Описание.
Предлагаемое устройство относится к области физики и электротехники, а именно к способу создания электромагнитной силы, имеющей строго определённый вектор действия.
Наиболее близкими аналогами являются электромагнитные подвесы, использующие силу магнитного притяжения или отталкивания для создания удерживающей силы ( магнитной подушки ) например в схемах поездов на магнитном подвесе ( см. В. А. Дзензерский, В. И. Омельянченко и др. "Высокоскоростной магнитный транспорт с электродинамической левитацией"). В подобных схемах электромагниты создающие эффект электромагнитной подушки расположены так, при их взаимодействии образуется зазор между полюсами движущегося объекта (электромагнита ) и стационарно расположенного неподвижного короткозамкнутого контура электромагнита или металлического немагнитного листа изготовленного из алюминия или меди. Такое расположение электромагнитов требует большого количества участвующих в движении подвижного объекта стационарных магнитов, больших затрат мощностей электроэнергии, сложной схемы управления подвижным объектом.
Предлагаемая схема принципиально отличается от указанных выше конструктивных схем, поскольку в них магнитное поле создаваемое электрическими зарядами одного проводника действует на электрические заряды другого проводника, и при этом в нём возникает сила. Второй проводник создаёт своё магнитное поле, которое действует на заряды первого проводника и создаёт противодействующую силу. При этом две силы действующая и противодействующая уравновешивают друг друга в пределах рассматриваемой системы. Предлагаемая конструкция разводит магнитные поля таким образом, что в пределах рассматриваемого устройства противодействующая сила не появляется или появляется, но не выполняется принцип равнодействия силы действующей и ей противодействующей. Это утверждение противоречит известному закону открытому более трёх столетий назад. Но не следует считать всеобъемлющим закон, который был открыт, когда даже не были сформулированы представления о магнитном поле. К тому же, действие закона до настоящего времени рассматривалось для единичных случаев в однородных и изотропных средах, и вообще не рассматривалось для возможных случаев взаимодействия магнитных полей в неоднородных и неизотропных средах . Предлагаемая конструкция и является такой неизотропной и неоднородной средой.
Предлагаемая конструкция состоит из двух электрических цепей постоянного тока. Первая электрическая цепь включает в себя в простейшем случае: низковольтный источник питания в качестве которого могут быть использована униполярная машина, генерирующая большие токи при малых напряжениях ( в других конструкциях можно отказаться от использовать униполярной машины и использовать источники постоянного тока генерирующие небольшие токи ); выключатель; соединительные провода (шины); прямоугольного проводника 4, изготовленный из немагнитного листа с хорошей проводимостью ( например из меди ), имеющего изоляцию, расположенного в зазоре магнитопровода второй электрической цепи. Также первая электрическая цепь имеет свою магнитную цепь, состоящую из двух малых П-образных магнитопроводов 6 и двух вертикальных разводящих магнитопроводов 5. Вторая электрическая цепь в простейшем случае включает в себя: источник питания постоянного тока ; выключатель; соединительные провода; электромагнитную катушку с обмоткой. Вторая электрическая цепь имеет также свою магнитную цепь, состоящую из П-образного магнитопровода 2, изготовленного из ферромагнитного материала толщиной 0,3-0,5мм, и двух горизонтальных разводящих магнитопроводов 5, которые вплотную с двух сторон прилегают к изоляции прямоугольного проводника 4. Между вертикальными и горизонтальные магнитопроводами двух магнитных цепей имеется зазоры заполненные диамагнетиком или сверхдиамагнетиком изолирующим магнитную цепь одной электрической цепи от магнитной цепи другой электрической цепи.
На фиг. ФI показана принципиальная электрическая схема силового электромагнитного устройства с конфигурацией магнитных полей.
На фиг. Ф2 показана механическая часть конструкции устройства.
Работа силового электромагнитного устройства осуществляется следующим образом: электрический ток от источника постоянного тока, попадая на обмотку катушки 1 создаёт магнитное поле. Силовые линии магнитного поля электромагнитной катушки замыкаются через П-образный магнитопровод 2, ферромагнитные штыри горизонтального разводящего магнитопровода 5 и прямоугольный проводник 4 на себя. Изолированный прямоугольный проводник 4, по которому течёт постоянный ток Jпр. выполнен из диамагнитного материала с хорошей проводимостью. Он находится в зазоре между штырями двух горизонтальных магнитопроводов, которые вплотную прилегают к его изоляции. В результате в прямоугольном проводнике 4 возникает сила Ампера. В обмотке электромагнита w витков и по ним течёт ток Jоб. Считаем, что зазоры между соприкасающимися частями участков П-образного магнитопровода, горизонтального разводящего магнитопровода и изоляцией прямоугольной пластины отсутствуют. Рассмотрим обобщённую магнитную цепь, где выделены участки: участок 1 ( L1 , S1 ) магнитопровода; участок 2 ( L2, S2) - магнитопровода; участок 3 ( L3 , S3) - магнитопровода ( ферромагнитные штыри ); участок 4 ( L4 , S4 ) - магнитопровода, длина которого равна толщине прямоугольного проводника. Обозначим средние значения магнитной индукции и напряжённости магнитного поля на отдельных участках магнитопроводов и в прямоугольном проводнике соответственно: на участке 1 – H1 и B1; на участке 2 - H2 и B2; на участке 3 - H3 и B3; на участке 4 – Н4 и В4 . Магнитными полями рассеяния пренебрегаем, поэтому:
B1хS1 = B2хS2 = B3хS3 = В4хS4 = Ф1
По закону полного тока для контура средней силовой линии имеем:
H1хL1+2H2хL2+2H3хL3+H4хL4 =w х Iоб.
Так как Н=B/µ;, то уравнение можно записать в виде:
(B1хL1 + 2хB2х L2 + 2хB3хL3)х к1/µ1 + В4хL4 /µ2 = w х Iоб,
где:
µ1 - магнитная проницаемость материала стали участков
1, 2, 3;
µ2 - магнитная проницаемость материала на участке 4;
к1 - коэффициент заполнения стали на участке 1, 2, 3;
S1 –площадь поперечного сечения участка 1;
S2 - площадь поперечного сечения участка 2;
S3 – площадь поперечного сечения участка 3;
S4 – площадь поперечного сечения участка 4;
B1 – магнитная индукция на участке 1;
B2- магнитная индукция на участке 2;
В3 – магнитная индукция на участке 3;
В4 – магнитная индукция в прямоугольном проводнике;
w- число витков намагничивающей обмотки;
Iоб. - сила тока в намагничивающей обмотке.
Отсюда можно найти величину индукции действующей на прямоугольный проводник 1:
В4 =(w хIоб – (Н1хL1+2хН2хL2+2хН3хL3)хк1) х µ2/L4
Сила Ампера возникающая при этом в прямоугольном проводнике будет равна:
F =B4 х Iпр.х L , где:
F - сила Ампера в прямоугольном проводнике,
B4 – магнитная индукция в прямоугольном проводнике,
Iпр. – сила тока в прямоугольном проводнике, находящемся в магнитном поле,
L - длина участка прямоугольного проводника находящегося в магнитном поле.
Прямоугольный проводник 4 по которому течёт постоянный ток также создаёт магнитное поле. Векторы напряжённости и индукции этого магнитного поля будут иметь вид замкнутых концентрических относительно проводника овальных фигур. При обычной конструкции электромагнита с проводником 4 в зазоре магнитной цепи электромагнитной катушки , сила, которая уравновешивала силу Ампера в проводнике 4, возникала в результате действия магнитного поля проводника 4 на ферромагнитные домены магнитопровода электромагнитной катушки. При этом искажалось магнитное поле электромагнитной катушки 1 и в ней возникала сила противодействия уравновешивающая силу Ампера проводника 4. Для вышеописанного устройства значительно уменьшается ( или даже исключается ) воздействия магнитного поля прямоугольного проводника 4 на домены магнитной цепи электромагнитной катушки за счёт того, что удаётся максимально развести пути распространения двух магнитных потоков – магнитного потока электромагнитной катушки 1 и магнитного потока прямоугольного проводника 4. Это осуществляется с помощью изоляции друг от друга путей распространения их магнитных потоков . Если незначительное воздействие на домены магнитной цепи электромагнитной катушки со стороны магнитного поля прямоугольного проводника 4 всё же будет, то оно будет значительно меньше чем в обычном электромагните т. к. магнитное поле проводника 4 будет распространяться по пути с меньшими энергетическими затратами, т. е. через магнитные пути вертикального магнитопровода 5 и малые П- образные магнитопроводы 6 своей магнитной цепи и не будет попадать в магнитную цепь катушки. Поэтому сила Ампера, возникающая в прямоугольном проводнике 4 от воздействия на него магнитного поля электромагнитной катушки 1, не будет уравновешиваться силой такой же природы, равной по модулю и противоположной по направлению в электромагнитной катушке от действия на неё магнитного поля проводника 4.
Страница 1