ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК H02K57/00 H02K31/04 H01M6/34 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах, связанных с работой, например, в морской воде.

Известны электродвигатели, в которых проводники якоря пересекаются в активной зоне машины магнитным потоком индуктора только одного направления. Ток к якорю таких электродвигателей подводится с помощью щеток.

Известен электродвигатель с дисковым ротором, у которого в качестве индуктора используется постоянный магнит, возбуждающий в зазоре осевой магнитный поток только одного направления. Якорь электродвигателя выполнен в виде диска и закреплен на валу. Якорь может быть выполнен из электропроводящего материала или иметь специальную обмотку из электропроводящих стержней. Ток к якорю подводится через щетки и протекает через дисковый ротор в радиальном направлении. При взаимодействии якоря с магнитным потоком постоянного магнита возникает момент, действующий на якорь и заставляющий его вращаться вместе с выходным валом. (А.И. Бертинев. "Специальные электрические машины", с. 310 317, М. 1982).

Кроме того, известен электродвигатель по патенту США N 4024422, кл.H 02 K 31/04, 1977).

Униполярный двигатель по патенту содержит индуктор, между полюсами которого на валу фиксированно закреплен дисковый якорь. Каждый из дисков выполнен из анодного материала, а часть индуктора с поверхностями, обращенными к периферии дисков, из катодного материала. Осевые магнитные потоки полюсов индуктора направлены в одном направлении, катодная часть индуктора и диска из анодного материала соединены между собой электрически посредством щеточного контакта. Полости индуктора, в которых установлены диски, сообщены с внешней средой со свойствами электролита, в частности морской водой. Конструкция по патенту содержит скользящий контакт, что значительно снижает надежность работы электродвигателя.

Указанный недостаток устранен в конструкции электродвигателя по заявке N 94-021407/07 от 07.06.94 г. (положительное решение от 30 окт. 1995, опубл. Бюл. N 4, 1996), являющейся наиболее близкой к заявляемому изобретению. В конструкции прототипа диски установлены парами, один диск из пары установлен между парами полюсов с одним по направлению осевым магнитным потоком, другой диск установлен между парами полюсов с противоположным по направлению осевым магнитным потоком. Один из дисков покрыт слоем катодного материала, другой - анодного материала, а соответствующие им поверхности индуктора слоем анодного и слоем катодного материала. Катодные и анодные поверхности индуктора между собой и поверхности дисков между собой соединены электрически.

При погружении в электролит пары соседних слоев катодного и анодного материалов, нанесенных на якорь и индуктор, образуют два химических источника тока, соединенных последовательно в замкнутый контур проводниками без скользящих контактов. В результате электрохимической реакции возникает ток, протекающий по контуру: слой анодного материала электролит слой катодного материала слой электропроводного материала слой анодного материала - электролит слой катодного материала проводник. Электрический ток протекает по одному из дисков якоря в направлении от оси к периферии и по другому от периферии к оси. Так как полюса в рабочих зазорах магнитной системы создают магнитные потоки так же противоположных направлений, возникает крутящий момент одного направления.

Недостатком прототипа является недостаточное быстродействие и большие гидравлические потери, обусловленные дисковой формой ротора.

Указанные недостатки устраняются в предлагаемой конструкции электрохимического двигателя, содержащей неподвижный индуктор, охватывающий якорь, фиксированно закрепленный на валу, зазор (полость) между якорем и индуктором сообщен с источником жидкости со свойствами электролита, а на поверхностях индуктора и якоря, обращенных к зазору, выполнены электроды из катодного и анодного материалов, согласно изобретению, якорь выполнен в виде цилиндра, на поверхностях индуктора и якоря коаксиально выполнены по меньшей мере две пары электродов, по меньшей мере одна пара электродов расположена между полюсами индуктора, причем у смежных вдоль оси вала пар электродов анодные и катодные материалы на индукторе и на якоре расположены попеременно, катодные и анодные электроды индуктора между собой и анодные и катодные электроды якоря между собой соединены электрически.

Предлагаемая конструкция двигателя позволяет получать следующий технический результат:
повышается быстродействие двигателя, т.к. ротор выполнен цилиндрическим, то для увеличения мощности двигателя, т.е. увеличения вращающего момента, необходимо увеличить площади электродов, что достигается увеличением длины ротора. При этом вращающий момент и момент инерции ротора возрастают прямо пропорционально длине ротора, тогда как у двигателя с дисковым ротором вращающий момент возрастает пропорционально квадрату радиуса, а момент инерции пропорционально четвертой степени радиуса. Отсюда при одинаковом увеличении мощности момент инерции у машин с дисковым ротором возрастает в большей степени, чем у машин с цилиндрическим ротором, что отрицательно сказывается на быстродействии.

Кроме того, уменьшаются гидравлические потери, т.к. они прямо пропорциональны длине ротора, а у дисковых машин пропорциональны четвертой степени радиуса ротора.

Увеличение мощности двигателя может быть достигнуто за счет увеличения числа пар электродов, расположенных также на индукторе и якоре.

На фиг. 1 приведена предлагаемая конструкция электрохимического двигателя, где индуктором 1 является неподвижный магнит, создающий магнитный поток Ф, который замыкается с помощью магнитопровода 2, выполненного в виде цилиндрического ротора, фиксированно закрепленного на валу 3, и образующего зазор с индуктором. Зазор сообщен с источником жидкости со свойствами электролита. По обе стороны от рабочего зазора коаксиальные поверхности индуктора и якоря имеют покрытие из электрохимически активных материалов (анодного A или катодного K), образующих две пары электродов 5 и 7, соединенных проводниками 4, расположенными на роторе 2, и проводниками 6, расположенными на индукторе 2.

Двигатель работает следующим образом.

При заполнении полости внутри индуктора электролитом, например морской водой, пары электродов 5 и 7 образуют химические источники тока, например водоактивируемые топливные элементы, которые включены в электрическую цепь, замкнутую с помощью проводников 4 и 6. Токи протекают по проводникам 4, расположенным на цилиндрической поверхности ротора 2, в осевом направлении и взаимодействуют с магнитным полем индуктора 1, пересекающим рабочий зазор и эти проводники в радиальном направлении. В результате этого взаимодействия появляются тангенциальные силы, обуславливающие появление крутящего момента одного направления, вращающего ротор.

Предлагаемая конструкция двигателя повышает быстродействие и уменьшает гидравлические потери по сравнению с двигателями с дисковым ротором.

Использование: в системах, связанных с работой, например, в морской воде. Сущность изобретения: электрохимический двигатель содержит неподвижный индуктор 1, охватывающий ротор, фиксированно закрепленный на валу 3. Образующийся зазор между ротором и индуктором 1 сообщен с источником жидкости со свойствами электролита. Ротор выполнен в виде цилиндра. На поверхностях индуктора 1 и ротора, обращенных к зазору, коаксиально выполнены по меньшей мере две пары электродов 5 и 7. По меньшей мере одна пара электродов 7 расположена между полюсами индуктора. У смежных вдоль оси вала 3 пар электродов 5 и 7 анодные и катодные материалы на индукторе и на роторе расположены попеременно, катодные и анодные электроды 5 и 7 индуктора между собой и анодные и катодные электроды 5 и 7 ротора между собой соединены электрически. 1 ил.

Электрохимический двигатель, содержащий неподвижный индуктор, охватывающий якорь, фиксированно закрепленный на валу, зазор между якорем и индуктором сообщен с источником жидкости со свойствами электролита, а на поверхностях индуктора и якоря, обращенных к зазору, выполнены электроды из катодного и анодного материалов, отличающийся тем, что якорь выполнен в виде цилиндра, на поверхностях индуктора и якоря коаксиально выполнены по меньшей мере две пары электродов, по меньшей мере одна пара электродов расположена между полюсами индуктора, причем у смежных вдоль оси вала пар электродов анодные и катодные материалы на индукторе и на якоре расположены попеременно, катодные и анодные электроды индуктора между собой и анодные и катодные электроды якоря между собой соединены электрически.