RU2096899C1

RU2096899C1 - Electrochemical motor

Info

Publication number: RU2096899C1
Application number: RU96113373A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Калмыков; А.П. Сеньков
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный морской технический университет
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1996-07-01
Publication date: 1997-11-20

Abstract

FIELD: systems operating, for example, in sea water. SUBSTANCE: electromechanical motor has fixed inductor around rotor fixed on shaft 3. Clearance formed between rotor and inductor 3 communicates with electrolyte-property liquid source. Rotor is made in the form of barrel. At least two pairs of coaxial electrodes 5 and 7 are made on surfaces of rotor and inductor 1 which face the clearance. At least on pair of electrodes 7 is placed between inductor poles. Anode and cathode materials on inductor and rotor at electrode pairs 5, 7 adjacent along axis of shaft 3 are alternating; inductor cathode and anode electrodes 5, 7 and anode and cathode electrodes of rotor are electrically interconnected. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах, связанных с работой, например, в морской воде. The invention relates to electrical engineering and can be used in systems associated with work, for example, in sea water.

Известны электродвигатели, в которых проводники якоря пересекаются в активной зоне машины магнитным потоком индуктора только одного направления. Ток к якорю таких электродвигателей подводится с помощью щеток. Electric motors are known in which the conductors of the armature intersect in the core of the machine with the magnetic flux of the inductor in only one direction. The current to the armature of such electric motors is supplied using brushes.

Известен электродвигатель с дисковым ротором, у которого в качестве индуктора используется постоянный магнит, возбуждающий в зазоре осевой магнитный поток только одного направления. Якорь электродвигателя выполнен в виде диска и закреплен на валу. Якорь может быть выполнен из электропроводящего материала или иметь специальную обмотку из электропроводящих стержней. Ток к якорю подводится через щетки и протекает через дисковый ротор в радиальном направлении. При взаимодействии якоря с магнитным потоком постоянного магнита возникает момент, действующий на якорь и заставляющий его вращаться вместе с выходным валом. (А.И. Бертинев. "Специальные электрические машины", с. 310 317, М. 1982). A known electric motor with a disk rotor, in which a permanent magnet is used as an inductor, excites in the gap an axial magnetic flux of only one direction. The motor anchor is made in the form of a disk and is mounted on the shaft. The anchor can be made of electrically conductive material or have a special winding of electrically conductive rods. Current to the armature is supplied through the brushes and flows through the disk rotor in the radial direction. When the armature interacts with the magnetic flux of a permanent magnet, a moment arises that acts on the armature and makes it rotate together with the output shaft. (A.I. Bertinev. "Special Electric Machines", p. 310 317, M. 1982).

Кроме того, известен электродвигатель по патенту США N 4024422, кл.H 02 K 31/04, 1977). In addition, a motor is known according to US Pat. No. 4,024,422, class H 02 K 31/04, 1977).

Униполярный двигатель по патенту содержит индуктор, между полюсами которого на валу фиксированно закреплен дисковый якорь. Каждый из дисков выполнен из анодного материала, а часть индуктора с поверхностями, обращенными к периферии дисков, из катодного материала. Осевые магнитные потоки полюсов индуктора направлены в одном направлении, катодная часть индуктора и диска из анодного материала соединены между собой электрически посредством щеточного контакта. Полости индуктора, в которых установлены диски, сообщены с внешней средой со свойствами электролита, в частности морской водой. Конструкция по патенту содержит скользящий контакт, что значительно снижает надежность работы электродвигателя. The unipolar motor according to the patent contains an inductor, between the poles of which a disk armature is fixedly fixed to the shaft. Each of the disks is made of anode material, and the part of the inductor with the surfaces facing the periphery of the disks is made of cathode material. The axial magnetic fluxes of the poles of the inductor are directed in one direction, the cathode part of the inductor and the disk of the anode material are electrically connected to each other by means of a brush contact. The inductor cavities in which the disks are mounted are in communication with the external environment with the properties of an electrolyte, in particular seawater. The design of the patent contains a sliding contact, which significantly reduces the reliability of the electric motor.

Указанный недостаток устранен в конструкции электродвигателя по заявке N 94-021407/07 от 07.06.94 г. (положительное решение от 30 окт. 1995, опубл. Бюл. N 4, 1996), являющейся наиболее близкой к заявляемому изобретению. В конструкции прототипа диски установлены парами, один диск из пары установлен между парами полюсов с одним по направлению осевым магнитным потоком, другой диск установлен между парами полюсов с противоположным по направлению осевым магнитным потоком. Один из дисков покрыт слоем катодного материала, другой - анодного материала, а соответствующие им поверхности индуктора слоем анодного и слоем катодного материала. Катодные и анодные поверхности индуктора между собой и поверхности дисков между собой соединены электрически. This drawback is eliminated in the design of the electric motor according to the application N 94-021407 / 07 of 06/07/94 (a positive decision of 30 October 1995, publ. Bull. N 4, 1996), which is closest to the claimed invention. In the design of the prototype, the disks are mounted in pairs, one disk of a pair is installed between the pairs of poles with one axial magnetic flux in the direction, the other disk is installed between the pairs of poles with the axial magnetic flux opposite in direction. One of the disks is covered with a layer of cathode material, the other with anode material, and the corresponding surfaces of the inductor with a layer of anode and a layer of cathode material. The cathode and anode surfaces of the inductor are interconnected and the surfaces of the disks are interconnected electrically.

При погружении в электролит пары соседних слоев катодного и анодного материалов, нанесенных на якорь и индуктор, образуют два химических источника тока, соединенных последовательно в замкнутый контур проводниками без скользящих контактов. В результате электрохимической реакции возникает ток, протекающий по контуру: слой анодного материала электролит слой катодного материала слой электропроводного материала слой анодного материала - электролит слой катодного материала проводник. Электрический ток протекает по одному из дисков якоря в направлении от оси к периферии и по другому от периферии к оси. Так как полюса в рабочих зазорах магнитной системы создают магнитные потоки так же противоположных направлений, возникает крутящий момент одного направления. When immersed in an electrolyte, pairs of adjacent layers of cathode and anode materials deposited on the armature and inductor form two chemical current sources connected in series to a closed circuit by conductors without sliding contacts. As a result of the electrochemical reaction, a current flows along the circuit: anode layer, electrolyte layer, cathode layer, layer of conductive material, layer of anode material - electrolyte, layer of cathode material, conductor. Electric current flows along one of the armature disks in the direction from the axis to the periphery and in the other from the periphery to the axis. Since the poles in the working gaps of the magnetic system create magnetic fluxes in the same opposite directions, a torque of one direction arises.

Недостатком прототипа является недостаточное быстродействие и большие гидравлические потери, обусловленные дисковой формой ротора. The disadvantage of the prototype is the lack of speed and large hydraulic losses due to the disk shape of the rotor.

Указанные недостатки устраняются в предлагаемой конструкции электрохимического двигателя, содержащей неподвижный индуктор, охватывающий якорь, фиксированно закрепленный на валу, зазор (полость) между якорем и индуктором сообщен с источником жидкости со свойствами электролита, а на поверхностях индуктора и якоря, обращенных к зазору, выполнены электроды из катодного и анодного материалов, согласно изобретению, якорь выполнен в виде цилиндра, на поверхностях индуктора и якоря коаксиально выполнены по меньшей мере две пары электродов, по меньшей мере одна пара электродов расположена между полюсами индуктора, причем у смежных вдоль оси вала пар электродов анодные и катодные материалы на индукторе и на якоре расположены попеременно, катодные и анодные электроды индуктора между собой и анодные и катодные электроды якоря между собой соединены электрически. These drawbacks are eliminated in the proposed design of the electrochemical engine containing a stationary inductor, covering the anchor, fixedly mounted on the shaft, the gap (cavity) between the armature and the inductor is connected to a fluid source with the properties of an electrolyte, and electrodes are made on the surfaces of the inductor and the armature facing the gap of the cathode and anode materials, according to the invention, the armature is made in the form of a cylinder, at least two pairs of electrodes are coaxially made on the surfaces of the inductor and the armature, p at least one pair of electrodes is arranged between the poles of the inductor, wherein in adjacent pairs along the axis of the shaft of the electrodes anode and cathode materials and inductor anchor arranged alternately, anode and cathode electrodes and an inductor between the anode and cathode electrodes of the armature connected electrically to each other.

Предлагаемая конструкция двигателя позволяет получать следующий технический результат:
повышается быстродействие двигателя, т.к. ротор выполнен цилиндрическим, то для увеличения мощности двигателя, т.е. увеличения вращающего момента, необходимо увеличить площади электродов, что достигается увеличением длины ротора. При этом вращающий момент и момент инерции ротора возрастают прямо пропорционально длине ротора, тогда как у двигателя с дисковым ротором вращающий момент возрастает пропорционально квадрату радиуса, а момент инерции пропорционально четвертой степени радиуса. Отсюда при одинаковом увеличении мощности момент инерции у машин с дисковым ротором возрастает в большей степени, чем у машин с цилиндрическим ротором, что отрицательно сказывается на быстродействии.The proposed engine design allows to obtain the following technical result:
increased engine performance, as the rotor is made cylindrical to increase engine power, i.e. increasing torque, it is necessary to increase the area of the electrodes, which is achieved by increasing the length of the rotor. In this case, the rotational moment and the moment of inertia of the rotor increase in direct proportion to the length of the rotor, while for an engine with a disk rotor, the torque increases in proportion to the square of the radius, and the moment of inertia is proportional to the fourth power of the radius. Hence, with the same increase in power, the moment of inertia in machines with a disk rotor increases to a greater extent than in machines with a cylindrical rotor, which negatively affects the speed.

Кроме того, уменьшаются гидравлические потери, т.к. они прямо пропорциональны длине ротора, а у дисковых машин пропорциональны четвертой степени радиуса ротора. In addition, hydraulic losses are reduced, as they are directly proportional to the length of the rotor, while for disk machines they are proportional to the fourth degree of the radius of the rotor.

Увеличение мощности двигателя может быть достигнуто за счет увеличения числа пар электродов, расположенных также на индукторе и якоре. An increase in engine power can be achieved by increasing the number of pairs of electrodes located also on the inductor and the armature.

На фиг. 1 приведена предлагаемая конструкция электрохимического двигателя, где индуктором 1 является неподвижный магнит, создающий магнитный поток Ф, который замыкается с помощью магнитопровода 2, выполненного в виде цилиндрического ротора, фиксированно закрепленного на валу 3, и образующего зазор с индуктором. Зазор сообщен с источником жидкости со свойствами электролита. По обе стороны от рабочего зазора коаксиальные поверхности индуктора и якоря имеют покрытие из электрохимически активных материалов (анодного A или катодного K), образующих две пары электродов 5 и 7, соединенных проводниками 4, расположенными на роторе 2, и проводниками 6, расположенными на индукторе 2. In FIG. 1 shows the proposed design of the electrochemical engine, where the inductor 1 is a fixed magnet that generates a magnetic flux F, which is closed using a magnetic circuit 2, made in the form of a cylindrical rotor, fixedly mounted on the shaft 3, and forming a gap with the inductor. The gap is communicated with a fluid source with electrolyte properties. On both sides of the working gap, the coaxial surfaces of the inductor and the armature are coated with electrochemically active materials (anode A or cathode K), forming two pairs of electrodes 5 and 7, connected by conductors 4 located on the rotor 2, and conductors 6 located on the inductor 2 .

Двигатель работает следующим образом. The engine operates as follows.

При заполнении полости внутри индуктора электролитом, например морской водой, пары электродов 5 и 7 образуют химические источники тока, например водоактивируемые топливные элементы, которые включены в электрическую цепь, замкнутую с помощью проводников 4 и 6. Токи протекают по проводникам 4, расположенным на цилиндрической поверхности ротора 2, в осевом направлении и взаимодействуют с магнитным полем индуктора 1, пересекающим рабочий зазор и эти проводники в радиальном направлении. В результате этого взаимодействия появляются тангенциальные силы, обуславливающие появление крутящего момента одного направления, вращающего ротор. When the cavity inside the inductor is filled with electrolyte, for example, sea water, the pairs of electrodes 5 and 7 form chemical current sources, for example, water-activated fuel cells, which are included in the electrical circuit closed by conductors 4 and 6. Currents flow through conductors 4 located on a cylindrical surface rotor 2, in the axial direction and interact with the magnetic field of the inductor 1, intersecting the working gap and these conductors in the radial direction. As a result of this interaction, tangential forces appear, causing the appearance of torque in one direction, rotating the rotor.

Предлагаемая конструкция двигателя повышает быстродействие и уменьшает гидравлические потери по сравнению с двигателями с дисковым ротором. The proposed engine design improves speed and reduces hydraulic losses compared to engines with a disk rotor.

Claims

An electrochemical engine containing a fixed inductor enclosing the armature fixedly mounted on the shaft, the gap between the armature and the inductor is in communication with the fluid source with electrolyte properties, and the electrodes of the cathode and anode materials are made on the surfaces of the inductor and the armature facing the gap, characterized in that that the armature is made in the form of a cylinder, at least two pairs of electrodes are coaxially made on the surfaces of the inductor and the armature, at least one pair of electrodes is located between the poles of the inductor moreover, in pairs of electrodes adjacent along the axis of the shaft, the anode and cathode materials on the inductor and on the armature are alternately arranged, the cathode and anode electrodes of the inductor are interconnected, and the anode and cathode electrodes of the armature are electrically connected.