Двухступенчатый электромагнитный ускоритель твердых тел
Устройство относится электротехнике, в частности к конструкциям электромагнитных ускорителе, которые используются в рельсовых транспортных средствах. Коммутатор (4) соединяет первый источник питания (6) с электродами (2) и по последним и якорю (3) начинает протекать ток, который создает магнитное поле. Взаимодействие данного поля и тока в якоре (3) приводит к появлению силы Ампера, которая начинает действовать на якорь (3), разгоняя последний. Когда якорь (3) подходит к границе ступеней, датчик (11) вырабатывает сигнал, который поступает в блок управления (14). При подходе к границе ступеней токовый якорь (3) приобретает скорость порядка 0,1 км·с-1, т.е. когда еще возможно надежное обеспечение электрического контакта между якорем (3) и электродами (2). Блок управления (14) выдает сигнал на выключение первого источника питания (6) и на включение второго источника питания (10), который запитывает многофазную обмотку (8). Обмотка (8) создает бегущее магнитное поле, которое индуцирует в токовом подвижном якоре (3), по инерции перешедшем на вторую ступень силового корпуса (1), токи. Взаимодействие этих токов с бегущим магнитным полем приводит к возникновению продольной силы, которая выполняет дальнейшее ускорение токового подвижного якоря (3) до первой космической скорости. 1 ил.
Полезная модель относится области космонавтики и может быть использовано для вывода в космос полезных грузов.
Известен ускоритель твердых тел (John. P. Barber, Charls. L. McDonald. A composition of armature. IEEE. Transactions on magnetics. Vol. MAG - 22. n.6. Nov.1986. p.1389-1394), состоящий из направляющих рельсов и якоря - ускоряемого тела, к которому энергия подводится непрерывно с помощью токопроводящих щеток. Поэтому на всей длине разгона сила взаимодействия полей постоянна, следовательно, постоянна величина ускоряющей силы. Значительные потери на трение между токопроводящими щетками и рельсами определяют сравнительно невысокие достижимые скорости, что делает невозможным использование данного ускорителя для разгона тел до космических скоростей.
Известен двухступенчатый электромагнитный ускоритель твердых тел (RU 2066824. F41B 6/00, Опубл. 20.09.1996), выбранный в качестве прототипа, содержащий силовой корпус, в котором вдоль его продольной оси расположены первые параллельные электроды, образующие внешнюю пару электродов, закороченную в сечении энергоподвода перемычкой. Параллельно им расположены вторые электроды, образующие внутреннюю пару, закороченную токовым подвижным якорем. Все электроды разделены электроизолирующими прокладками. Первые электроды подключены во входной части ускорителя к источнику электропитания через коммутатор, а вторые электроды - к источнику электропитания токового подвижного якоря. Указанные источники электропитания гальванически изолированы, первый и второй электроды, находящиеся по одну сторону ускорителя, подключены к одноименным клеммам источников электропитания через коммутаторы, а первый и второй электроды, находящиеся по другую сторону ускорителя, - к другим клеммам. Длины участков от начального положения токового подвижного якоря до точки подключения источника электропитания токового подвижного якоря и от этой точки до выхода ускорителя подобраны так, чтобы обеспечить эффективный разгон, а геометрические характеристики электродных пар и величины разрядных токов подобраны так, чтобы не создавать нагрузки, разрушающей канал ускорителя.
Необходимость передачи электрического тока с неподвижных электродов в токовый подвижной якорь через пару трения обуславливает значительные потери энергии и в связи с этим невозможность получения скоростей порядка космических.
Задача полезной модели - повышение предельно достижимой скорости двухступенчатого электромагнитного ускорителя твердых тел путем использования на второй ступени разгона энергии бегущего магнитного поля, созданного линейным индукционным двигателем.
Технический результат достигается следующим образом. В двухступенчатом электромагнитном ускорителе твердых тел, содержащем силовой корпус, в первой ступени которого вдоль его продольной оси расположена пара параллельных электродов, закороченная токовым подвижным якорем и подключенная во входной части ускорителя к выходу первого источника электропитания через коммутатор, во второй ступени в силовом корпусе жестко закреплен линейный индуктор в виде магнитопровода с зубцовой зоной и многофазной обмоткой переменного тока, продольная ось линейного индуктора совпадает с продольной осью силового корпуса, а многофазная обмотка переменного тока подключена к выходу второго источника электропитания, на стыке первой и второй ступени на силовом корпусе закреплен датчик положения якоря, выход которого соединен с входом блока управления, первый выход которого соединен с входом первого источника электропитания, а второй выход - с входом второго источника электропитания.
Предлагаемое устройство показано на чертеже. Вдоль продольной оси первой ступени силового корпуса 1 расположена пара электродов 2, на которой находится токовый подвижный якорь 3, изготовленный из электропроводящего материала, например, из меди. Электроды 2 проводами через коммутатор 4 соединены с выходом 5 первого источника электропитания 6. Во второй ступени силового корпуса 1 жестко закреплен магнитопровод 7 линейного индуктора, в зубцовой зоне которого расположена многофазная обмотка 8, которая проводами соединен с выходом 9 второго источника электропитания 10. На границе двух ступеней жестко закреплен датчик положения 11, например, индукционного типа. Выход 12 датчика положения 11 соединен с входом 13 блока управления 14. Первый выход 15 блока управления 14 соединен с входом 16 первого источника питания 6, второй выход 17 блока управления 14, построенного, например, по типу разомкнутой системы автоматического управления (Юревич Е.И. Теория автоматического управления. Л.: Энергия, 1975, С.8-9), соединен с входом второго источника электропитания 10.
Заявляемое устройство работает следующим образом. Коммутатор 4 соединяет первый источник питания 6 с электродами 2 и по последним и токовому подвижному якорю 3 начинает протекать ток, который создает магнитное поле. Взаимодействие данного поля и тока в токовом подвижном якоре 3 приводит к появлению силы Ампера, которая начинает действовать на токовый подвижный якорь 3, разгоняя последний. Когда токовый подвижный якорь 3 подходит к границе ступеней, датчик И вырабатывает сигнал, который поступает в блок управления 14. При подходе к границе ступеней токовый якорь 3 приобретает скорость порядка 0,1 км·с-1, т.е. когда еще возможно надежное обеспечение электрического контакта между токовым подвижным якорем 3 и электродами 2. Блок управления 14 выдает сигнал на выключение первого источника питания 6 и на включение второго источника питания 10, который запитывает многофазную обмотку 8. Многофазная обмотка 8 создает бегущее магнитное поле, которое индуцирует в токовом подвижном якоре 3, по инерции перешедшем на вторую ступень силового корпуса 1, токи. Взаимодействие этих токов с бегущим магнитным полем приводит к возникновению продольной силы, которая выполняет дальнейшее ускорение токового подвижного якоря 3 до первой космической скорости.
Как можно заметить, использование индукционного способа передачи энергии на токовый подвижный якорь позволяет снять ограничения по достижимым значениям его скорости, обусловленными электрическим контактом между движущимся якорем и рельсами на первой ступени.
Двухступенчатый электромагнитный ускоритель твердых тел, содержащий силовой корпус, в первой ступени которого вдоль его продольной оси расположена пара параллельных электродов, закороченная токовым подвижным якорем и подключенная во входной части ускорителя к выходу первого источника электропитания через коммутатор, отличающийся тем, что во второй ступени в силовом корпусе жестко закреплен линейный индуктор в виде магнитопровода с зубцовой зоной и многофазной обмоткой переменного тока, продольная ось линейного индуктора совпадает с продольной осью силового корпуса, а многофазная обмотка переменного тока подключена к выходу второго источника электропитания, на стыке первой и второй ступени на силовом корпусе закреплен датчик положения якоря, выход которого соединен с входом блока управления, первый выход которого соединен с входом первого источника электропитания, а второй выход - с входом второго источника электропитания.
