ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК H02K31/04 H02K31/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах, для функционирования которых необходима механическая энергия, например в самоходных автономных объектах: автотранспорт, морские суда и т.д.

Известен униполярный двигатель по патенту США 4024422, кл. Н 02 К 31/04, 1977. Двигатель содержит индуктор, между полюсами которого на валу фиксировано 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 диски из анодного материала соединены между собой электрически посредством щеточного контакта.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является униполярный двигатель по патенту РФ 2074485, кл. Н 02 К 31/04, 1997. Индуктором этого двигателя является неподвижный постоянный магнит, в котором выполнены рабочие зазоры, образующие полости, которые сообщены с внешней средой со свойствами электролита. Поверхность индуктора в зоне одного рабочего зазора покрыта слоем анодного материала, а в зоне другого рабочего зазора покрыта слоем катодного материала. Катодные и анодные слои, нанесенные на поверхность индуктора, соединены между собой проводником. Якорь электродвигателя состоит из двух дисков, закрепленных на валу. Поверхность одного диска покрыта слоем катодного материала, а поверхность другого диска покрыта слоем анодного материала. Диски установлены парами в полостях индуктора, 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. Катодный и анодный слои дисков соединены между собой слоем проводника, нанесенного на вал. При заполнении внутренних полостей двигателя электролитом пары соседних слоев анодного и катодного материала, нанесенных на якорь и индуктор, образуют два химических источника тока, соединенных последовательно проводниками в замкнутый контур. Индуктор создает в двух рабочих зазорах осевые магнитные потоки противоположного направления. Электрический ток, протекающий в замкнутом контуре, проходит по дискам якоря и взаимодействует с магнитным полем индуктора. В результате этого взаимодействия на диски якоря действует момент, вращающий ротор.

Однако регулировка скорости вращения ротора в известном электродвигателе значительно затруднена, так как индуктор двигателя выполнен из ферромагнитного материала и является проводником, причем большого поперечного сечения, и ток между анодными и катодными слоями индуктора протекает, в основном, не через внешний проводник, а через индуктор, что не дает возможность регулировать частоту вращения вала.

Техническим результатом заявляемого технического решения является возможность регулирования частоты вращения вала путем управления значением силы тока в цепи якоря.

Для достижения заявляемого результата в известном униполярном двигателе, содержащем индуктор, между полюсами на валу фиксировано закреплен якорь в виде пары электропроводных дисков. Диски установлены между парами полюсов индуктора в полостях, заполняемых электролитом. Один диск из пары покрыт слоем катодного материала и установлен между парами полюсов с одним по направлению магнитным потоком, соответствующие ему поверхности индуктора покрыты слоем анодного материала, другой диск покрыт слоем анодного материала и установлен между парами полюсов с противоположным по направлению осевым магнитным потоком, соответствующая ему поверхность индуктора покрыта слоем катодного материала. Катодные и анодные поверхности индуктора между собой и поверхности дисков между собой соединены электрически. Согласно изобретению индуктор выполнен по меньшей мере из двух изолированных секций, первая из которых содержит поверхности катодного материала, а вторая - поверхности анодного материала, причем анодные и катодные поверхности секций электрически соединены через регулирующий элемент. В качестве регулирующего элемента может использоваться резистор, полупроводниковый ключ и т.д. Секции установлены на неподвижной втулке из электроизоляционного материала.

Выполнение индуктора из двух секций, установленных на неподвижной втулке из электроизоляционного материала, позволило создать внешнюю электрическую цепь, в разрыв которой включен элемент, регулирующий ток, таким образом появляется возможность изменять момент и скорость вращения выходного вала. При необходимости увеличения мощности двигателя, количество секций может быть увеличено.

На чертеже приведена предлагаемая конструкция погружного униполярного электродвигателя.

Электродвигатель содержит два неподвижных индуктора 1 и 2, установленных на неподвижной втулке 3, выполненной из электроизоляционного материала. Поверхность индуктора 1 в зоне рабочего зазора покрыта слоем анодного материала А, а поверхность индуктора 2 в зоне рабочего зазора покрыта слоем катодного материала К. На валу 4 закреплены два диска якоря 5 и 6, расположенных в рабочих зазорах индуктора. Поверхность диска 5 покрыта слоем катодного материала К, а поверхность диска 6 покрыта слоем анодного материала А. Вал 4 соединяет диски 5 и 6 между собой также и электрически, как проводник. Индукторы 1 и 2 соединены между собой внешним проводником 7, в разрыве которого установлен регулирующий элемент 8. Вал 4, на котором закреплены диски 5 и 6, установлен в индукторах 1 и 2 с помощью подшипников 9.

Двигатель работает следующим образом. При заполнении внутренних полостей индукторов 1 и 2 электролитом слои анодных и катодных материалов, нанесенные на поверхности индукторов 1 и 2 и на поверхности дисков 5 и 6, образуют два химических источника тока, которые возбуждают ток в замкнутом контуре: диск 5 - вал 4 - диск 6 - электролит - индуктор 2 - проводник 7 - регулирующий элемент 8 - индуктор 1 - электролит - диск 5. Причем направление электродвижущих сил химических источников тока совпадает, так как они включены согласно. Токи протекают в дисках в радиальном направлении: в диске 5 ток направлен от периферии диска к валу 4, а в диске 6 ток направлен от вала 4 к наружной кромке диска. Магнитные потоки, созданные индукторами 1 и 2, направлены вдоль оси двигателя в противоположном направлении. При взаимодействии токов, протекающих в дисках 5 и 6 с магнитными потоками индукторов 1 и 2, возникают механические моменты, действующие на диски 5 и 6 в одном и том же направлении, под действием которых диски 5 и 6 вместе с валом 4 двигателя вращаются в подшипниках 9. С помощью регулирующего элемента 8, в качестве которого можно использовать электронный ключ, резистор, управляемый выпрямитель и т. д. , ток, протекающий через диски, можно регулировать, изменяя таким образом момент и скорость вращения выходного вала.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах, для функционирования которых необходима механическая энергия, например в самоходных объектах на транспорте или морских судах. Технический результат заключается в обеспечении возможности регулирования частоты вращения вала двигателя путем управления значением силы тока в цепи якоря. Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемом электрохимическом униполярном электродвигателе, содержащем индуктор, между полюсами которого на валу фиксированно закреплен якорь в виде пары электропроводных дисков, установленных между парами полюсов индуктора в рабочих зазорах, образующих полости, заполненные электролитом, один диск пары покрыт слоем катодного материала и установлен между парами полюсов с одним по направлению магнитным потоком, соответствующие ему поверхности индуктора покрыты слоем анодного материала, другой диск покрыт слоем анодного материала и установлен между парами полюсов с противоположным по направлению магнитным потоком, соответствующие второму диску поверхности индуктора покрыты слоем катодного материала. Катодные и анодные поверхности индуктора между собой и поверхности дисков между собой соединены электрически. При этом согласно изобретению индуктор выполнен по меньшей мере из двух изолированных секций, первая из которых содержит поверхности катодного материала, а вторая - поверхности анодного материала, причем анодные и катодные поверхности секций электрически соединены через регулирующий элемент. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Униполярный электродвигатель, содержащий индуктор, между полюсами которого на валу фиксировано закреплен якорь в виде пары электропроводных дисков, установленных между парами полюсов индуктора в рабочих зазорах, образующих полости, заполненные электролитом, один диск пары покрыт слоем катодного материала и установлен между парами полюсов с одним по направлению магнитным потоком, соответствующие ему поверхности индуктора покрыты слоем анодного материала, другой диск покрыт слоем анодного материала и установлен между парами полюсов с противоположным по направлению магнитным потоком, соответствующая ему поверхность индуктора покрыта слоем катодного материала, катодные и анодные поверхности индуктора между собой и поверхности дисков между собой соединены электрически, отличающийся тем, что индуктор выполнен по меньшей мере из двух изолированных секций, первая из которых содержит поверхности катодного материала, а вторая - поверхности анодного материала, причем анодные и катодные поверхности секций электрически соединены через регулирующий элемент. 2. Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что секции установлены на неподвижной втулке из электроизоляционного материала.