование генератора с индуктивной или емкостной нагрузками в широком диапазоне.

На чертеже изображен предлагаемый ферромагнитный взрывной генератор электрического импульса.

Ферромагнитный взрывной генератор электрического импульса содержит ферромагнитный сердечник 1, формирователь 2 цилиндрической ударной волны с системой 3 инициирования и обмотку 4 с выводами 5 на нагрузку. Формирователь 2 ударной волны, сердечник 1 и обмотка 4 выполнены цилиндрическими и расположены коаксиально. Система 3 иницирования формирователя 2 ударной волны расположена на оси предлагаемого генератора. Формирователь 2 ударной волны расположен внутри сердечника 1 с радиальным набором пластин. Обмотка 4 выполнена спиральной и расположена на наружной поверхности сердечника 1. Кроме того, предлагаемой генератор содержит цилиндрический элемент 6, являющийся короткозамкнутым витком, магнитопроводы 7 и 8 и постоянный магнит 9. Для формирования цилиндрической ударной волны используется ФУВ с фокусирующей системой 10.

Ферромагнитный взрывной генератор электрического импульса работает следующим образом.

С помощью постоянного магнита 9 через магнитопроводы 7 и 8 производится намагничивание сердечника 1. При подаче электрического импульса на электродетонатор он инициирует заряд ВВ фокусирующей системы (ФС) 10. Продукты взрыва разгоняют стенки конических лайнеров ФС, подлетающих одновременно к внутренней поверхности цилиндрического заряда формирователя 2 ударной волны. Происходит подрыв заряда и в нем формируется расходящаяся цилиндрическая детонационная волна. Под действием продуктов взрыва в сердечнике возникает расходящаяся цилиндрическая ударная волна, размагничивающая ферромагнетик. Высвободившийся магнитный поток формирует в обмотке 4 электрический импульс, который через выводы 5 передается в нагрузку.

В примере конкретного выполнения ферромагнитный генератор состоит из формирователя расходящейся цилиндрической ударной волны (ФУВ), ферромагнитного цилиндрического сердечника с обмоткой и системой намагничивания. Ударное размагничивание сердечника ФМГ производится с помощью взрыва заряда с внешним и внутренним диаметром 57,8 мм и 32 мм соответственно, высотой 24 мм, расположенного между дюралюминиевыми коническими основаниями и цилиндром 6. Для формирования расходящейся цилиндрической детонационной волны в заряде ФУВ 2 используется фокусирующая система 10, состоящая из двух конических лайнеров из АМц с толщиной стенки 0,3 мм, высотой 12,5 мм и углом при вершине конуса 43о20' и заряда ВВ, расположенного между лайнерами и коническими основаниями. Цилиндр 6 с толщиной стенки 0,5 мм является короткозамкнутым витком, препятствующим выходу магнитных силовых линий внутрь генератора. Он является также каркасом сердечника 1.

Сердечник 1 состоит из изолированных пластин (25х5х0,1-0,3). Намагничивается сердечник 1 двенадцатью самарий-кобальтовыми магнитами 9 с размерами 20х18х5 с помощью стального кольцевого магнитопровода 7 с двенадцатью гранями по периферии, разделенного разрезами на двенадцать секторов, и двенадцати стальных элементов 8 магнитопровода, замыкающих магнитные цепи каждого из двенадцати блоков пластин сердечника 1.

По сравнению с прототипом в предлагаемом генераторе увеличен энергосъем с единицы объема в 1,7 раза. В прототипе энергосъем с 1 см3 равен 0,23 Дж, а в предлагаемом генераторе 0,4 Дж с 1 см3. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



ФЕРРОМАГНИТНЫЙ ВЗРЫВНОЙ ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ИМПУЛЬСА, содержащий ферромагнитный сердечник, формирователь ударной волны с системой инициирования и обмотку с выводами на нагрузку, отличающийся тем, что, с целью увеличения энергосъема и расширения класса используемых нагрузок, формирователь ударной волны, сердечник и обмотка выполнены цилиндрическими и расположены коаксиально, система инициирования формирователя ударной волны расположена на оси генератора, причем формирователь ударной волны расположен внутри сердечника, выполненного в виде радиального набора пластин, а обмотка выполнена в виде спирали и расположена на наружной поверхности сердечника.




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