ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ДЛЯ ИСКУССТВЕННОГО СПУТНИКА ЗЕМЛИ
ELECTRIC GENERATOR FOR ARTIFICIAL EARTH SATELLITE

Изобретение относится к электрической технике, в частности к устройствам получения электрической энергии, и может быть использовано для получения электрической энергии на космических аппаратах, перемещающихся в пространстве относительно силовых линий магнитного поля Земли.
При движении проводника в магнитном поле Земли провод пересекает линии магнитного поля Земли с индукцией В и в нем по закону электромагнитной индукции индуцируется ЭДС
E=Blν,
где l - активная длина проводника;
ν - линейная скорость проводника обмотки якоря.
Известно устройство (Tether power generator for earth orbiting satellites. Patent US 004923151, В64G 1/64, 1990 г.), конструкция которого предполагает наличие двух объектов, движущихся на орбите вокруг Земли и связанных между собой коаксиальным кабелем. Кабель требует определенной ориентации относительно силовых линий магнитного поля Земли, его перемещение вдоль силовых линий не приведет к появлению электродвижущей силы. Это потребует постоянной определенной ориентации обоих движущихся объектов. Однако вывод такого объекта на орбиту или монтаж его на орбите, а также постоянная ориентация в пространстве является весьма сложной задачей. Связь двух объектов на орбите гибким кабелем невозможна, объекты имеют ненулевую скорость относительно друг друга, кабель оборвется. Связь двух объектов жесткой конструкцией превращает их в один объект огромных размеров (сотни - тысячи метров), резко увеличивает вес и делает его неуправляемым.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является электрический генератор для подвижных объектов (заявка на изобретение RU №2010147411 А от 19.11.2010, МПК H02K 23/00, опубл. 27.05.2012, бюлл. №15), в котором якорь выполнен в виде катушки, половина которой, включающая в себя половину каждого витка катушки, закрыта магнитонепроницаемым экраном. Использование катушки вместо прямолинейного отрезка кабеля облегчает осуществление ориентации проводника, в котором индуцируется ЭДС, однако не исключает выполнение этой операции вообще.
Существенным недостатком такого генератора является необходимость ориентации положения генератора в пространстве относительно силовых линий магнитного поля Земли. В ряде случаев (например, для спутников с изменяемым положением в пространстве) это потребует установки сложной системы ориентации, что скажется на надежности всего объекта в целом. Отсутствие такой системы или ее отказ приведет к тому, что при произвольной ориентации генератора на его выходе может индуцироваться ЭДС величиной от 0 до 1Е, где Е - максимально возможное значение ЭДС при оптимальной ориентации витков обмоток относительно силовых линий магнитного поля, 0 - при отклонении от этого положения на 90°.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности и надежности электрического генератора.
Указанная задача достигается тем, что согласно изобретению обмотка якоря генератора состоит не менее, чем из трех катушек, оси которых расположенных под углом друг к другу и лежат в разных плоскостях, обмотки катушек соединены последовательно и согласно.
Существенным отличием предлагаемого технического решения является выполнение обмотки якоря генератора не менее, чем из трех катушек, оси которых расположенных под углом друг к другу и лежат в разных плоскостях, обмотки катушек соединены последовательно и согласно.
На фиг.1 показан электрический генератор, якорь которого выполнен в виде трех катушек 1, 2 и 3, обмотки которых последовательно соединены между собой. Положение проводников 4, 5 и 6 в катушках совпадает с положением осей X, Y, Z, расположенных перпендикулярно друг другу. Половина каждой из катушек 1, 2 и 3 закрыта магнитонепроницаемым экраном 7, 8 и 9 соответственно.
На фиг.2 показано положение вектора В при произвольной ориентации катушек генератора относительно силовых линий магнитного поля Земли.
Взаимно перпендикулярное положение осей X, Y, Z показано для простоты пояснения, из-за особенностей конструкции и расположения обмоток генератора на объекте этот угол может отличаться от 90°.
При произвольном положении вектора В (фиг.2), определяемом углами а (в плоскости XOY) и β (в плоскости COZ), его проекции на оси OX, OY и OZ будут соответственно равны:
Х
В=B·cos α·cos β
Y
B=B·sin α-cos β
Z
B=B·sin β
При последовательном и согласном включении обмоток катушек 1-3 суммарная индуцируемая в них ЭДС будет равна:
X
Y
Z
E=|B|νl+|B|νl+|B|νl=Bνl(|cos α·cos β|+|sin α·cos β|+|sin β|)
Расчеты показывают, что при любых возможных комбинациях величин этих углов величина ЕДС лежит в пределах Е - (1…1,71)5νl. Следовательно, при любом положении предлагаемого генератора будет гарантировано получение ЭДС не менее, чем максимально возможное значение ЭДС (Е=Blν) от одной обмотки при оптимальной ее ориентации относительно силовых линий магнитного поля Земли.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить эффективность и надежность электрического генератора ввиду гарантированного получения ЭДС при полном отсутствии системы его ориентации при любой ориентации генератора относительно силовых линий магнитного поля Земли.