ЕМКОСТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2008 года по МПК H02N1/08 

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в исследованиях электростатических сил по электростатике, а также в практических целях как двигатель небольшой мощности.

Известны варианты электростатических двигателей [патент РФ №2225066, кл. Н02N 1/00, 1994 г.], содержащих тело вращения из диэлектрика, расположенное на оси, относительно тела вращения установлены прямые металлические электроды с размерами не больше радиуса тела вращения. По первому варианту каждый электрод перпендикулярен радиусу тела вращения, составляет с касательной к окружности угол α и расположен над диэлектриком с зазором. Согласно второму варианту каждый электрод перпендикулярен радиусу тела вращения, составляет с касательной к окружности угол α, расположен над диэлектриком с зазором и металлическая ось тела вращения является дополнительным электродом. Согласно третьему варианту в электростатическом двигателе, содержащем тело перемещения из диэлектрика, относительно тела перемещения установлены прямые металлические электроды, которые расположены в плоскости параллельно телу перемещения и наклонены к нему под углом α, с зазором, в сторону, противоположную направлению движения.

Недостатком таких двигателей является невозможность регулирования величины воздушного зазора между подвижным элементом и электродами статора.

Известен электростатический двигатель [авт.св. СССР №644020, кл. Н02N 1/08, бюл. №3, 1979 г.], содержащий диэлектрический цилиндрический ротор и статор в виде ножевидных электродов, размещенных под острым углом к осевой плоскости, ножевидные электроды статора укреплены в сквозных прорезях дополнительного диэлектрического цилиндра, внутренняя поверхность которого между электродами выполнена со скосами от внутреннего радиуса к внешнему, а ротор снабжен дополнительным внутренним тонкостенным токопроводящим кольцом.

Недостатками такой конструкции являются ее сложность и невозможность работы двигателя при высоковольтном напряжении переменного тока.

Известен диэлектрический двигатель [авт.св. СССР 1035759, кл. Н02N 1/10, бюл. №30, 1983], содержащий статор, на внутренней торцевой поверхности которого радиально размещены электроды, выполненные в форме секторов. Сектора через один соединены между собой проводящим материалом. Статор заполнен рабочим веществом. Внутри статора установлен диэлектрический ротор, выполненный в виде плоского диска. Ротор может вращаться относительно своей оси.

Недостаток аналога - работа двигателя только при напряжении постоянного тока.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности является конструкция [патент РФ №2198409, кл. G01R 5/28, 15/00, 19/00, бюл. №4, 2003], состоящая из диэлектрического корпуса, подвижного элемента в виде цилиндрического диэлектрика, выполненного из фибры, расположенного на оси, которая закреплена с возможностью вращения в подшипниках, при этом ось с одного конца связана с корпусом посредством спиральной пружины. Электроды установлены под углом относительно нормали к поверхности подвижного элемента, теоретически и экспериментально выбранным для фибры равным 50°. Отсчетное устройство состоит из круговой шкалы, нанесенной на торец подвижного элемента, световода отсчета с неподвижным указателем и световода подсветки шкалы, торец которого освещен миниатюрной лампой накаливания. Выводы электродов соединены с измерительными клеммами.

Недостатками такой конструкции являются невозможность регулирования угла наклона электродов относительно нормали к поверхности подвижного элемента и ограниченные функциональные возможности.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей за счет увеличения вращающего момента емкостного двигателя.

Поставленная задача достигается тем, что в емкостном двигателе, содержащем диэлектрический корпус, вал, закрепленный с возможностью вращения в подшипниках, на котором расположен диэлектрический подвижный элемент, выполненный из фибры, металлические электроды, установленные под углом относительно нормали к поверхности подвижного элемента, в отличие от прототипа диэлектрический подвижный элемент имеет возможность линейного перемещения и выполнен в виде конуса, установленного внатяг на вал, который при помощи болтов и подшипников входит в подвижную стойку, скользящую по общему основанию, при этом металлические электроды расположены радиально, а их стержни с одного конца закреплены внатяг в первом диэлектрическом фланце, а другой конец каждого стержня проходит сквозь второй диэлектрический фланец, в котором, а также в диэлектрическом корпусе при помощи подшипников установлен вал с размещенным внатяг зубчатым колесом для изменения угла наклона металлических электродов относительно образующей поверхности подвижного элемента.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображен вид спереди емкостного двигателя, на фиг.2 - его вид сбоку, на фиг.3 - изометрическая проекция подвижного элемента.

Емкостный двигатель содержит вал 1 (фиг.1), на котором расположен подвижный элемент в виде диэлектрического усеченного конуса 2 (ротор), выполненный из фибры. Ротор 2 с обоих торцов закрыт диэлектрическими втулками 3 и 4. Вал 1 входит в подшипники типа рубин 5, которые запрессованы в болты, установленные в подвижную стойку 6. Подвижная стойка 6 скользит по общему основанию 7. Стержни металлических электродов 8 с одного конца закреплены внатяг в первый диэлектрический фланец 9, а другой конец каждого стержня проходит сквозь второй диэлектрический фланец 10 и посредством уплотнительной резиновой муфты 11 соединен с валом 12, закрепленным в корпусе 13 с помощью подшипников 14. Во втором диэлектрическом фланце 10 и корпусе 13 при помощи подшипников 15 установлен вал 16, на котором внатяг размещено зубчатое колесо 17, которое приводит в движение 6 шестерней 18 (по числу электродов), внатяг установленных на валу 12. Такая конструкция зубчатой передачи позволяет регулировать угол наклона α электродов 8 (фиг.3) относительно нормали к поверхности ротора 2 емкостного двигателя. В диэлектрических фланцах 9 и 10 выполнены диаметральные пазы, в которые уложены провода, соединенные с одной стороны со стержнями пары электродов 8, образующих фазу, при помощи пайки, а с другой - выходят на клеммы 19, расположенные на крышке корпуса 20. На боковой поверхности емкостного двигателя помещена шкала 21 и ручка 22, при помощи которых устанавливается точный угол наклона электродов. Боковые поверхности 23 и 24 (фиг.2) выполнены из прозрачного материала, например оргстекла.

Двигатель работает следующим образом. На электроды 8 подается высоковольтное напряжение переменного тока. В результате в рабочем пространстве емкостного двигателя возникают тангенциальные силы, действующие на ротор, находящийся в электрическом поле, создаваемом множеством зарядов и распределенном в воздушном зазоре произвольно сложной формы. Кроме того, в рабочем пространстве емкостного двигателя создается вращающее электрическое поле, являющееся источником дополнительных вращающих сил, имеющих определенное направление действия. Таким образом приводится во вращение подвижный элемент 2.

Посредством перемещения стойки 6 регулируется воздушный зазор 8 (фиг.3) между подвижным элементом 2 и электродами 8. При перемещении стойки 6 на 15 мм влево воздушный зазор уменьшается до 0,5 мм, а при перемещении стойки на 15 мм вправо - зазор увеличивается до 1,5 мм. В среднем положении стойки зазор составляет 1 мм. На стойке имеются риски для регулирования ее движения.

Преимуществом предлагаемого емкостного двигателя является его универсальность, поскольку он может работать от тока любого рода - постоянного, однофазного переменного и трехфазного.

Также подвижный элемент двигателя может быть выполнен из проводящего или диэлектрического материала. В случае подвижного элемента, выполненного из проводящего материала, конструкция двигателя снабжена токосъемом для снятия тока с подвижного элемента.

Итак, заявляемое изобретение обладает высокой технологичностью, надежностью, малыми массогабаритными показателями и простотой конструкции.

Двигатель предназначен для использования в энергетике, в частности в исследованиях электростатических сил по электростатике, а также как двигатель небольшой мощности. В емкостном двигателе, содержащем диэлектрический корпус, закрепленный в нем с возможностью вращения вал, на котором установлен диэлектрический подвижный элемент, выполненный в виде конуса из фибры, металлические электроды, установленные под углом относительно нормали к поверхности подвижного элемента, вал при помощи болтов и подшипников входит в подвижную стойку, скользящую по общему основанию, электроды расположены радиально, а их стержни с одного конца закреплены в диэлектрических фланцах, в одном из которых и в корпусе при помощи подшипников установлен еще один вал, на котором установлено зубчатое колесо. Изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей за счет увеличения вращающего момента. 3 ил.

Емкостный двигатель, содержащий диэлектрический корпус, вал, закрепленный с возможностью вращения в подшипниках, на котором расположен диэлектрический подвижный элемент, выполненный из фибры, металлические электроды, установленные под углом относительно нормали к поверхности подвижного элемента, отличающийся тем, что диэлектрический подвижный элемент имеет возможность линейного перемещения и выполнен в виде конуса, установленного в натяг на вал, который при помощи болтов и подшипников входит в подвижную стойку, скользящую по общему основанию, при этом металлические электроды расположены радиально, а их стержни с одного конца закреплены в натяг в первом диэлектрическом фланце, а другой конец каждого стержня проходит сквозь второй диэлектрический фланец, в котором, а также в диэлектрическом корпусе при помощи подшипников установлен вал, с размещенным внатяг зубчатым колесом для изменения угла наклона металлических электродов относительно образующей поверхности подвижного элемента.