Электростатический двигатель

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в тех областях промышленности, где требуется малошумный мотор. Электростатический двигатель состоит из ротора, выполненного из лопаток, размещенных на валу двигателя. В корпусе лопаток размещен механизм движения, воздействующий на лопатки, выполненный в виде толкателя, составленный из основания и штока. Толкатель сопряжен с лопатками пружинами и снабжен пластинами с отрицательным зарядом, выполненными в виде моноэлектрета. При этом пластины, моноэлектреты, в работе контактируют и взаимодействуют с пластинами лопаток, выполненными из металла, соединенными с источником высокого напряжения, размещенным в корпусе лопаток. 2 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано везде, где требуется экономичный малошумный мотор.

Известен электростатический двигатель Литовченко, содержащий статор, ротор, электроды, высоковольтный источник энергии (SU, а.с.№1066009, опубл. 07.01.84, бюл. №1, МПК H02N1/08).

Недостатки в том, что он обладает небольшой мощностью, задействованы электроды разной полярности, что вызывает искрение между статором и ротором.

Известен электропотенциальный мотор, содержащий пластины, соединенные исходно вместе, источник высокого напряжения, пружину, заземление. В нем отсутствует механизм преобразования поступательного движения во вращательное (интернет, [e-mail] - электрополевой двигатель В.Дудышева).

Известен безстаторный электростатический двигатель, содержащий ротор, состоящий из двух сопряженных между собой частей, металлических электродов в виде широких пластин из фольги, соединенных с источником высокого напряжения, вал (RU, п. м. №130162 от 18.12.2012, МПК H02N1/00).

Недостаток - малая мощность, ограниченное применение.

Известен электрополевой двигатель В.Дудышева (интернет, [e-mail]), содержащий высоковольтный источник напряжения с питанием от аккумуляторной батареи (-12в), две пластины, соединенные с источником высокого напряжения, подвижный ротор, механизм преобразования поступательного движения во вращательное (ближайший аналог).

Двигатель имеет большую мощность, но кривошипно-шатунный механизм преобразования поступательного движения во вращательное имеет всем известные недостатки.

Цель изобретения - упрощение конструкции механизма преобразования движения.

Указанная цель достигается тем, что в известном двигателе, содержащем высоковольтный источник напряжения с питанием от аккумуляторной батареи (-12в), пластины, соединенные с источником высокого напряжения, ротор, что ротор состоит из лопаток, насаженных на валу двигателя, в корпусе которых выполнен толкатель в виде основания и штока, при этом толкатель сопряжен с корпусом лопаток пружинами и контактирует, взаимодействует с ними через пластины, частично выполненные из металла и частично снабженные моноэлектретами.

На фиг. 1 - устройство в разрезе,

фиг. 2 - структурная схема.

Устройство состоит из ротора в виде лопаток 1, сопряженных с корпусом 2 толкателя 3 пружинами 4, насаженных на валу 5. Лопатки 1 и толкатель 3 снабжены пластинами 6. При этом пластины 6, жестко связанные с толкателем 3, снабжены моноэлектретами с высоким удельным отрицательным зарядом, а пластины 6, жестко связанные с лопатками 1, выполнены из металла и соединены с источником высокого напряжения. Место контакта штока 7 толкателя 3 и корпуса 2 снабжено моноэлектретами 8, которые отталкиваясь силами кулона снижают трение при движении штока 7 относительно корпуса 2. При необходимости лопатки 1 помещаются в закрытый кожух 9.

При использовании устройства в качестве пропеллера кожух 9 не нужен. Пластины 6 получают заряд от потенциала источника высокого напряжения 10, запитанного через пульт управления 11 от источника низкого напряжения 12, например аккумуляторной батареи или суперконденсатора. Заряд-разряд пластин 6 осуществляется с помощью коммутационного устройства 13 с управлением коммутатором одним из известных способов.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении пластины 6 прижаты друг к другу с помощью пружин 4. Для запуска двигателя от источника высокого напряжения 10 под- ключается отрицательный потенциал на металлические пластины 6, которые получают заряд одинаковый с зарядом моноэлектретов других пластин, выполненных на толкателе 3. Пластины 6, а вместе с ними лопатки 1 и толкатели 3, отталкиваются друг от друга, что служит началом раскрутки ротора. При этом растягиваются пружины 4.

При растяжении пружин 4 силы, препятствующие отталкиванию, увеличиваются, а силы отталкивания между лопатками 1 и толкателем 3 уменьшаются по закону Кулона из-за увеличения расстояния между пластинами 6. При равенстве этих сил удаление толкателя 3 от корпуса лопаток 1 прекратится. В это время одним из известных способов отрицательный заряд с пластин 6 с помощью коммутатора 13 снимается, силы отталкивания исчезают и пружины 4 подтягивают пластины 6 в исходное, контактное положение.

Далее следует очередной цикл заряд-разряд пластин 6 с помощью коммутатора 13. Управление коммутатором, например, может осуществляться автоматически, управлением управляющего напряжения на коммутаторе по времени, по программе, с учетом времени, вычисленного теоретически и практически заранее, необходимого для заряда пластин 6. При увеличении или уменьшении потенциала, подаваемого на пластины 6, вносится коррекция в работу коммутатора 13.

Возможности устройства оцениваются из следующего. Приближенно силы отталкивания пластин 7,9 по формуле Кулона F=K₁ ⋅ q₁q₂/r², где K - коэффициент в системе СИ=9⋅10⁹

q₁ (заряд)=q₂=K₁S, K₁ для моноэлектретов из известных источников можно взять 5⋅10^-4 Кл/м.

Такую же плотность заряда можно создать на металлических пластинах 9.

При размере пластин 10 см × 15 см.

q₁=q₂=5 ⋅ 10^-4×0,1×0,15=0,075 ⋅ 10^-4Кл, тогда на расстоянии между пластинами 7,9 (r)=10 мм

F=9⋅10⁹ ⋅ 0,075⋅10^-4⋅0,075 ⋅ 10^-4/(10^-2)²≈4500Н

При движении 2^х пластин относительно друг друга от 0 до 20 мм и средней величине силы отталкивания в 4000Н, частоте f=50 Гц

Р (мощность) = F ⋅ L ⋅ f = 4000 × 0,02 × 50 = 4000 кгс ⋅ м/с ≈ 40 кВт

С учетом погрешности закона Кулона для пластин (краевой эффект) Р (мощность) меньше.

Электробезопасность осуществляется известными способами защиты, размещением источника высокого напряжения вблизи пластин, применением моноэлектретов.

Найдет применение везде, во всех отраслях техники, где требуются электродвигатели простой конструкции и с высоким КПД.

Электростатический двигатель, содержащий высоковольтный источник напряжения с питанием от низковольтного источника, пластины, соединенные с источником высокого напряжения, подвижный ротор, механизм преобразования поступательного движения во вращательное, отличающийся тем, что ротор состоит из лопаток, размещенных на валу двигателя, в корпусе которых выполнен механизм движения в виде толкателя из основания и штока, сопряженного с лопатками пружинами и пластинами, при этом часть пластин выполнена из металла и соединена с источником высокого напряжения, другая часть пластин выполнена в виде моноэлектретов.