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/ NetNews Usenet Archive 1992 #30 / NN_1992_30.iso / spool / sci / electron / 21013 < prev    next >
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Text File  |  1992-12-18  |  6.8 KB  |  139 lines

  1. Newsgroups: sci.electronics
  2. Path: sparky!uunet!seas.smu.edu!mustafa
  3. From: mustafa@seas.smu.edu (Mustafa Kocaturk)
  4. Subject: EV Power Source versus Gyroscope - Newtonian Mechanics
  5. Message-ID: <1992Dec17.204654.23682@seas.smu.edu>
  6. Summary: Precession will not cause significant friction
  7. Sender: news@seas.smu.edu (USENET News System)
  8. Nntp-Posting-Host: turbo_f.seas.smu.edu
  9. Cc: mustafa
  10. Organization: SMU - School of Engineering & Applied Science - Dallas
  11. References: <Ligon-161292082905@3.1.100.11> <BzD4As.Cup@cs.uiuc.edu> <1992Dec16.160533.981@cmkrnl.com>
  12. Date: Thu, 17 Dec 1992 20:46:54 GMT
  13. Lines: 124
  14.  
  15. In article <1992Dec16.160533.981@cmkrnl.com> jeh@cmkrnl.com misinterprets
  16. the effects of precession while quoting morrison@cs.uiuc.edu (Vance Morrison),
  17. who wrote in article <BzD4As.Cup@cs.uiuc.edu>:
  18. >> If you REALLY don't want the angular inertia, you can get rid of it one
  19. >> of two ways.  First, you could mount the flywheel in a gyroscope.  Thus
  20. >> the flywheel simply moves without effecting the car.  This also removes
  21. >> flywheel axial loads.  
  22. >
  23. >I think what you mean here is "mount the flywheel in a gimbal mounting".  Fine,
  24. >but now you have to come up with a really creative way of coupling large
  25. >amounts of mechanical or electrical energy to the part of the car that's
  26. >outside the gimbal mount.  This coupling, plus the gimbal bearings on which the
  27. >flywheel assembly pivots, needs to be just as frictionless as the ones the
  28. >flywheel spins on -- any heat produced here is energy drained from the
  29. >"battery".  This ain't gonna be cheap!  Nor is it likely to survive long under
  30. >the "maintenance habits" of the typical American car owner. 
  31.  
  32.   I believe this is a joke.  The motion of the flywheel housing
  33.   relative to the car will be limited, as will the energy lost in
  34.   friction in the gimbal bearings.  The reasons are given below.
  35.   
  36.   I would prefer an overdamped gimbal-spring suspension
  37.   to an undamped spring suspension used in the electromechanical
  38.   battery model shown in the special report entitled
  39.   "The great battery barrier" of the November issue of IEEE Spectrum.
  40.  
  41.   There will be precession as long as there is a torque
  42.   applied to the the spinning flywheel with a component outside
  43.   the axis of spin.  The precession is proportional
  44.   to the external torque causing it.  Precession stops when
  45.   the external torque is removed.
  46.   
  47.   Frictionless gimbal bearings are essential in gyroscopes
  48.   because they are designed to keep an accurate
  49.   attitude angle over a reasonable period of time,
  50.   and any external torque would destroy the initial attitude
  51.   angle information.  Not only are gimbal bearings necessary, but
  52.   external effects such as air friction, cable stress, and
  53.   electromagnetic forces must also be minimized by the same token.
  54.  
  55.   There is no such requirement in the case of a flywheel-powered
  56.   electrical vehicle, since we are not worried about destroying the
  57.   precision of the attitude angle of the flywheel axis.
  58.  
  59. >> The other possibilty is to have to counter-rotating
  60. >> flywheels.  In this case the angular inertia cancels out (there is high
  61. >> axial load between the two flywheels, however).  
  62. >
  63. >The real problem I see with all such ideas is that the flywheel's attempts to
  64. >precess are going to increase the friction in its bearings -- which need to be
  65. >VERY low friction. 
  66.  
  67.   The flywheel attempts to precess only when there is an external
  68.   *torque* not parallel to its axis of rotation.  I used the word
  69.   "parallel", because I am speaking about a torque as opposed to
  70.   a force.  The torque is the vector product of a force and a distance
  71.   vector.
  72.  
  73.   In a flywheel-powered vehicle, the torque will exist only when the car
  74.   has an acceleration component not perpedicular to the flywheel axis
  75.   and it will be negligible because the flywheel will have a negligible
  76.   reaction due to the relatively small friction of the gimbal bearings.
  77.  
  78.   The motion will be limited because all that has to occur is that
  79.   the flywheel should either retain its original attitude angle
  80.   or assume the new attitude forced by the vehicle.  There will be
  81.   a reaction torque from the flywheel proportional to the angular
  82.   acceleration of the vehicle, the angular momentum of the flywheel
  83.   and perpendicular to both.  Equilibrium will be reached
  84.   as the vehicle absorbs the reaction torque,
  85.   which was already described in other articles of this thread. 
  86.  
  87.   A more critical design question is whether the magnetic suspension
  88.   of the flywheel can handle the forces involved if springs are used.  
  89.   The springs act as shock absorbers and can be used to ensure that
  90.   the maximum possible angular acceleration of the vehicle
  91.   does not drive the flywheel out of its axis.
  92.  
  93.   For coupling energy, no brushes will be necessary:
  94.   Flexible wiring can be used instead,
  95.   as the flywheel axis will try to retain its vertical position,
  96.   and all the motion will be fluctuations around this attitude angle
  97.   equal in magnitude to the changes in the attitude angle of the vehicle.
  98.  
  99.   A small force times a small distance will produce a small amount
  100.   of work.  Then the energy lost in the precession effects will
  101.   be negligible compared to the loss in wiring, imperfect vacuum,
  102.   hysteresis, eddy currents, etc, let alone that caused by
  103.   the dynamics of the vehicle, tires and air turbulance, etc.
  104.  
  105.   [ ... discussion that I mainly agree deleted for brevity ... ]
  106.  
  107. >The real trouble with this is that PV electricity is just too damned expensive
  108. >in the first place.  The cost of the money to build the system, plus the cost
  109. >of the land, plus the cost of the PV cells (which is an ongoing cost -- they
  110. >don't last forever!), is so high that having free energy doesn't make much
  111. >difference.  (there may be a breakthrough here soon with "rectennas" that work
  112. >directly at lightwave frequencies.) 
  113.  
  114.   I agree with these cost arguments.  I am not sure, however that the "rectenna"
  115.   concept can be applied at lightwave frequencies.  The drawbacks are
  116.  
  117.    o Natural light is not coherent, i. e. it does not have a single
  118.      frequency and phase.  By this token, the powers are added rather
  119.      than multiplied.  The "rectenna" technology is suited to coherent
  120.      radiation, to which the receptors can be tuned for maximum
  121.      efficiency.
  122.  
  123.    o It may be considerably more difficult to build small, high precision
  124.      antennas using microelectronics technology, not to mention
  125.      the fast diodes required to rectify lightwave frequencies with
  126.      available semiconductor materials, than to build higher efficiency
  127.      photovoltaic cells.
  128.      
  129. >
  130. >    --- Jamie Hanrahan, Kernel Mode Consulting, San Diego CA
  131. >Internet:  jeh@cmkrnl.com, hanrahan@eisner.decus.org, or jeh@crash.cts.com
  132. >Uucp:  ...{crash,eisner,uunet}!cmkrnl!jeh
  133.  
  134. Yours respectfully,
  135. Mustafa
  136. -- 
  137. Mustafa Kocaturk   mustafa@seas.smu.edu  EE Dept., Room 305A, Caruth Bldg.
  138. Home: 214-706-5954  Office: 214-768-1475  SMU Box 753190, Dallas, TX 75275
  139.