ГИБРИДНЫЙ НАКОПИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ (ГНЭ) И

СПОСОБ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГНЭ (ВАРИАНТЫ)

Группа изобретений относится к областям электроэнергетики, гибридного и элек- трического транспорта, и представляет собой комбинированное устройство гибридного накопителя энергии, сочетающегося в себе свойства маховика, супермаховика, ионного прибора и обратимой МГД электромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, конструктивно выполненной по схеме обратимой униполярной электрома- шины постоянного тока с электропроводным ротором из низкотемпературной плазмы, с вариантом исполнения, при котором накопление и отдача энергии гибридного накопителя энергии осуществляется посредством только электрической энергии, или с вариантом ис- полнения, при котором статор обратимой МГД электромашины постоянного тока, с за- мкнутым круговым МГД каналом, может иметь возможность вращения при наличии до- полнительной регулируемой раздельной или комбинированной механической, электроме- ханической, гидромеханической, пневмомеханической трансмиссии для возможности од- новременного или раздельного накопления и отдачи комбинированной механической и/или электрической энергий гибридного накопителя энергии, супермаховик которого имеет максимальную скорость вращения без ограничения скорости вращения по пределу текучести материала супермаховика.

5 н.п. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Из существующего уровня техники известен супермаховик - один из типов махо- вика, накопитель механической энергии. За счет конструктивных особенностей способен хранить до 130 ватт-часов на килограмм веса, а при использовании в конструкции супер- карбонового волокна - до 500 киловатт-часов. Изобретен в 1964 году советским инжене- ром Нурбеем Владимировичем Гулиа. В настоящее время многие фирмы, например, такие как Siemens, Urenco Power Technologies (Великобритания), американская компания Beacon Power, разрабатывают накопители энергии общая конструкция которых содержит супер- маховик, навитый из углеволокна, вакуумированный корпус, скоростную электромашину, фиксирующие шарикоподшипники, магнитные опоры. Увеличение прочности материала до уровня прочности карбона вызывает потребность в увеличении скорости вращения су- пермаховика раз в 30 - 50, которая и так достигает 2 км/с. Общие недостатки всех подоб- ных устройств - предел прочности материала супермаховика и то, что на данный момент нет таких электромашин с вращающимся ротором и фиксирующих подшипников, которые бы работали на частоте вращения свыше 2 млн об/мин и таким образом удельная энерго- емкость такого сверхнакопителя не может превышать 500 кВтч/кг.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому реше- нию и поэтому принятым за прототип, являются так называемые кольцевые супермахови- ки, которые не содержат подшипников, даже фиксирующих, как и электромашин с рото- ром. Кольцевой супермаховик подвешен в следящем магнитном поле без какого-либо контакта с подшипниками, да и ротора он не требует. Конструкция кольцевого суперма- ховика содержит вакуумированный корпус, магнитные активные опоры, совмещенные со статором линейного двигателя, кольцевой супермаховик из сверхпрочного волокна и удельная энергоемкость такого сверхнакопителя может превышать 500 кВтч/кг. Недостат- ки прототипа - ограничение скорости вращения по пределу текучести материала суперма- ховика, что ограничивает возможности удельной энергоемкости накопителя энергии, сложность устройств подвеса и регулирования в следящем магнитном поле и особенно при пространственном изменении положения накопителя энергии, например в составе устройства электромобиля, а также отсутствие простой возможности вращения вакууми- рованного корпуса с магнитными активными опорами, совмещенными со статором ли- нейного двигателя для возможности одновременного или раздельного накопления и отда- чи комбинированной механической и/или электрической энергий кольцевым супермахо- виком.

Таким образом, остается актуальной задача создания накопителя энергии, суперма- ховик которого имеет максимальную скорость вращения без ограничения скорости вра- щения по пределу текучести материала супермаховика, с дополнительной возможностью одновременного или раздельного накопления и отдачи комбинированной механической и/или электрической энергий.

Из уровня техники известна униполярная обратимая электромашина— разновид- ность электрических машин постоянного тока, содержащая электропроводящий диск, по- стоянное магнитное поле, параллельное оси вращения диска, 1-й токосъёмник на оси дис- ка и 2-й токосъёмник у края диска, у которой перемене контактов или положения магнит- ных полюсов происходит смена направления вращения электропроводящего диска на про- тивоположное.

Из уровня техники известен также магнитогидродинамический (МГД) генератор, представляющий собой устройство, преобразующее кинетическую энергию электропро- водящего потока, движущегося в поперечном магнитном поле, в электроэнергию. Извест- но также, что МГД генераторы обладают свойством обратимости. При приложении на электроды электрического напряжения на электропроводящую среду будет действовать сила, как на проводник с током в магнитном поле и эту силу можно использовать для пе- рекачки токопроводящих жидкостей и газов в МГД насосах. Такой обратимый эффект позволяет также вращать электропроводную низкотемпературную плазму в замкнутом по кругу МГД канале обратимой МГД машины с максимальной скоростью вращения в ре- жиме МГД насоса, преобразуя внешне подведенную электроэнергию в кинетическую энергию вращения супермаховика, из электропроводной низкотемпературной плазмы в замкнутом по кругу МГД канале обратимой МГД машины или отдавая запасенную кине- тическую энергию вращения супермаховика, из электропроводной низкотемпературной плазмы в замкнутом по кругу МГД канале обратимой МГД машины во внешнюю элек- трическую нагрузку в режиме МГД генератора. И эти свойства обратимости МГД машин могут быть использованы для создания гибридного накопителя энергии с супермаховиком без ограничения скорости вращения по пределу текучести материала.

Задачей достижения технического результата, на который направлена заявленная группа изобретений, является создание накопителя энергии, супермаховик которого имеет максимальную скорость вращения без ограничения скорости вращения по пределу теку- чести материала супермаховика, и при этом, как минимум, один из вариантов исполнения накопителя энергии имеет дополнительную возможность одновременного или раздельно- го накопления и отдачи комбинированной механической и/или электрической энергий.

Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что пред- ложен гибридный накопитель энергии, характеризующийся тем, что содержит обратимую МГД электромашину постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, конструк- тивно выполненной по схеме обратимой униполярной электромашины постоянного тока с электропроводным ротором из электропроводной низкотемпературной плазмы, со стато- ром, выполненным в виде герметичного полого сосуда из прочного диэлектрического ма- териала, как минимум одна из поверхностей которого имеет форму правильного круга, представляющего собой ионный прибор, внутреннее пространство, которого заполнено вакуумом с количеством ртути, достаточным для создания насыщенного ртутного пара, который формируется и ионизируется устройством нагрева и/или источником ионизиру- ющего воздействия для создания электропроводной низкотемпературной плазмы, которая представляет собой электропроводный ротор, в составе обратимой МГД электромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, конструктивно выполненной по схеме обратимой униполярной электромашины постоянного тока с электропроводным ро- тором из электропроводной низкотемпературной плазмы, а взаимно-перпендикулярные поверхности поперечного сечения статора обратимой МГД электромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, содержат также электрические контакты плюс и минус для цепи постоянного тока, а также пару полюсов N и S стационарного постоян- ного магнитного поля, магнитный поток которого перпендикулярен направлению тока в цепи постоянного тока электропроводного ротора, из электропроводной низкотемпера- турной плазмы, который при этом также является одновременно супермаховиком гибрид- ного накопителя энергии.

Указанная задача (достижение технического результата) решается также тем, что предложен гибридный накопитель энергии, характеризующийся тем, что содержит обра- тимую МГД электромашину постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, кон- структивно выполненной по схеме обратимой униполярной электромашины постоянного тока с электропроводным ротором из электропроводной низкотемпературной плазмы, со статором, выполненным в виде герметичного полого сосуда из прочного диэлектрическо- го материала, как минимум одна из поверхностей которого имеет форму правильного кру- га, представляющего собой ионный прибор, внутреннее пространство, которого заполнено вакуумом с количеством ртути, достаточным для создания ненасыщенного ртутного пара, который формируется и ионизируется устройством нагрева и/или источником ионизиру- ющего воздействия для создания электропроводной низкотемпературной плазмы, которая представляет собой электропроводный ротор, в составе обратимой МГД электромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, конструктивно выполненной по схеме обратимой униполярной электромашины постоянного тока с электропроводным ро- тором из электропроводной низкотемпературной плазмы, а взаимно-перпендикулярные поверхности поперечного сечения статора обратимой МГД электромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, содержат также электрические контакты плюс и минус для цепи постоянного тока, а также пару полюсов N и S стационарного постоян- ного магнитного поля, магнитный поток которого перпендикулярен направлению тока в цепи постоянного тока электропроводного ротора, из электропроводной низкотемпера- турной плазмы, который при этом также является одновременно супермаховиком гибрид- ного накопителя энергии.

Указанная задача (достижение технического результата) решается также тем, что предложен гибридный накопитель энергии, характеризующийся тем, что содержит обра- тимую МГД электромашину постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, кон- структивно выполненной по схеме обратимой униполярной электромашины постоянного тока с электропроводным ротором из электропроводной низкотемпературной плазмы, со статором, выполненным в виде герметичного полого сосуда из прочного диэлектрическо- го материала, как минимум одна из поверхностей которого имеет форму правильного кру- га, представляющего собой ионный прибор, внутреннее пространство, которого заполнено вакуумом с количеством ртути, достаточным для создания насыщенного ртутного пара, который формируется и ионизируется устройством нагрева и/или источником ионизиру- ющего воздействия для создания электропроводной низкотемпературной плазмы, которая представляет собой электропроводный ротор, в составе обратимой МГД электромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, конструктивно выполненной по схеме обратимой униполярной электромашины постоянного тока с электропроводным ро- тором из электропроводной низкотемпературной плазмы, а взаимно-перпендикулярные поверхности поперечного сечения статора обратимой МГД электромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, содержат также электрические контакты плюс и минус для цепи постоянного тока, а также пару полюсов N и S стационарного постоян- ного магнитного поля, магнитный поток которого перпендикулярен направлению тока в цепи постоянного тока электропроводного ротора, из электропроводной низкотемпера- турной плазмы, который при этом также является одновременно супермаховиком гибрид- ного накопителя энергии и при этом статор, обратимой МГД электромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, имеет возможность вращения и содержит устройство включения, выключения возможности вращения статора, а также регулируе- мую трансмиссию для передачи вращательного момента.

Указанная задача (достижение технического результата) решается также тем, что предложен гибридный накопитель энергии, характеризующийся тем, что содержит обра- тимую МГД электромашину постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, кон- структивно выполненной по схеме обратимой униполярной электромашины постоянного тока с электропроводным ротором из электропроводной низкотемпературной плазмы, со статором, выполненным в виде герметичного полого сосуда из прочного диэлектрическо- го материала, как минимум одна из поверхностей которого имеет форму правильного кру- га, представляющего собой ионный прибор, внутреннее пространство, которого заполнено вакуумом с количеством ртути, достаточным для создания ненасыщенного ртутного пара, который формируется и ионизируется устройством нагрева и/или источником ионизиру- ющего воздействия для создания электропроводной низкотемпературной плазмы, которая представляет собой электропроводный ротор, в составе обратимой МГД электромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, конструктивно выполненной по схеме обратимой униполярной электромашины постоянного тока с электропроводным ро- тором из электропроводной низкотемпературной плазмы, а взаимно-перпендикулярные поверхности поперечного сечения статора обратимой МГД электромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, содержат также электрические контакты плюс и минус для цепи постоянного тока, а также пару полюсов N и S стационарного постоян- ного магнитного поля, магнитный поток которого перпендикулярен направлению тока в цепи постоянного тока электропроводного ротора, из электропроводной низкотемпера- турной плазмы, который при этом также является одновременно супермаховиком гибрид- ного накопителя энергии и при этом статор, обратимой МГД электромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, имеет возможность вращения и содержит устройство включения, выключения возможности вращения статора, а также регулируе- мую трансмиссию для передачи вращательного момента.

Другим отличием исполнения является то, что статор, обратимой МГД электрома- шины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, имеющий возможность вращения, содержит механическую регулируемую трансмиссию для передачи вращатель- ного момента.

Следующим отличием исполнения является то, что статор, обратимой МГД элек- тромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, имеющий возмож- ность вращения, содержит электромеханическую регулируемую трансмиссию для переда- чи вращательного момента.

Следующим отличием исполнения является то, что статор, обратимой МГД элек- тромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, имеющий возмож- ность вращения, содержит гидромеханическую регулируемую трансмиссию для передачи вращательного момента.

Следующим отличием исполнения является то, что статор, обратимой МГД элек- тромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, имеющий возмож- ность вращения, содержит пневмомеханическую регулируемую трансмиссию для переда- чи вращательного момента.

Следующим отличием исполнения является то, что статор, обратимой МГД элек- тромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, имеющий возмож- ность вращения, содержит регулируемую комбинированную механическую и/или элек- тромеханическую и/или гидромеханическую и/или пневмомеханическую трансмиссию для передачи вращательного момента.

Другим отличием исполнения является то, что пара полюсов N и S стационарного постоянного магнитного поля, магнитный поток которого перпендикулярен направлению тока в цепи постоянного тока электропроводного ротора из электропроводной низкотем- пературной плазмы, имеет возможность регулирования величины магнитного потока.

Следующим отличием исполнения является то, что пара полюсов N и S ста- ционарного постоянного магнитного поля, магнитный поток которого перпендикулярен направлению тока в цепи постоянного тока электропроводного ротора из электропровод- ной низкотемпературной плазмы, не имеет возможности регулирования величины маг- нитного потока.

Следующим отличием исполнения является то, что электропроводность ротора, обратимой МГД электромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, сформирована парами в вакууме ртути и/или любого электропроводного вещества и/или любым ионизированным электропроводным газом.

Технический результат достигается также в способе функционирования гибридно- го накопителя энергии (далее - ГНЭ), заключающемся в том, что в исходном положении ГНЭ с электрических контактов плюс и минус для цепи постоянного тока статора обрати- мой МГД электромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом напря- жение снято и также отключено устройство нагрева и/или источника ионизирующего воз- действия для формирования и ионизации насыщенного или ненасыщенного ртутного пара и общий запас накопленной энергии ГНЭ равен нулю. При необходимости иметь опреде- ленный уровень запасенной энергии в ГНЭ включают устройство нагрева и/или источни- ка ионизирующего воздействия для формирования и ионизации насыщенного или нена- сыщенного ртутного пара, который имеет определенную электропроводимость, затем по- дают напряжение постоянного тока на электрические контакты плюс и минус для цепи постоянного тока статора обратимой МГД электромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, конструктивно выполненной по схеме обратимой униполярной электромашины постоянного тока с электропроводным ротором из электропроводной низкотемпературной плазмы, в конструкции ГНЭ. При этом, электропроводный ротор из электропроводной низкотемпературной плазмы в поперечном магнитном поле пары по- люсов N и S стационарного постоянного магнитного поля начинает вращаться в соответ- ствии с физическими процессами аналогичными при вращении ненагруженного электро- проводного металлического ротора униполярной обратимой электромашины постоянного тока в двигательном режиме и в соответствии с законами электротехники при увеличении напряжения до номинального и уменьшении величины магнитного потока до минималь- ных значений скорость вращения ненагруженного электропроводного металлического ро- тора может достигать больших значений, при которых возможно механическое разруше- ние, по пределу текучести материала, ненагруженного электропроводного металлическо- го ротора, аналогично процессу в накопителе энергии, супермаховик которого имеет мак- симальную скорость вращения с ограничением скорости вращения по пределу текучести материала супермаховика. Так как в конструкции ГНЭ используется электропроводный ротор из электропроводной низкотемпературной плазмы, являющий одновременно супер- маховиком, который может иметь максимальную скорость вращения без ограничения скорости вращения по пределу текучести материала супермаховика, то общий максималь- ный запас накопленной энергии ГНЭ может значительно превышать энергию известных супермаховиков. Для режима отдачи запасенной энергии ГНЭ отключают от источника постоянного тока и подключают на электрическую нагрузку электрические контакты плюс и минус для цепи постоянного тока статора обратимой МГД электромашины посто- янного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, конструктивно выполненной по схеме обратимой униполярной электромашины постоянного тока с электропроводным ротором из электропроводной низкотемпературной плазмы, в конструкции ГНЭ. При этом в соот- ветствии с физическими процессами аналогично вращению ненагруженного электропро- водного металлического ротора униполярной обратимой электромашины постоянного то- ка, но уже в генераторном режиме, ГНЭ будет отдавать запасенную энергию потребителю электроэнергии. Для варианта ГНЭ, в котором статор, обратимой МГД электромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, имеет возможность вращения и содержит устройство включения, выключения возможности вращения статора, а также регулируемую трансмиссию для передачи вращательного момента имеется также допол- нительная возможность одновременного или раздельного накопления и отдачи комбини- рованной электрической и/или механической энергий, при использовании выключаемой регулируемой трансмиссии для передачи вращательного механического момента.

Сущность группы изобретений поясняется чертежами фиг.1, фиг.2, фиг.З и фиг.4.

На чертеже фиг.1 представлен эскиз варианта гибридного накопителя энергии, имеющего возможность накопления и отдачи только электрической энергии, содержащего обратимую МГД электромашину постоянного тока 6, с замкнутым круговым МГД кана- лом в форме высокого кольца 3, конструктивно выполненную по схеме обратимой унипо- лярной электромашины постоянного тока с электропроводным ротором из электропро- водной низкотемпературной плазмы, со статором 2, выполненным в виде герметичного полого сосуда из прочного диэлектрического материала в форме высокого кольца 2, пред- ставляющего собой ионный прибор, внутреннее пространство 3, которого заполнено ваку- умом с количеством ртути, достаточным для создания насыщенного ртутного пара, кото- рый формируется и ионизируется устройством нагрева (на эскизе не показано) для созда- ния электропроводной низкотемпературной плазмы, которая представляет собой также электропроводный ротор 3, в составе обратимой МГД электромашины постоянного тока 6, с замкнутым круговым МГД каналом в форме высокого кольца 3, конструктивно вы- полненной по схеме обратимой униполярной электромашины постоянного тока с электро- проводным ротором 3 из электропроводной низкотемпературной плазмы, который также является одновременно супермаховиком 3 в конструкции гибридного накопителя энергии, а поверхности поперечного сечения замкнутого кругового МГД канала в форме высокого кольца 3 статора 2 обратимой МГД электромашины постоянного тока 6, с замкнутым кру- говым МГД каналом, содержат пару полюсов N и S стационарного постоянного магнит- ного поля 4 и электрические контакт плюс 1 и контакт минус 5 для цепи постоянного тока, направление которого перпендикулярно направлению магнитного потока полюсов N и S стационарного постоянного магнитного поля 4.

На чертеже фиг.2 - представлен эскиз варианта гибридного накопителя энергии, имеющего возможность одновременного или раздельного накопления и отдачи комбини- рованной механической и/или электрической энергий, содержащего обратимую МГД электромашину постоянного тока 6, с замкнутым круговым МГД каналом в форме низко- го цилиндра 3, конструктивно выполненную по схеме обратимой униполярной электро- машины постоянного тока с электропроводным ротором из электропроводной низкотем- пературной плазмы, со статором 2, выполненным в виде герметичного полого сосуда из прочного диэлектрического материала в форме низкого цилиндра 2, имеющим возмож- ность вращения в подшипниковых узлах 7, представляющего собой ионный прибор, внут- реннее пространство 3, которого заполнено вакуумом с количеством ртути, достаточным для создания насыщенного ртутного пара, который формируется и ионизируется комби- нированно устройством нагрева и/или источником ионизирующего воздействия (на эскизе не показаны) для создания электропроводной низкотемпературной плазмы, которая пред- ставляет собой также электропроводный ротор 3, в составе обратимой МГД электромаши- ны постоянного тока 6, с замкнутым круговым МГД каналом в форме низкого цилиндра 3, конструктивно выполненной по схеме обратимой униполярной электромашины постоян- ного тока с электропроводным ротором 3 из электропроводной низкотемпературной плаз- мы, который также является одновременно супермаховиком 3 гибридного накопителя энергии, а поверхности поперечного сечения замкнутого кругового МГД канала в форме низкого цилиндра 3 статора 2 обратимой МГД электромашины постоянного тока 6, с за- мкнутым круговым МГД каналом, содержат пару полюсов N и S стационарного посто- янного магнитного поля 4 и электрические контакт плюс 1 и контакт минус 5 для цепи по- стоянного тока, направление которого перпендикулярно направле-нию магнитного потока полюсов N и S стационарного постоянного магнитного поля 4, и при этом электрические контакт плюс 1 и контакт минус 5 для цепи постоянного тока подключаются к внешнему источнику электрической энергии через щеточные узлы (на эскизе не показаны), а выход- ной вал в подшипниковом узле 7 имеет устройство включения, выключения возможности вращения статора 2 и регулируемую трансмиссию для передачи вращательного момента (на эскизе не показаны) для дополнительной комбинированной возможности одновремен- ного или раздельного накопления и отдачи механической и/или электрической энергий гибридного накопителя энергии.

На чертеже фиг.З представлены эскизы некоторых возможных вариантов формы замкнутого кругового МГД канала обратимой МГД электромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, конструктивно выполненной по схеме обратимой униполярной электромашины постоянного тока с электропроводным ротором из электро- проводной низкотемпературной плазмы, со статором, выполненным в виде герметичного полого сосуда из прочного диэлектрического материала, как минимум одна из поверхно- стей которого имеет форму правильного круга, с предпочтительными вариантами испол- нения в форме кольца фиг.З-а- или плоского цилиндра фиг.З-d-, а также вариантами ис- полнения в форме диска фиг.З-с- или тора фиг.З-Ь-.

На чертеже фиг.4 - представлены функциональные схемы возможных вариантов исполнения гибридного накопителя энергии, имеющего возможность одновременного или раздельного накопления и отдачи электрической и/или механической энергий с разными вариантами трансмиссий для передачи механической энергии.

На схеме фиг.4 - е - вариант применения гибридного накопителя энергии 8, имею- щего возможность одновременного или раздельного накопления и отдачи электрической и/или механической энергий, в схеме гибридного автомобиля с вариантом механической трансмиссии для передачи механической энергии, и при этом корпус гибридного накопи- теля энергии 8, со статором, обратимой МГД электромашины постоянного тока, с замкну- тым круговым МГД каналом, имеющим возможность вращения, выполняет также функ- цию дополнительного маховика 8, в схеме гибридного автомобиля с комбинацией меха- нической и электрической трансмиссий, выходной вал которого подключен через устрой- ство 9, включения/выключения возможности вращения дополнительного маховика 8, да- лее к регулируемой гидромуфте с блокировкой 10 регулируемой механической трансмис- сии, включающей также механическую коробку переключения передач 11 и привод одной пары колес 12, а также мотор - колеса 13 электрической трансмиссии с электрической связью со статором 8 обратимой униполярной электромашины постоянного тока гибрид- ного накопителя энергии.

На схеме фиг.4 - f - вариант применения в схеме гибридного автомобиля гибридно- го накопителя энергии 8, имеющего возможность одновременного или раздельного накопления и отдачи электрической и/или механической энергий с вариантом электроме- ханической трансмиссии для передачи механической энергии, и при этом корпус гибрид- ного накопителя энергии 8, со статором, обратимой МГД электромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, имеющим возможность вращения, выполняет также функцию дополнительного маховика 8, в схеме гибридного автомобиля с комбина- цией электромеханической и электрической трансмиссий, выходной вал которого под- ключен через устройство 9, включения/выключения возможности вращения дополнитель- ного маховика 8, далее к регулируемой электромеханической трансмиссии, включающей первую обратимую электромашину 14, вторую обратимую электромашину 15 и привод одной пары колес 12, а также мотор - колеса 13 электрической трансмиссии с электриче- ской связью с обратимой униполярной электромашиной постоянного тока гибридного накопителя энергии.

На схеме фиг.4 - j - вариант применения в схеме гибридного автомобиля гибридно- го накопителя энергии 8, имеющего возможность одновременного или раздельного накопления и отдачи электрической и/или механической энергий с вариантом электроме- ханической трансмиссии для передачи механической энергии, и при этом корпус гибрид- ного накопителя энергии 8, со статором, обратимой МГД электромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, имеющим возможность вращения, выполняет также функцию дополнительного маховика 8, в схеме гибридного автомобиля с комбина- цией гидромеханической и электрической трансмиссий, выходной вал которого подклю- чен через устройство 9, включения/выключения возможности вращения дополнительного маховика 8, далее к регулируемой гидромеханической трансмиссии, включающей первую обратимую гидромашину 16, вторую обратимую гидромашину 17 и привод одной пары колес 12, а также мотор - колеса 13 электрической трансмиссии с электрической связью с обратимой униполярной электромашиной постоянного тока гибридного накопителя энер- гии.

На схеме фиг.4 - h - вариант применения в схеме гибридного автомобиля гибридно- го накопителя энергии 8, имеющего возможность одновременного или раздельного накопления и отдачи электрической и/или механической энергий с вариантом пневмоме- ханической трансмиссии для передачи механической энергии, и при этом корпус гибрид- ного накопителя энергии 8, со статором, обратимой МГД электромашины постоянного тока, с замкнутым круговьш МГД каналом, имеющим возможность вращения, выполняет также функцию дополнительного маховика 8, в схеме гибридного автомобиля с комбина- цией пневмомеханической и электрической трансмиссий, выходной вал которого подклю- чен через устройство 9, включения/выключения возможности вращения дополнительного маховика 8, далее к регулируемой пневмомеханической трансмиссии, включающей первую обратимую пневмомашину 18, вторую обратимую пневмомашину 19 и привод од- ной пары колес 12, а также мотор - колеса 13 электрической трансмиссии с электрической связью с обратимой униполярной электромашиной постоянного тока гибридного накопи- теля энергии.

Работа описанного варианта гибридного накопителя энергии по схеме фиг.1, кото- рый может накапливать или отдавать только электрическую энергию, осуществляется следующим образом. Перед началом работы гибридного накопителя энергии включается устройство нагрева (на эскизе не показано) статора 2, обратимой МГД электромашины постоянного тока 6, с замкнутым круговым МГД каналом в форме высокого кольца 3, внутреннее пространство 3, которого заполнено вакуумом с количеством ртути, достаточ- ным для создания насыщенного ртутного пара, который ионизируется и формируется в электропроводную низкотемпературную плазму под действием устройства нагрева. После формирования электропроводного ртутного пара на электрические контакт плюс 1 и кон- такт минус 5 для цепи постоянного тока подают напряжение постоянного тока от внешне- го источника. Когда через насыщенный электропроводный ртутный пар проходит элек- трический ток, который можно представить в виде множества единичных проводников, направление которых пересекает под прямым углом магнитный поток пары полюсов N и S стационарного постоянного магнитного поля 4, то в соответствии с законами электроди- намики на единицу длины проводника с током I, находящегося в поперечном магнитном поле В, действует сила F = IB, направление которой определяется «правилом левой руки», и которая приводит в круговое движение поток, электропроводного ртутного пара в за- мкнутом круговом МГД канале, физический процесс вращения которого аналогичен вра- щению электропроводного ротора без механической нагрузки в униполярном двигателе, и таким образом преобразуя подведенную извне электрическую энергию в кинетическую энергию вращающегося ротора, из электропроводного ртутного пара, в замкнутом круго- вом МГД канале обратимой МГД электромашины постоянного тока 6, с замкнутым кру- говым МГД каналом в форме высокого кольца 3, работающей при подводимой извне электрической энергии в режиме МГД насоса без нагрузки. И при этом, как известно из механики, кинетическая энергия вращающегося ротора, из электропроводного ртутного пара, будет пропорциональна массе ртутного пара и квадрату угловой скорости вращения вращающегося ротора, из электропроводного ртутного пара. При этом, протекание элек- трического тока в электропроводном ртутном паре создает видимое голубое свечение и много ультрафиолетовых лучей, как в обычной ртутно-кварцевой лампе или ионных при- борах, чем осуществляется дополнительная ионизация паров ртути и чем выше темпера- тура паров ртути, тем интенсивнее излучение ультрафиолетовых лучей, осуществляющих дополнительную ионизацию паров ртути, образующих электропроводную низкотемпера- турную плазму. Из электротехники известно, что число оборотов ротора униполярной электромашины постоянного тока в двигательном режиме, будет прямо пропорционально величине U приложенного напряжения постоянного тока и обратно пропорционально ве- личине Ф поперечного магнитного потока и все формулы для электромашины постоянно- го тока будут справедливы и для обратимой МГД электромашины постоянного тока 6, с замкнутым круговым МГД каналом в форме высокого кольца 3, работающей при подво- димой извне электрической энергии в режиме МГД насоса без нагрузки в гибридном накопителе энергии. Также известно из электротехники, что число оборотов электродви- гателя постоянного тока с последовательным возбуждением при отсутствии нагрузки на валу двигателя при номинальном напряжении и при уменьшении магнитного потока мо- жет возрасти до критических оборотов, вплоть до разрушения ротора - как говорят в та- ких случаях «двигатель пошел вразнос». Как раз этот эффект используется в работе ги- бридного накопителя энергии когда вращающаяся электропроводная низкотемпературная плазма во внутреннем пространстве 3, образующая вращающийся электропроводный ро- тор 3, обратимой МГД электромашины постоянного тока 6, с замкнутым круговым МГД каналом в форме высокого кольца 3, работающей при подводимой извне электрической энергии в режиме МГД насоса без механической нагрузки, который при этом является также одновременно супермаховиком 3 в конструкции гибридного накопителя энергии, число оборотов которого при этом может значительно превышать число оборотов любого известного супермаховика и максимальная скорость вращения не будет иметь ограниче- ния скорости вращения по пределу текучести материала супермаховика. Масса этого су- пермаховика 3 равна массе количества ртути, введенной в вакуум внутреннего простран- ства 3, полого сосуда статора 2 обратимой МГД электромашины постоянного тока 6, с за- мкнутым круговым МГД каналом в форме высокого кольца 3. При этом, как известно из механики, энергия, запасенная в супермаховике пропорциональна массе и квадрату угло- вой скорости вращения супермаховика и все формулы для расчета, известные из механики для супермаховика, будут справедливы для этого исполнения супермаховика. Таким обра- зом, описываемый супермаховик в конструкции гибридного накопителя энергии, состоя- щий из текучей электропроводной низкотемпературной плазмы, может иметь очень боль- шую энергию, запасенную в супермаховике, даже при небольшой массе ртутного пара, но при очень большой угловой скорости вращения, без ограничения максимальной скорости вращения по пределу текучести материала, в отличии от известных супермаховиков. Ал- горитм процесса накопления электрической энергии предлагаемого гибридного накопите- ля энергии, это подача и регулирование напряжения постоянного тока, а при необходимо- сти и величины магнитного потока стационарного постоянного магнитного поля, для до- стижения максимально возможной угловой скорости вращения описываемого супермахо- вика в замкнутом круговом МГД канале обратимой МГД электромашины постоянного то- ка 6, с замкнутым круговым МГД каналом в форме высокого кольца 3, работающей при подводимой извне электрической энергии в режиме МГД насоса без механической нагрузки в гибридном накопителе энергии в процессе преобразования внешней электри- ческой энергии в кинетическую энергию вращения описываемого супермаховика, и при этом даже небольшие потери энергии на трение при вращении описываемого супермахо- вика в замкнутом круговом МГД канале будут повышать общий КПД гибридного накопи- теля энергии за счет увеличения температуры и ионизации плазмы. Алгоритм процесса отдачи накопленной кинетической энергии предлагаемого гибридного накопителя энер- гии, это отключение от внешнего источника напряжения постоянного тока и подключение регулируемой электрической нагрузки к обратимой МГД электромашине постоянного то- ка 6, с замкнутым круговым МГД каналом в форме высокого кольца 3, таким образом, переводя ее в режим работы МГД генератора в процессе преобразования запасенной ки- нетической энергии вращения описываемого супермаховика в электрическую энергию нагрузки гибридного накопителя с процессом торможения вращения описываемого су- пермаховика гибридного накопителя энергии.

Работа описанного варианта гибридного накопителя энергии по схеме фиг.2, кото- рый может не только накапливать или отдавать электрическую энергию, но и имеет до- полнительную возможность одновременного или раздельного накопления и отдачи ком- бинированной механической и/или электрической энергий, осуществляется следующим образом.

В режиме выключения возможности вращения статора 2 алгоритм процесса накоп- ления и отдачи только электрической энергии предлагаемого варианта гибридного нако- пителя энергии аналогичен описанному варианту по схеме 1.

В режиме включения возможности вращения статора 2 в подшипниковых узлах 7 по схеме фиг.2 появляется дополнительная комбинированная возможность, одновремен- ного или раздельного накопления и отдачи механической и/или электрической энергий гибридного накопителя энергии, при которой процесс накопления и отдачи только элек- трической энергии предлагаемого варианта гибридного накопителя энергии аналогичен описанному варианту по схеме 1, а процесс накопления и отдачи механической энергии предлагаемого варианта гибридного накопителя энергии осуществляется посредством пе- редачи вращательного момента через различные варианты раздельных или комбиниро- ванных регулируемых трансмиссий: механической, электромеханической, гидромехани- ческой и/или пневмомеханической от корпуса или к корпусу гибридного накопителя энер- гии, со статором, обратимой МГД электромашины постоянного тока, с замкнутым круго- вым МГД каналом, имеющим возможность вращения, и выполняющего также функцию дополнительного маховика, регулируемых трансмиссий. Работа по этим вариантам ги- бридного накопителя энергии, используемого, например, в конструкции гибридного авто- мобиля по схемам фиг.4 осуществляется следующим образом. Для варианта по схеме фиг.4 - е - исполнения гибридного накопителя энергии в конструкции гибридного автомо- биля с комбинацией механической и электрической трансмиссий, если дополнительный маховик 8, который является также статором, имеющей возможность вращения, обрати- мой МГД электромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом в кон- струкции гибридного накопителя энергии 8, заторможен устройством 9, включе- ния/выключения возможности вращения, то предварительно заряженный гибридный накопитель энергии 8 через обратимую МГД электромашину постоянного тока, с замкну- тым круговым МГД каналом в режиме МГД генератора осуществляет выдачу только электрической энергии на мотор — колеса 13 при ускорении гибридного автомобиля или возврат электрической энергии от мотор - колес 13 при торможении гибридного автомо- биля в режиме МГД насоса обратимой МГД электромашины постоянного тока, с замкну- тым круговым МГД каналом, то есть алгоритм процесса накопления и отдачи только электрической энергии этого режима с заторможенным статором обратимой МГД элек- тромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, гибридного накопи- теля энергии аналогичен описанному варианту по схеме фиг.1. Если дополнительный ма- ховик 8, который является который является также статором обратимой МГД электрома- шины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, гибридного накопителя энергии, не заторможен устройством 9, включения/выключения возможности вращения, то гибридный накопитель энергии 8 способен раздельно накапливать или отдавать ком- бинированно механическую и электрическую энергии, используя запасенную кинетиче- скую энергию супермаховика в виде вращающегося ротора, из текучей электропроводной низкотемпературной плазмы, обратимой МГД электромашины постоянного тока, с за- мкнутым круговым МГД каналом, осуществляя подачу электрической энергии на мотор - колеса 13 в режиме ускорения гибридного автомобиля (вращающийся ротор, из текучей электропроводной низкотемпературной плазмы тормозится, отдавая запасенную энергию) и возврат электрической энергии от мотор - колес 13 в режиме торможения гибридного автомобиля (вращающийся ротор, из текучей электропроводной низкотемпературной плазмы ускоряется, запасая энергию в супермаховике), а при этом получивший возмож- ность вращения статор обратимой МГД электромашины постоянного тока, с замкнутым круговым МГД каналом, который является также дополнительным маховиком 8, будет передавать или принимать крутящий момент через регулируемую гидромуфту с блоки- ровкой 10 механической трансмиссии, включающей также механическую коробку пере- ключения передач 11 и привод одной пары колес 12, осуществляя передачу или возврат механической энергии в общем процессе одновременного или раздельного накопления и отдачи комбинированных видов энергий гибридного накопителя энергии.

Для вариантов по схемам фиг.4 - f -, фиг.4 - j -, фиг.4 - h - исполнений гибридного накопителя энергии в конструкции гибридного автомобиля с другими комбинациями трансмиссий алгоритм процесса накопления и отдачи в общем процессе одновременного или раздельного накопления и отдачи комбинированных видов энергий гибридного нако- пителя энергии аналогичен описанному по схеме фиг.4 - е -.

Описанная группа изобретений позволяет получить высокий экономический и эко- логический эффект, при использовании на транспорте и в энергетике, и охватывает не- сколько десятков возможных вариантов, исполнения различных конструкций и устройств, позволяющих применять гибридный накопитель энергии, супермаховик которого имеет максимальную скорость вращения без ограничения скорости вращения по пределу теку- чести материала супермаховика, и при этом, как минимум, один из вариантов исполнения гибридного накопителя энергии имеет дополнительную возможность одновременного или раздельного накопления и отдачи комбинированной механической и/или электрической энергий.

Благодаря вышеперечисленному в группе изобретений достигается технический ре- зультат, заключающийся в создании гибридного накопителя энергии, супермаховик кото- рого имеет максимальную скорость вращения без ограничения скорости вращения по пре- делу текучести материала супермаховика, и при этом один из вариантов исполнения нако- пителя энергии имеет дополнительную возможность одновременного или раздельного накопления и отдачи комбинированной механической и/или электрической энергий.