Емкостной двигатель


емкостный двигатель - патент РФ 2369000

Двигатель относится к электромашиностроению и может быть использован в исследованиях по электростатике, а также как двигатель небольшой мощности. Двигатель содержит подвижный элемент в виде диэлектрического конуса, металлические электроды, часть которых расположена внутри подвижного элемента под углом к его образующей и симметрично другим электродам; стержни внутренних электродов запрессованы в подшипники, установленные в диэлектрическом фланце, в последнем и в диэлектрическом корпусе при помощи подшипников установлен вал с размещенным в натяг зубчатым колесом для изменения угла наклона внутренних электродов относительно образующей поверхности подвижного элемента. Изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей за счет применения дополнительных внутренних металлических электродов, увеличивающих рабочее пространство емкостного двигателя и, как следствие, его вращающий момент. 3 ил.

Рисунки к патенту РФ 2369000

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, 2004 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 и расположен над диэлектриком с зазором. Согласно второму варианту каждый электрод перпендикулярен радиусу тела вращения, составляет с касательной к окружности угол , 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 , с зазором, в сторону, противоположную направлению движения.

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

Известна 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 выбранного 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.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности является конструкция емкостного двигателя (Заявка РФ № 2006122715, кл. H02N 1/00, опубликована 10.01.2008), содержащая 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, при этом 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 в натяг зубчатым колесом для изменения угла наклона металлических электродов относительно образующей поверхности подвижного элемента.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей за счет применения дополнительных металлических электродов, увеличивающих рабочее пространство емкостного двигателя и, как следствие, вращающий момент 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, при этом диэлектрический подвижный элемент имеет возможность линейного перемещения и выполнен в виде конуса, установленного в натяг на вал, который при помощи 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 в натяг зубчатым колесом для изменения угла наклона металлических электродов относительно образующей поверхности подвижного элемента, в котором, в отличие от прототипа, имеются дополнительные внутренние металлические электроды, которые расположены внутри подвижного элемента под углом к его образующей симметрично металлическим электродам, а стержни внутренних металлических электродов запрессованы в подшипники, установленные в первом диэлектрическом фланце, в котором, а также в диэлектрическом корпусе при помощи подшипников, установлен второй вал, с размещенным в натяг вторым зубчатым колесом для изменения угла наклона внутренних 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 левого торца закрыт диэлектрической втулкой 3. Вал 1 входит в подшипники 4, которые запрессованы в подвижную стойку 5. Подвижная стойка 5 скользит по общему основанию 6. Стержни металлических электродов 7 с одного конца закреплены в натяг в первый диэлектрический фланец 8, а другой конец каждого стержня проходит сквозь второй диэлектрический фланец 9 и, посредством уплотнительной резиновой муфты 10, соединен с соответствующим валом 11, закрепленном в левой стенке корпуса 12 с помощью подшипников (на чертеже не показано). Во втором диэлектрическом фланце 9 и левой стенке диэлектрического корпуса 12 при помощи подшипников 13 установлен вал 14, на котором в натяг размещено зубчатое колесо 15, которое приводит в движение шестерни 16 (число шестерней соответствует числу металлических электродов), в натяг установленные на соответствующем валу 11.

Каждый стержень внутренних металлических электродов 17 запрессован в подшипники (не показано), установленные в первом диэлектрическом фланце 8, и посредством уплотнительной резиновой муфты 18 соединен с соответствующим валом 19, закрепленном в правой стенке диэлектрического корпуса 20 с помощью подшипников (не показано). В первом диэлектрическом фланце 8 и правой стенке диэлектрического корпуса 20 при помощи подшипников 21 установлен вал 22, на котором в натяг размещено зубчатое колесо 23, которое приводит в движение шестерни 24 (число шестерней соответствует числу внутренних металлических электродов), в натяг установленные на соответствующем валу 19. Такая конструкция зубчатой передачи позволяет регулировать угол наклона а электродов 7 и 17 (фиг.3) относительно нормали к поверхности ротора 2 емкостного двигателя. В диэлектрических фланцах 8 и 9 выполнены диаметральные пазы, в которые уложены провода, соединенные с одной стороны со стержнями пары электродов 7 и 17, образующих фазу, при помощи пайки, а с другой - выходят на клеммы 25, расположенные на крышке диэлектрического корпуса 26. На стенках диэлектрического корпуса 12 и 20 емкостного двигателя помещены шкала 27 и ручка 28, при помощи которых устанавливается точный угол наклона электродов. Боковые поверхности 29 и 30 (фиг.2) выполнены из прозрачного материала, например оргстекла.

Двигатель работает следующим образом. На электроды 7 и 17 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 5 регулируется воздушный зазор (фиг.3) между подвижным элементом 2 и электродами 7. При перемещении стойки 5 на 14,5 мм влево воздушный зазор уменьшается до 0,5 мм, а при перемещении стойки на 14,5 мм вправо зазор увеличивается до 1,5 мм. В среднем положении стойки зазор составляет 1 мм. На стойке имеются риски для регулирования ее движения.

Посредством перемещения стойки 5 регулируется воздушный зазор (фиг.3) между подвижным элементом 2 и электродами 17. При перемещении стойки 5 на 14,5 мм влево воздушный зазор увеличивается до 0,5 мм, а при перемещении стойки на 14,5 мм вправо зазор уменьшается до 1,5 мм. В среднем положении стойки зазор составляет 1 мм. На стойке имеются риски для регулирования ее движения.

Преимуществами предлагаемого емкостного двигателя являются 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 позволяет расширить функциональные возможности емкостного двигателя за счет применения дополнительных внутренних металлических электродов, увеличивающих рабочее пространство емкостного двигателя и, как следствие, вращающий момент емкостного двигателя.

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

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

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, при этом диэлектрический подвижный элемент имеет возможность линейного перемещения и выполнен в виде конуса, установленного в натяг на вал, который при помощи 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 в натяг зубчатым колесом для изменения угла наклона металлических электродов относительно образующей поверхности подвижного элемента, отличающийся тем, что имеются дополнительные внутренние металлические электроды, которые расположены внутри подвижного элемента под углом к его образующей симметрично металлическим электродам, а стержни внутренних металлических электродов запрессованы в подшипники, установленные в первом диэлектрическом фланце, в котором, а также в диэлектрическом корпусе при помощи подшипников установлен второй вал, с размещенным в натяг вторым зубчатым колесом для изменения угла наклона внутренних металлических электродов относительно образующей поверхности подвижного элемента.

www.freepatent.ru

Емкостный двигатель

Двигатель относится к электромашиностроению и может быть использован в исследованиях по электростатике, а также как двигатель небольшой мощности. Двигатель содержит подвижный элемент в виде диэлектрического конуса, металлические электроды, часть которых расположена внутри подвижного элемента под углом к его образующей и симметрично другим электродам; стержни внутренних электродов запрессованы в подшипники, установленные в диэлектрическом фланце, в последнем и в диэлектрическом корпусе при помощи подшипников установлен вал с размещенным в натяг зубчатым колесом для изменения угла наклона внутренних электродов относительно образующей поверхности подвижного элемента. Изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей за счет применения дополнительных внутренних металлических электродов, увеличивающих рабочее пространство емкостного двигателя и, как следствие, его вращающий момент. 3 ил.

 

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, 2004 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.

Известна 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 выбранного 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.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности является конструкция емкостного двигателя (Заявка РФ №2006122715, кл. H02N 1/00, опубликована 10.01.2008), содержащая 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, при этом 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 в натяг зубчатым колесом для изменения угла наклона металлических электродов относительно образующей поверхности подвижного элемента.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей за счет применения дополнительных металлических электродов, увеличивающих рабочее пространство емкостного двигателя и, как следствие, вращающий момент 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, при этом диэлектрический подвижный элемент имеет возможность линейного перемещения и выполнен в виде конуса, установленного в натяг на вал, который при помощи 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 в натяг зубчатым колесом для изменения угла наклона металлических электродов относительно образующей поверхности подвижного элемента, в котором, в отличие от прототипа, имеются дополнительные внутренние металлические электроды, которые расположены внутри подвижного элемента под углом к его образующей симметрично металлическим электродам, а стержни внутренних металлических электродов запрессованы в подшипники, установленные в первом диэлектрическом фланце, в котором, а также в диэлектрическом корпусе при помощи подшипников, установлен второй вал, с размещенным в натяг вторым зубчатым колесом для изменения угла наклона внутренних 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 левого торца закрыт диэлектрической втулкой 3. Вал 1 входит в подшипники 4, которые запрессованы в подвижную стойку 5. Подвижная стойка 5 скользит по общему основанию 6. Стержни металлических электродов 7 с одного конца закреплены в натяг в первый диэлектрический фланец 8, а другой конец каждого стержня проходит сквозь второй диэлектрический фланец 9 и, посредством уплотнительной резиновой муфты 10, соединен с соответствующим валом 11, закрепленном в левой стенке корпуса 12 с помощью подшипников (на чертеже не показано). Во втором диэлектрическом фланце 9 и левой стенке диэлектрического корпуса 12 при помощи подшипников 13 установлен вал 14, на котором в натяг размещено зубчатое колесо 15, которое приводит в движение шестерни 16 (число шестерней соответствует числу металлических электродов), в натяг установленные на соответствующем валу 11.

Каждый стержень внутренних металлических электродов 17 запрессован в подшипники (не показано), установленные в первом диэлектрическом фланце 8, и посредством уплотнительной резиновой муфты 18 соединен с соответствующим валом 19, закрепленном в правой стенке диэлектрического корпуса 20 с помощью подшипников (не показано). В первом диэлектрическом фланце 8 и правой стенке диэлектрического корпуса 20 при помощи подшипников 21 установлен вал 22, на котором в натяг размещено зубчатое колесо 23, которое приводит в движение шестерни 24 (число шестерней соответствует числу внутренних металлических электродов), в натяг установленные на соответствующем валу 19. Такая конструкция зубчатой передачи позволяет регулировать угол наклона а электродов 7 и 17 (фиг.3) относительно нормали к поверхности ротора 2 емкостного двигателя. В диэлектрических фланцах 8 и 9 выполнены диаметральные пазы, в которые уложены провода, соединенные с одной стороны со стержнями пары электродов 7 и 17, образующих фазу, при помощи пайки, а с другой - выходят на клеммы 25, расположенные на крышке диэлектрического корпуса 26. На стенках диэлектрического корпуса 12 и 20 емкостного двигателя помещены шкала 27 и ручка 28, при помощи которых устанавливается точный угол наклона электродов. Боковые поверхности 29 и 30 (фиг.2) выполнены из прозрачного материала, например оргстекла.

Двигатель работает следующим образом. На электроды 7 и 17 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 5 регулируется воздушный зазор δ (фиг.3) между подвижным элементом 2 и электродами 7. При перемещении стойки 5 на 14,5 мм влево воздушный зазор уменьшается до 0,5 мм, а при перемещении стойки на 14,5 мм вправо зазор увеличивается до 1,5 мм. В среднем положении стойки зазор составляет 1 мм. На стойке имеются риски для регулирования ее движения.

Посредством перемещения стойки 5 регулируется воздушный зазор δ (фиг.3) между подвижным элементом 2 и электродами 17. При перемещении стойки 5 на 14,5 мм влево воздушный зазор увеличивается до 0,5 мм, а при перемещении стойки на 14,5 мм вправо зазор уменьшается до 1,5 мм. В среднем положении стойки зазор составляет 1 мм. На стойке имеются риски для регулирования ее движения.

Преимуществами предлагаемого емкостного двигателя являются 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 позволяет расширить функциональные возможности емкостного двигателя за счет применения дополнительных внутренних металлических электродов, увеличивающих рабочее пространство емкостного двигателя и, как следствие, вращающий момент емкостного двигателя.

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

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, при этом диэлектрический подвижный элемент имеет возможность линейного перемещения и выполнен в виде конуса, установленного в натяг на вал, который при помощи 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 в натяг зубчатым колесом для изменения угла наклона металлических электродов относительно образующей поверхности подвижного элемента, отличающийся тем, что имеются дополнительные внутренние металлические электроды, которые расположены внутри подвижного элемента под углом к его образующей симметрично металлическим электродам, а стержни внутренних металлических электродов запрессованы в подшипники, установленные в первом диэлектрическом фланце, в котором, а также в диэлектрическом корпусе при помощи подшипников установлен второй вал, с размещенным в натяг вторым зубчатым колесом для изменения угла наклона внутренних металлических электродов относительно образующей поверхности подвижного элемента.

www.findpatent.ru

Емкостный двигатель

Изобретение относится к области электромашиностроения. Технический результат: повышение эксплуатационной надежности емкостного двигателя, повышение технологичности, упрощение конструкции. Емкостный двигатель содержит подвижный элемент в виде полого диэлектрического цилиндра, металлические электроды, расположенные вокруг ротора. Дополнительно в емкостный двигатель введены кольца регулирования зазора, имеющие сквозные дугообразные пазы, установленные на подшипниковых щитах и защищенные от внешних воздействий крышками подшипников, соединенные между собой планками, а также кольцо регулирования наклона электродов, установленное на переднем подшипниковом щите. 3 ил.

 

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. H02N 1/00, 2004 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.

Известна 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 выбранного 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.

Известна конструкция (патент РФ №2198409, дата публикации 10.02.2003, 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 выбранного 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.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является емкостный двигатель (патент РФ №2330374, кл. H02N 1/08, публикация патента: 27.07.2008, 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, 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.

Недостатком ближайшего аналога являются сложность, ненадежность конструкции.

Задача изобретения - упрощение конструкции, повышение надежности, снижение массогабаритных показателей.

Технический результат - регулирование угла наклона электродов относительно касательной к поверхности подвижного элемента, регулирование рабочего зазора между электродами и подвижным элементом.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в емкостном двигателе, содержащем подвижный элемент в виде полого диэлектрического цилиндра, металлические электроды, расположенные вокруг ротора, введены кольца регулирования зазора, имеющие сквозные дугообразные пазы, установленные на подшипниковых щитах и защищенные от внешних воздействий крышками подшипников, соединенные между собой планками, а также кольцо регулирования наклона электродов, установленное на переднем подшипниковом щите.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена схема устройства, на фиг. 2 изображено сечение А-А, иллюстрирующее конструкцию колец регулирования зазора, на фиг. 3 показаны регулируемый угол α наклона электродов и угол β поворота кольца регулирования угла наклона электродов α.

Емкостный двигатель с диэлектрическим ротором содержит подвижный элемент в виде полого диэлектрического цилиндра 1, металлические электроды 2 (фиг. 1), расположенные вокруг ротора, оси которых располагаются в направляющих отверстиях подшипниковых щитов, кольцо регулирования наклона электродов 3, установленные на подшипниковых щитах 4, 5 кольца регулирования зазора 6 (фиг. 1), 7 (фиг. 2) (имеющие сквозные дугообразные пазы), соединенные между собой планками 8, диэлектрический корпус 9 (фиг. 1).

Двигатель работает следующим образом. На электроды 2 подается высоковольтное напряжение переменного тока. В результате в рабочем пространстве емкостного двигателя возникают тангенциальные силы, действующие на ротор 1, 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.

Достоинством конструкции разрабатываемого емкостного двигателя является возможность регулирования зазора 5 между электродами 2 и ротором 1, что позволяет регулировать крутящий момент на валу емкостного ЭМПЭ, а также угла α поворота электродов по отношению к поверхности ротора, что в свою очередь позволяет регулировать скорость вращения ротора и обеспечивать реверс.

Зазор δ=(0,5…1,5) мм между электродами 2 и ротором 1 обеспечивается поворотом пары колец 6 и 7 на угол γ=(60…105)°. Угол α=(1…179)° обеспечивается поворотом кольца 3 на угол β=(0…90)°.

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

Емкостный двигатель, содержащий подвижный элемент в виде полого диэлектрического цилиндра, металлические электроды, расположенные вокруг ротора, отличающийся тем, что введены кольца регулирования зазора, имеющие сквозные дугообразные пазы, установленные на подшипниковых щитах и защищенные от внешних воздействий крышками подшипников, соединенные между собой планками, а также кольцо регулирования наклона электродов, установленное на переднем подшипниковом щите.

www.findpatent.ru

способ электромеханического преобразования энергии и электростатический емкостный двигатель на его основе - патент РФ 2471283

Изобретение относится к электротехнике, к электромеханическому преобразованию электрической энергии в механическую и может найти широкое применение в промышленности, транспорте, бытовой технике. Преобразуют энергию электрического поля, действующего между неподвижными одноименно заряженными телами и механически связанными между собой одноименно заряженными подвижными телами, в механическую энергию поступательного или вращательного перемещения подвижных тел относительно неподвижных. Их располагают одни над другими с зазором таким образом, чтобы электрическое поле между указанными взаимодействующими телами было максимально однородным, а приложенная к подвижным телам сила и напряженность этого поля была направлена под острым углом к направлению их движения. Техническим результатом является повышение мощности электростатического двигателя и расширение его функциональных возможностей. Способ экологически чист. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Рисунки к патенту РФ 2471283

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к способам и устройствам электромеханического преобразования электрической энергии в механическую, и может найти широкое применение в промышленности, транспорте, бытовой технике и других областях человеческой деятельности, взамен существующих неэкономичных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и электрических машин электромагнитной индукции.

Наиболее широкое применение в качестве средств производства механической энергии в современной технике приобрели ДВС, использующие сжигание углеводородного топлива, и индукционные машины, т.е. машины, в которых электродвижущая сила возникает в результате процесса электромагнитной индукции, занявшие практически монопольное положение в электромашиностроении (см. Ландсберг Г.С. (ред.) Элементарный учебник физики. Т2. 13-е изд. - М.: Физматлит, 2008. с.361, 410).

Основные недостатки ДВС - низкий КПД, менее 60% у лучших образцов, и загрязнение окружающей среды при сжигании топлива. Недостатки индукционных машин (способа и устройств) состоят в технологической сложности способа, в значительной материалоемкости и дороговизне устройств для его реализации, ограничениях допустимого рабочего напряжения (не выше 6 кВ) по условию электрического пробоя изоляции обмоток машин, критичности магнитных свойств материалов к температуре и вибрациям. Кроме того, индукционный электромагнитный способ энергозатратен, поскольку для создания электромагнитных полей по обмоткам индуктивных электрических машин и преобразователей пропускают значительные токи. Вследствие высоких омических потерь энергии в индуктивных обмотках таких машин, а также вследствие потерь электрической энергии на создание электромагнитного поля и потреблении ими значительной реактивной мощности (до 20-30% от полной мощности машины), эффективность электромеханического преобразования энергии в индуктивных электрических машинах недостаточно высока. Так, у наиболее распространенных индуктивных электрических машин средней мощности, КПД не превышает 70-75%.

Поэтому остается по-прежнему актуальным поиск экологически чистых способов построения двигателей с более высоким КПД.

Известен способ обратимого электромеханического преобразования электрической энергии в механическую энергию, основанный на явлениях электростатической индукции, и емкостные генераторы и электрические машины на их основе (см. Тэнэсеску Ф., Крамарюк Р. Электростатика в технике. - М.: Энергия, 1980, с.174-184; Губкин А.Н. Электреты. - М.: Наука, 1978, с.177-179).

Недостатком способа является несовершенство известных устройств и низкая выходная мощность, поэтому способ, в основном, применяется в качестве генераторов высокого напряжения, например, в копировальной технике.

Известен способ преобразования энергии путем перемещения тела, являющегося источником электрического поля, относительно обкладок конденсатора, в котором в емкостной электрической машине преобразуют энергию электрического поля ротора, являющегося гетероэлектретом, и вращающегося электрического поля, образуемого путем подачи на неподвижные обкладки статора высоковольтных потенциалов от многофазного полупроводникового высоковольтного коммутатора, во вращательное движение ротора. Развитие способа состоит в том, что зазор электрической машины вакуумируют или заполняют инертным газом с высокой диэлектрической проницаемостью, а скорость и момент ротора регулируют путем изменения частоты, амплитуды и фазы напряжения на статорных неподвижных обкладках конденсаторов (см. «Способ электромеханического преобразования энергии (варианты)», патент РФ № 2182398, МПК7 H04N 1/10, 1998 г.).

В связи с тем, что в устройствах, реализующих предложенный способ, практически отсутствуют тепловые потери, а удельная сила взаимодействия электрических зарядов на несколько порядков выше отнесенной к массе устройства силы электромагнитного взаимодействия, используемой в индуктивных электрических машинах, то и эффективность их значительно выше.

Недостатком способа является потеря энергии на перезарядку задающих конденсаторов и на организацию соответствующих коммутационных операций. Поэтому коэффициент полезного действия этого способа недостаточно высок.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому изобретению является, выбранный в качестве прототипа, электростатический двигатель, содержащий тело вращения из диэлектрика, расположенное на оси, относительно тела вращения установлены прямые электрические электроды с размерами не больше радиуса тела вращения, при этом каждый электрод перпендикулярен радиусу тела вращения, составляет с касательной к окружности угол и расположен над диэлектриком с зазором. В другом варианте линейного движителя, электростатический двигатель содержит тело перемещения из диэлектрика, относительно которого установлены прямые металлические электроды, при этом каждый электрод расположен в плоскости параллельно телу перемещения и наклонен к нему под углом , с зазором, в сторону, противоположную направлению движения. Направление перемещения меняют наклоном прямых электродов в противоположную сторону (см. «Электростатический двигатель (варианты)», патент РФ № 2225066, МПК7 H02N 1/00, 2001 г.).

В устройстве-прототипе реализован способ электромеханического преобразования энергии электрического поля тел, являющихся их источником, во взаимное перемещение этих тел, а именно, энергии электрического поля элементарных диполей диэлектрика и заряженных электродов в вынужденное движение диполей диэлектрика относительно неподвижных электродов. Техническим результатом изобретения является создание устройства, позволяющего получить устойчивое вращение или перемещение тел из диэлектрика в неоднородном поле за счет электростатических сил, а также регулировать влияние этих сил на скорость и направление движения тел из диэлектрика. В данном устройстве прямыми электродами создается неоднородное электрическое поле, под влиянием которого, путем поляризации диэлектрика тела вращения или перемещения, индуцируются электрические связанные заряды (диполи), на которые действует электростатическая сила, заставляющая вращать (перемещать) подвижное тело, так как возникшие заряды, оставаясь неподвижными относительно диэлектрика, увлекают за собой и диэлектрик и само подвижное тело.

Недостатком изобретения является незначительная мощность двигателя, поэтому его автор предлагает использование устройства для демонстрации действия электростатических сил по курсу электротехники и в практических целях как двигатель небольшой мощности. К недостаткам можно отнести и сложность реверса двигателя, осуществляемого механически, изменением направления наклона электродов.

Задачей изобретения является существенное повышение мощности двигателя, использующего электростатические силы взаимодействия заряженных тел, и расширение его функциональных возможностей.

Поставленная задача достигается тем, что энергию электрического поля, действующего между неподвижными одноименно заряженными телами и механически связанными между собой одноименно заряженными подвижными телами, преобразуют в механическую энергию поступательного или вращательного перемещения подвижных тел относительно неподвижных, для чего их располагают одни над другими с зазором, таким образом, чтобы электрическое поле между указанными взаимодействующими телами было максимально однородным, а приложенная к подвижным телам сила и напряженность этого поля была направлена под острым углом к направлению их движения.

Сущность изобретения состоит в том, что для электромеханического преобразования энергии совместно используют два, хорошо известных в электротехнике эффекта (приема). Первый - явление электростатического (кулоновского) взаимодействия электрических зарядов. Второй - действие и свойства электрического поля конденсатора, образованного параллельно расположенными плоскими электропроводящими пластинами (см. Ландсберг Г.С. (ред.) Элементарный учебник физики. Т.2. 13-е изд. - М.: Физматлит, 2008. с.24-31, 40-41, 44-45, 91-93; Тэнэсеску Ф., Крамарюк Р. Электростатика в технике. - М.: Энергия, 1980. с.13-15, 50-57; Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. - М.: Высшая школа, 1967. с.578).

Согласно закону Кулона, заряды противоположного знака притягиваются, а одного знака - отталкиваются. При этом эти силы в конденсаторе имеют не зависящий от расстояния между пластинами стационарный, а поле - однородный характер, с силовыми линиями, перпендикулярными плоскостям пластин (за исключением краевых эффектов). В устройстве решается задача создания как раз такого однородного, характерного для конденсаторов поля. Для этого создается равномерная поверхностная плотность распределения заряда пластин путем использования электретов или разбиением электродов на отдельные, одинаково заряженные полосы, а поверхности взаимодействующих электродов ориентируются параллельно друг другу.

Работа прототипа основана на известном эффекте движения диполя в сторону источника неоднородного электрического поля (например, см. Ландсберг Г.С. (ред.) Элементарный учебник физики. Т.2. 13-е изд. - М.: Физматлит, 2008. с.33-34, 88-91; Савельев И.В. Курс общей физики. -СПб.: Лань, 2008. с.28-34). Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый способ получения механической энергии отличается иной, более эффективной и более экономичной технологией преобразования энергии электрического поля в механическую энергию, осуществляемого путем взаимодействия монозарядов между собой, а не монозарядов с диполями, имеющего гораздо (на несколько порядков) меньшую силу притяжения. При этом реверс двигателя осуществляется более просто, путем формирования на электродах зарядов одного знака или использования самостоятельного блока обратного хода.

Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию "новизна" и "изобретательский уровень".

На фиг.1-3 показаны примеры работы устройства, реализующего предлагаемый способ преобразования энергии, которая заключается в следующем.

Электрическое поле, энергию которого преобразуют в механическую, действует между одноименно заряженными электродами 1, размещенными в неподвижном диэлектрическом статоре 2 и одноименно заряженными электродами 3, размещенными в диэлектрическом подвижном теле 4. Обе группы электродов наклонены под острыми углами 1 и 2 к поверхности подвижного тела 4 и плоскости зазора 5 между статором 2 и подвижным телом 4, но наклонены в разные стороны. Углы 1 и 2 подбирают из условия максимизации действующей на электродах 3 подвижного тела 4 силы. Шаг размещения электродов и их высота у различных групп выбирается такая, чтобы выдерживалось стабильное среднее расстояние между взаимодействующими электродами для исключения рывков в движении подвижного тела 4 двигателя.

Для формирования максимально однородного электрического поля, электроды 1, 3 выполняются из моноэлектретов или составляются из одинаково заряженных отдельных токопроводящих плоских пластин 6, разделенных тонким слоем диэлектрика 7 (фиг.2), в противном случае, использования металлической монопластины, большая часть заряда сместится к зазору и вместо однородного поля пластины конденсатора получается неоднородное поле заряженного стержня.

В зависимости от требуемых задач, устройство исполняется в варианте линейного движителя (фиг.1) или двигателя вращения (фиг.3) с одним или несколькими рядами подвижных и неподвижных электродов, максимально заполняющих рабочее пространство устройства для оптимизации удельных мощностных характеристик двигателя.

Будучи заряженными, оппозитно расположенные электроды подвижных и неподвижных (статорных) групп притягиваются (или отталкиваются при одноименных зарядах) друг к другу с силой f, проекция которой на поверхность подвижного тела дает линейную (тангенцальную) составляющую fл, сумма которых по всем электродам образует общую силу Fл, которая может быть использована для выполнения полезной работы (фиг.1).

В устройстве обеспечивается возможность реверса двигателя путем формирования одноименных зарядов на оппозитных электродах или с помощью отдельных реверсных групп электродов, что более предпочтительно, поскольку не нарушает общую электрическую нейтральность устройства и не требует перезарядки основных электродов устройства.

Необходимую силу взаимодействия заряженных электродов регулируют изменением величины их заряда любым известным методом, например, от источника регулируемого высокого напряжения (на рисунках не показан).

Все электроды изолированы друг от друга и других элементов устройства для исключения перетекания зарядов и образования вихревых токов. При увеличении силы взаимодействия электродов путем наращивания их заряда, необходимо исключать возможность пробоя в пространстве между ними, например, удаляя из него воздух (вакуумируя) или заполняя иной газообразной или жидкостной диэлектрической средой с высокой диэлектрической прочностью и низкой диэлектрической проницаемостью, поскольку газообразная и жидкостная среда уменьшает силу взаимодействия находящихся в них зарядов (см. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. - М.: Наука, 1974. с.356-359).

Рассмотрим численный пример работы устройства. Пусть электроды имеют наклон в 45° и имеют общую площадь каждой группы по 0,785 м2, а образуемое ими поле однородно. В этом случае, при оценке действующих сил можно использовать соотношения для плоского конденсатора (см. Ландсберг Г.С. (ред.) Элементарный учебник физики. Т.2. 13-е изд. - М.: Физматлит, 2008. с.91-92):

где:

F - суммарная сила, действующая между электродами,

q - заряд каждого электрода,

- поверхностная плотность заряда электрода,

0 - электрическая постоянная,

Е - напряженность поля между электродами, Е= /0,

S - площадь электродов каждой группы.

Подставляя заданные значения, приняв Е=30 кВ/см (напряжение пробоя воздуха 33 кВ/см - см. Губкин А.Н. Электреты. - М.: Наука, 1978, с.79), получим F=3,2 кГ. Откуда вычислим линейную, рабочую составляющую: Fл=F·cos 45°=2,3 кГ.

Вакуумируя устройство, получаем возможность значительно увеличить напряженность поля, примерно в 100 раз, и, соответственно, рабочее усилие до величины, порядка 23 Т. Или при двигателе вращения с радиусом ротора 0,25 м получаем момент в 5,75 Т·м.

Использование предлагаемого способа преобразования электрической энергии в механическую дает, по сравнению с существующими способами, следующий технический результат:

позволяет упростить конструкцию электрических двигателей;

экономичнее и эффективнее по сравнению с существующими способами, обладает более высоким коэффициентом полезного действия и гораздо более высокой мощностью и лучшими удельными характеристиками, чем известные электростатические и емкостные двигатели;

является экологически чистым способом производства механической энергии.

Перспективы промышленного применения изобретения не вызывают трудностей, поскольку предлагаемый способ состоит из совместного действия давно известных и широко применяемых в электротехнике и радиоэлектронике эффекта (приема) электростатического (кулоновского) взаимодействия электрических зарядов и свойств однородного электрического поля конденсатора, образованного параллельно расположенными плоскими электропроводящими пластинами, а также не требует использования каких-либо, неизвестных современной промышленности, средств, материалов или элементов. В том числе упомянутые электреты промышленно выпускаются уже более 50 лет (см. Губкин А.Н. Электреты. - М.: Наука, 1978. - 192 с.).

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ электромеханического преобразования энергии путем взаимного перемещения тел, являющихся источником электрического поля, отличающийся тем, что преобразуют энергию электрического поля, действующего между неподвижными одноименно заряженными телами и механически связанными между собой одноименно заряженными подвижными телами, в механическую энергию поступательного или вращательного перемещения подвижных тел относительно неподвижных, для чего их располагают одни над другими с зазором таким образом, чтобы электрическое поле между указанными взаимодействующими телами было максимально однородным, а приложенная к подвижным телам сила и напряженность этого поля была направлена под острым углом к направлению их движения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что силу взаимодействия заряженных тел регулируют изменением величины их заряда.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что все или некоторые заряженные тела являются моноэлектретами.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что пространство между заряженными телами вакуумируют или заполняют иной газообразной или жидкостной диэлектрической средой с максимально высокой диэлектрической прочностью и минимально низкой диэлектрической проницаемостью.

5. Электростатический емкостный двигатель, содержащий электроды статора, размещенные под острым углом к поверхности расположенного с зазором и возможностью поступательного или вращательного перемещения относительно статора подвижного тела и наклоном вдоль направления его движения, отличающийся тем, что подвижное тело также состоит из электродов, размещенных под острым углом к поверхности подвижного тела, но с противоположным относительно электродов статора наклоном, причем электроды выполнены в виде набора разделенных диэлектриком токопроводящих плоских пластин, расположенных параллельно ближнему к зазору краю электрода.

6. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что обеспечена возможность регулирования величины заряда электродов, например, подключением электродов к источнику регулируемого напряжения.

7. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что все или некоторые электроды являются моноэлектретами.

8. Двигатель по любому из пп.5-7, отличающийся тем, что пространство между электродами вакуумировано или заполнено иной газообразной или жидкостной диэлектрической средой с максимально высокой диэлектрической прочностью и минимально низкой диэлектрической проницаемостью.

www.freepatent.ru

емкостный двигатель-перемешиватель - патент РФ 2453978

Изобретение относится к областям электротехники, энергетики и электромашиностроения и может быть использовано в качестве двигателя небольшой мощности и устройства для смешивания различных диэлектрических жидкостей, а также при исследованиях электростатических сил в области электростатики. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в расширении функциональных возможностей и увеличении производительности емкостных двигателей-перемешивателей путем обеспечения возможности использования жидкостного подвижного элемента двигателя и использования дополнительного нагревательного элемента. Предлагаемый емкостный двигатель содержит диэлектрический корпус с расположенным в нем диэлектрическим подвижным элементом, металлические электроды, подключенные к источнику питания, установленные под углом относительно нормали к поверхности диэлектрического подвижного элемента, а между диэлектрическим подвижным элементом и металлическими электродами имеется воздушный зазор. При этом, согласно изобретению, в качестве подвижного элемента использован жидкий диэлектрик, помещенный в бак, выполненный из диэлектрического материала. Жидким диэлектриком может является электрореологическая суспензия. Кроме того, предлагаемый емкостный двигатель может дополнительно содержать нагревательный элемент, что обеспечивает возможность использовать его как фильтр. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2453978

Изобретение относится к электромашиностроению и предназначено для использования в энергетике, в частности в исследованиях электростатических сил по электростатике, а также как двигатель небольшой мощности и устройство для смешивания различных диэлектрических жидкостей.

Известен вариант исполнения электростатического двигателя [патент РФ № 2225066, кл. H02N 1/00, 2004 г.], содержащего тело перемещения из диэлектрика, относительно тела перемещения установлены прямые металлические электроды, которые расположены в плоскости параллельно телу перемещения и наклонены к нему под углом , с зазором, в сторону, противоположную направлению движения.

Недостатком такого двигателя является невозможность регулирования величины воздушного зазора между электродами статора и поверхностью жидкости и угол наклона электродов относительно нормали к поверхности жидкости, а также работа устройства только на постоянном токе.

Известен озонатор [патент РФ № 2040461, кл. С01В 13/11, 1995 г.], который также можно использовать в качестве двигателя, содержащий диэлектрик, электроды и высоковольтный источник напряжения, соединенный с электродами. В озонаторе вращающийся с регулируемой скоростью диэлектрик, установленный на подшипниках, и электроды, установленные под углом к поверхности диэлектрика, создают зону разряда коронного типа.

Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является конструкция емкостного двигателя [патент РФ № 2330374, кл. H02N 1/08, 2006 г.], содержащая 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. Емкостный двигатель может быть выполнен многофазным и работать от тока любого рода.

Недостатком прототипа являются ограниченные функциональные возможности из-за применения только твердого тела вращения в качестве подвижного элемента.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей и увеличение производительности за счет использования жидкостного подвижного элемента двигателя и использования дополнительного нагревательного элемента.

Поставленная задача достигается тем, что в емкостном двигателе, содержащем диэлектрический корпус, в котором расположен диэлектрический подвижный элемент, металлические электроды, подключенные к источнику питания, установленные под углом относительно нормали к поверхности диэлектрического подвижного элемента, а между диэлектрическим подвижным элементом и металлическими электродами имеется воздушный зазор, согласно изобретению в качестве подвижного элемента использован жидкий диэлектрик, помещенный в бак, выполненный из диэлектрического материала.

Кроме того, согласно изобретению в качестве жидкого диэлектрика может быть использована электрореологическая суспензия.

Кроме того, согласно изобретению емкостный двигатель содержит дополнительный нагревательный элемент для подогрева жидкости и является фильтром.

Сущность изобретения поясняется чертежом. На фиг.1 изображен вид спереди емкостного двигателя-перемешивателя.

Емкостный двигатель содержит непроводящий бак 1, наполненный жидким диэлектриком 2, например электрореологической суспензией, выполняющим роль подвижного элемента, систему металлических электродов 3, подключенных к высоковольтному источнику напряжения переменного или постоянного тока 4, установленных под углом относительно нормали к поверхности подвижного элемента, с возможностью изменения угла наклона относительно нормали к поверхности подвижного элемента и величины воздушного зазора между электродами и поверхностью подвижного элемента. Емкостный двигатель содержит дополнительный нагревательный элемент 5 для подогрева жидкости и в такой совокупности признаков может выполнять функции фильтра.

Двигатель работает следующим образом. На электроды 3 подается напряжение от высоковольтного источника напряжения переменного или постоянного тока 4. В результате в рабочем пространстве емкостного двигателя возникает вращающееся электрическое поле, под действием которого возникает индуцированный дипольный электрический момент в жидком диэлектрике подвижного элемента заставляющий двигаться молекулы жидкого диэлектрика в определенном направлении. За счет ориентированного перемещения молекул приводится в движение подвижный элемент 2. В качестве жидкого диэлектрика можно использовать электрореологическую суспензию - электрореологическую жидкость, состоящую из диэлектрической среды, например трансформаторного масла, и введенного в нее мелкодисперсного наполнителя (патент РФ № 2077546, опубл. 20.04.1997). Под действием высоковольтного напряжения электрореологическая суспензия переходит в желеобразное состояние, т.е. ее эффективная вязкость растет до ее насыщения, это связано с электростатическим взаимодействием частиц и динамикой изменения структуры размещения дисперсных частиц. Эффект обратимого изменения вязкости под действием электрического поля наблюдается и в постоянных, и в переменных полях (Ю.Г.Яновский, В.Э.Згаевский, Ю.Н.Карнет, И.Ф.Образцов Электрореологические жидкости. Теоретические и экспериментальные подходы к их описанию // Физ. мезомех. - 2003. - Т.6. - № 6. - С.61-69).

Возможность изменения угла наклона относительно нормали к поверхности подвижного элемента и величины воздушного зазора между электродами и поверхностью подвижного элемента позволяет регулировать величину вращающего момента двигателя, а также ожидается увеличение производительности за счет перемещения подвижного элемента. Изменение количества подключаемых электродов, т.е. уменьшение нагрузки на электроды, позволяет выполнить двигатель многофазным.

Итак, заявляемое изобретение обладает высокой технологичностью, простотой конструкции и широкой универсальностью, поскольку оно может работать от тока любого рода. Двигатель обладает расширенными функциональными возможностями за счет использования в качестве подвижного элемента жидкого диэлектрика, что позволяет применять двигатель в качестве перемешивателя и устройства для очистки жидкости, перекачки нефтепродуктов и разделения их на фракции. Используя в качестве жидкого диэлектрика электрореологическую суспензию - жидкость, которая под действием электрического поля способна изменять вязкость, можно увеличить вращающий момент двигателя. Предусмотрев в конструкции двигателя дополнительный нагревательный элемент для нагрева жидкости, двигатель можно использовать в качестве фильтра, т.к. при нагреве уменьшается вязкость жидкого диэлектрика, а следовательно, испарение молекул жидкости происходит быстрее.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Емкостный двигатель, содержащий диэлектрический корпус, в котором расположен диэлектрический подвижный элемент, металлические электроды, подключенные к источнику питания, установленные под углом относительно нормали к поверхности диэлектрического подвижного элемента, а между диэлектрическим подвижным элементом и металлическими электродами имеется воздушный зазор, отличающийся тем, что в качестве подвижного элемента использован жидкий диэлектрик, помещенный в бак, выполненный из диэлектрического материала.

2. Емкостный двигатель по п.1, отличающийся тем, что жидким диэлектриком является электрореологическая суспензия.

3. Емкостный двигатель по п.1, отличающийся тем, что содержит дополнительный нагревательный элемент для подогрева жидкости и является фильтром.

www.freepatent.ru

Емкостный двигатель-перемешиватель

Изобретение относится к областям электротехники, энергетики и электромашиностроения и может быть использовано в качестве двигателя небольшой мощности и устройства для смешивания различных диэлектрических жидкостей, а также при исследованиях электростатических сил в области электростатики. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в расширении функциональных возможностей и увеличении производительности емкостных двигателей-перемешивателей путем обеспечения возможности использования жидкостного подвижного элемента двигателя и использования дополнительного нагревательного элемента. Предлагаемый емкостный двигатель содержит диэлектрический корпус с расположенным в нем диэлектрическим подвижным элементом, металлические электроды, подключенные к источнику питания, установленные под углом относительно нормали к поверхности диэлектрического подвижного элемента, а между диэлектрическим подвижным элементом и металлическими электродами имеется воздушный зазор. При этом, согласно изобретению, в качестве подвижного элемента использован жидкий диэлектрик, помещенный в бак, выполненный из диэлектрического материала. Жидким диэлектриком может является электрореологическая суспензия. Кроме того, предлагаемый емкостный двигатель может дополнительно содержать нагревательный элемент, что обеспечивает возможность использовать его как фильтр. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к электромашиностроению и предназначено для использования в энергетике, в частности в исследованиях электростатических сил по электростатике, а также как двигатель небольшой мощности и устройство для смешивания различных диэлектрических жидкостей.

Известен вариант исполнения электростатического двигателя [патент РФ №2225066, кл. H02N 1/00, 2004 г.], содержащего 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 такого двигателя является невозможность регулирования величины воздушного зазора между электродами статора и поверхностью жидкости и угол наклона электродов относительно нормали к поверхности жидкости, а также работа устройства только на постоянном токе.

Известен озонатор [патент РФ №2040461, кл. С01В 13/11, 1995 г.], который также можно использовать в качестве двигателя, содержащий диэлектрик, электроды и высоковольтный источник напряжения, соединенный с электродами. В озонаторе вращающийся с регулируемой скоростью диэлектрик, установленный на подшипниках, и электроды, установленные под углом к поверхности диэлектрика, создают зону разряда коронного типа.

Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является конструкция емкостного двигателя [патент РФ №2330374, кл. H02N 1/08, 2006 г.], содержащая 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. Емкостный двигатель может быть выполнен многофазным и работать от тока любого рода.

Недостатком прототипа являются ограниченные функциональные возможности из-за применения только твердого тела вращения в качестве подвижного элемента.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей и увеличение производительности за счет использования жидкостного подвижного элемента двигателя и использования дополнительного нагревательного элемента.

Поставленная задача достигается тем, что в емкостном двигателе, содержащем диэлектрический корпус, в котором расположен диэлектрический подвижный элемент, металлические электроды, подключенные к источнику питания, установленные под углом относительно нормали к поверхности диэлектрического подвижного элемента, а между диэлектрическим подвижным элементом и металлическими электродами имеется воздушный зазор, согласно изобретению в качестве подвижного элемента использован жидкий диэлектрик, помещенный в бак, выполненный из диэлектрического материала.

Кроме того, согласно изобретению в качестве жидкого диэлектрика может быть использована электрореологическая суспензия.

Кроме того, согласно изобретению емкостный двигатель содержит дополнительный нагревательный элемент для подогрева жидкости и является фильтром.

Сущность изобретения поясняется чертежом. На фиг.1 изображен вид спереди емкостного двигателя-перемешивателя.

Емкостный двигатель содержит непроводящий бак 1, наполненный жидким диэлектриком 2, например электрореологической суспензией, выполняющим роль подвижного элемента, систему металлических электродов 3, подключенных к высоковольтному источнику напряжения переменного или постоянного тока 4, установленных под углом α относительно нормали к поверхности подвижного элемента, с возможностью изменения угла наклона α относительно нормали к поверхности подвижного элемента и величины воздушного зазора δ между электродами и поверхностью подвижного элемента. Емкостный двигатель содержит дополнительный нагревательный элемент 5 для подогрева жидкости и в такой совокупности признаков может выполнять функции фильтра.

Двигатель работает следующим образом. На электроды 3 подается напряжение от высоковольтного источника напряжения переменного или постоянного тока 4. В результате в рабочем пространстве емкостного двигателя возникает вращающееся электрическое поле, под действием которого возникает индуцированный дипольный электрический момент в жидком диэлектрике подвижного элемента заставляющий двигаться молекулы жидкого диэлектрика в определенном направлении. За счет ориентированного перемещения молекул приводится в движение подвижный элемент 2. В качестве жидкого диэлектрика можно использовать электрореологическую суспензию - электрореологическую жидкость, состоящую из диэлектрической среды, например трансформаторного масла, и введенного в нее мелкодисперсного наполнителя (патент РФ №2077546, опубл. 20.04.1997). Под действием высоковольтного напряжения электрореологическая суспензия переходит в желеобразное состояние, т.е. ее эффективная вязкость растет до ее насыщения, это связано с электростатическим взаимодействием частиц и динамикой изменения структуры размещения дисперсных частиц. Эффект обратимого изменения вязкости под действием электрического поля наблюдается и в постоянных, и в переменных полях (Ю.Г.Яновский, В.Э.Згаевский, Ю.Н.Карнет, И.Ф.Образцов Электрореологические жидкости. Теоретические и экспериментальные подходы к их описанию // Физ. мезомех. - 2003. - Т.6. - №6. - С.61-69).

Возможность изменения угла наклона α относительно нормали к поверхности подвижного элемента и величины воздушного зазора δ между электродами и поверхностью подвижного элемента позволяет регулировать величину вращающего момента двигателя, а также ожидается увеличение производительности за счет перемещения подвижного элемента. Изменение количества подключаемых электродов, т.е. уменьшение нагрузки на электроды, позволяет выполнить двигатель многофазным.

Итак, заявляемое изобретение обладает высокой технологичностью, простотой конструкции и широкой универсальностью, поскольку оно может работать от тока любого рода. Двигатель обладает расширенными функциональными возможностями за счет использования в качестве подвижного элемента жидкого диэлектрика, что позволяет применять двигатель в качестве перемешивателя и устройства для очистки жидкости, перекачки нефтепродуктов и разделения их на фракции. Используя в качестве жидкого диэлектрика электрореологическую суспензию - жидкость, которая под действием электрического поля способна изменять вязкость, можно увеличить вращающий момент двигателя. Предусмотрев в конструкции двигателя дополнительный нагревательный элемент для нагрева жидкости, двигатель можно использовать в качестве фильтра, т.к. при нагреве уменьшается вязкость жидкого диэлектрика, а следовательно, испарение молекул жидкости происходит быстрее.

1. Емкостный двигатель, содержащий диэлектрический корпус, в котором расположен диэлектрический подвижный элемент, металлические электроды, подключенные к источнику питания, установленные под углом относительно нормали к поверхности диэлектрического подвижного элемента, а между диэлектрическим подвижным элементом и металлическими электродами имеется воздушный зазор, отличающийся тем, что в качестве подвижного элемента использован жидкий диэлектрик, помещенный в бак, выполненный из диэлектрического материала.

2. Емкостный двигатель по п.1, отличающийся тем, что жидким диэлектриком является электрореологическая суспензия.

3. Емкостный двигатель по п.1, отличающийся тем, что содержит дополнительный нагревательный элемент для подогрева жидкости и является фильтром.

www.findpatent.ru

Емкостный двигатель-перемешиватель | Банк патентов

Изобретение относится к областям электротехники, энергетики и электромашиностроения и может быть использовано в качестве двигателя небольшой мощности и устройства для смешивания различных диэлектрических жидкостей, а также при исследованиях электростатических сил в области электростатики. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в расширении функциональных возможностей и увеличении производительности емкостных двигателей-перемешивателей путем обеспечения возможности использования жидкостного подвижного элемента двигателя и использования дополнительного нагревательного элемента. Предлагаемый емкостный двигатель содержит диэлектрический корпус с расположенным в нем диэлектрическим подвижным элементом, металлические электроды, подключенные к источнику питания, установленные под углом относительно нормали к поверхности диэлектрического подвижного элемента, а между диэлектрическим подвижным элементом и металлическими электродами имеется воздушный зазор. При этом, согласно изобретению, в качестве подвижного элемента использован жидкий диэлектрик, помещенный в бак, выполненный из диэлектрического материала. Жидким диэлектриком может является электрореологическая суспензия. Кроме того, предлагаемый емкостный двигатель может дополнительно содержать нагревательный элемент, что обеспечивает возможность использовать его как фильтр. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электромашиностроению и предназначено для использования в энергетике, в частности в исследованиях электростатических сил по электростатике, а также как двигатель небольшой мощности и устройство для смешивания различных диэлектрических жидкостей.

Известен вариант исполнения электростатического двигателя [патент РФ №2225066, кл. H02N 1/00, 2004 г.], содержащего 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 такого двигателя является невозможность регулирования величины воздушного зазора между электродами статора и поверхностью жидкости и угол наклона электродов относительно нормали к поверхности жидкости, а также работа устройства только на постоянном токе.

Известен озонатор [патент РФ №2040461, кл. С01В 13/11, 1995 г.], который также можно использовать в качестве двигателя, содержащий диэлектрик, электроды и высоковольтный источник напряжения, соединенный с электродами. В озонаторе вращающийся с регулируемой скоростью диэлектрик, установленный на подшипниках, и электроды, установленные под углом к поверхности диэлектрика, создают зону разряда коронного типа.

Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является конструкция емкостного двигателя [патент РФ №2330374, кл. H02N 1/08, 2006 г.], содержащая 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. Емкостный двигатель может быть выполнен многофазным и работать от тока любого рода.

Недостатком прототипа являются ограниченные функциональные возможности из-за применения только твердого тела вращения в качестве подвижного элемента.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей и увеличение производительности за счет использования жидкостного подвижного элемента двигателя и использования дополнительного нагревательного элемента.

Поставленная задача достигается тем, что в емкостном двигателе, содержащем диэлектрический корпус, в котором расположен диэлектрический подвижный элемент, металлические электроды, подключенные к источнику питания, установленные под углом относительно нормали к поверхности диэлектрического подвижного элемента, а между диэлектрическим подвижным элементом и металлическими электродами имеется воздушный зазор, согласно изобретению в качестве подвижного элемента использован жидкий диэлектрик, помещенный в бак, выполненный из диэлектрического материала.

Кроме того, согласно изобретению в качестве жидкого диэлектрика может быть использована электрореологическая суспензия.

Кроме того, согласно изобретению емкостный двигатель содержит дополнительный нагревательный элемент для подогрева жидкости и является фильтром.

Сущность изобретения поясняется чертежом. На фиг.1 изображен вид спереди емкостного двигателя-перемешивателя.

Емкостный двигатель содержит непроводящий бак 1, наполненный жидким диэлектриком 2, например электрореологической суспензией, выполняющим роль подвижного элемента, систему металлических электродов 3, подключенных к высоковольтному источнику напряжения переменного или постоянного тока 4, установленных под углом α относительно нормали к поверхности подвижного элемента, с возможностью изменения угла наклона α относительно нормали к поверхности подвижного элемента и величины воздушного зазора δ между электродами и поверхностью подвижного элемента. Емкостный двигатель содержит дополнительный нагревательный элемент 5 для подогрева жидкости и в такой совокупности признаков может выполнять функции фильтра.

Двигатель работает следующим образом. На электроды 3 подается напряжение от высоковольтного источника напряжения переменного или постоянного тока 4. В результате в рабочем пространстве емкостного двигателя возникает вращающееся электрическое поле, под действием которого возникает индуцированный дипольный электрический момент в жидком диэлектрике подвижного элемента заставляющий двигаться молекулы жидкого диэлектрика в определенном направлении. За счет ориентированного перемещения молекул приводится в движение подвижный элемент 2. В качестве жидкого диэлектрика можно использовать электрореологическую суспензию - электрореологическую жидкость, состоящую из диэлектрической среды, например трансформаторного масла, и введенного в нее мелкодисперсного наполнителя (патент РФ №2077546, опубл. 20.04.1997). Под действием высоковольтного напряжения электрореологическая суспензия переходит в желеобразное состояние, т.е. ее эффективная вязкость растет до ее насыщения, это связано с электростатическим взаимодействием частиц и динамикой изменения структуры размещения дисперсных частиц. Эффект обратимого изменения вязкости под действием электрического поля наблюдается и в постоянных, и в переменных полях (Ю.Г.Яновский, В.Э.Згаевский, Ю.Н.Карнет, И.Ф.Образцов Электрореологические жидкости. Теоретические и экспериментальные подходы к их описанию // Физ. мезомех. - 2003. - Т.6. - №6. - С.61-69).

Возможность изменения угла наклона α относительно нормали к поверхности подвижного элемента и величины воздушного зазора δ между электродами и поверхностью подвижного элемента позволяет регулировать величину вращающего момента двигателя, а также ожидается увеличение производительности за счет перемещения подвижного элемента. Изменение количества подключаемых электродов, т.е. уменьшение нагрузки на электроды, позволяет выполнить двигатель многофазным.

Итак, заявляемое изобретение обладает высокой технологичностью, простотой конструкции и широкой универсальностью, поскольку оно может работать от тока любого рода. Двигатель обладает расширенными функциональными возможностями за счет использования в качестве подвижного элемента жидкого диэлектрика, что позволяет применять двигатель в качестве перемешивателя и устройства для очистки жидкости, перекачки нефтепродуктов и разделения их на фракции. Используя в качестве жидкого диэлектрика электрореологическую суспензию - жидкость, которая под действием электрического поля способна изменять вязкость, можно увеличить вращающий момент двигателя. Предусмотрев в конструкции двигателя дополнительный нагревательный элемент для нагрева жидкости, двигатель можно использовать в качестве фильтра, т.к. при нагреве уменьшается вязкость жидкого диэлектрика, а следовательно, испарение молекул жидкости происходит быстрее.

bankpatentov.ru


Смотрите также