ЕМКОСТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
CAPACITANCE MOTOR

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.