RU2201648C2

RU2201648C2 - Electrochemical motor

Info

Publication number: RU2201648C2
Application number: RU2001103059A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Калмыков; А.П. Сеньков
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный морской технический университет
Priority date: 2001-02-02
Filing date: 2001-02-02
Publication date: 2003-03-27

Abstract

FIELD: electrical engineering; selfpropelled vehicles, sea-going ships, and various systems using mechanical energy for their functioning. SUBSTANCE: proposed unipolar electrochemical motor has inductor, armature in the form of pair of electricity conducting disks fixed in position on shaft between inductor pole pairs in working gaps forming spaces filled with electrolyte; one disk of this pair is covered with layer of cathode material and installed between pole pairs with magnetic flux of one direction, its respective inductor surfaces being covered with layer of anode material; other disk is covered with layer of anode material and installed between pole pairs with magnetic flux of reverse direction, its respective inductor surfaces being covered with layer of cathode material. Cathode and anode surfaces of inductor are electrically interconnected and so are surfaces of disks. Novelty is that inductor is made of at least two insulated sections of which one has cathode material surfaces and other section, anode material surfaces, anode and cathode surfaces being electrically interconnected through regulating member. EFFECT: provision for controlling motor speed by varying armature circuit current. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах, для функционирования которых необходима механическая энергия, например в самоходных автономных объектах: автотранспорт, морские суда и т.д. The invention relates to electrical engineering and can be used in systems for the operation of which mechanical energy is required, for example, in self-propelled autonomous objects: motor vehicles, sea vessels, etc.

Известен униполярный двигатель по патенту США 4024422, кл. Н 02 К 31/04, 1977. Двигатель содержит индуктор, между полюсами которого на валу фиксировано 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 диски из анодного материала соединены между собой электрически посредством щеточного контакта. Known unipolar motor according to US patent 4024422, cl. H 02 K 31/04, 1977. The motor contains an inductor, between the poles of which a disk anchor is fixed on 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 disks of the anode material are electrically interconnected by brush contact.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является униполярный двигатель по патенту РФ 2074485, кл. Н 02 К 31/04, 1997. Индуктором этого двигателя является неподвижный постоянный магнит, в котором выполнены рабочие зазоры, образующие полости, которые сообщены с внешней средой со свойствами электролита. Поверхность индуктора в зоне одного рабочего зазора покрыта слоем анодного материала, а в зоне другого рабочего зазора покрыта слоем катодного материала. Катодные и анодные слои, нанесенные на поверхность индуктора, соединены между собой проводником. Якорь электродвигателя состоит из двух дисков, закрепленных на валу. Поверхность одного диска покрыта слоем катодного материала, а поверхность другого диска покрыта слоем анодного материала. Диски установлены парами в полостях индуктора, 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. Катодный и анодный слои дисков соединены между собой слоем проводника, нанесенного на вал. При заполнении внутренних полостей двигателя электролитом пары соседних слоев анодного и катодного материала, нанесенных на якорь и индуктор, образуют два химических источника тока, соединенных последовательно проводниками в замкнутый контур. Индуктор создает в двух рабочих зазорах осевые магнитные потоки противоположного направления. Электрический ток, протекающий в замкнутом контуре, проходит по дискам якоря и взаимодействует с магнитным полем индуктора. В результате этого взаимодействия на диски якоря действует момент, вращающий ротор. Closest to the claimed invention is a unipolar motor according to the patent of the Russian Federation 2074485, class. H 02 K 31/04, 1997. The inductor of this engine is a fixed permanent magnet, in which working gaps are formed, forming cavities that are in communication with the external environment with the properties of an electrolyte. The surface of the inductor in the area of one working gap is covered with a layer of anode material, and in the area of another working gap is covered with a layer of cathode material. The cathode and anode layers deposited on the surface of the inductor are interconnected by a conductor. The motor anchor consists of two discs mounted on a shaft. The surface of one disk is covered with a layer of cathode material, and the surface of another disk is covered with a layer of anode material. The disks are installed in pairs in the cavities of the inductor, one disk of the 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. The cathode and anode layers of the disks are interconnected by a layer of a conductor deposited on the shaft. When the internal cavities of the engine are filled with electrolyte, pairs of adjacent layers of anode and cathode material deposited on the armature and inductor form two chemical current sources connected in series by conductors in a closed loop. The inductor creates in two working gaps axial magnetic fluxes of the opposite direction. An electric current flowing in a closed circuit passes through the disks of the armature and interacts with the magnetic field of the inductor. As a result of this interaction, the moment rotating the rotor acts on the disks of the armature.

Однако регулировка скорости вращения ротора в известном электродвигателе значительно затруднена, так как индуктор двигателя выполнен из ферромагнитного материала и является проводником, причем большого поперечного сечения, и ток между анодными и катодными слоями индуктора протекает, в основном, не через внешний проводник, а через индуктор, что не дает возможность регулировать частоту вращения вала. However, the adjustment of the rotor speed in the known electric motor is much more difficult, since the motor inductor is made of ferromagnetic material and is a conductor, with a large cross section, and the current between the anode and cathode layers of the inductor flows mainly through the inductor, not which does not allow you to adjust the frequency of rotation of the shaft.

Техническим результатом заявляемого технического решения является возможность регулирования частоты вращения вала путем управления значением силы тока в цепи якоря. The technical result of the claimed technical solution is the ability to control the shaft speed by controlling the value of the current in the armature circuit.

Для достижения заявляемого результата в известном униполярном двигателе, содержащем индуктор, между полюсами на валу фиксировано закреплен якорь в виде пары электропроводных дисков. Диски установлены между парами полюсов индуктора в полостях, заполняемых электролитом. Один диск из пары покрыт слоем катодного материала и установлен между парами полюсов с одним по направлению магнитным потоком, соответствующие ему поверхности индуктора покрыты слоем анодного материала, другой диск покрыт слоем анодного материала и установлен между парами полюсов с противоположным по направлению осевым магнитным потоком, соответствующая ему поверхность индуктора покрыта слоем катодного материала. Катодные и анодные поверхности индуктора между собой и поверхности дисков между собой соединены электрически. Согласно изобретению индуктор выполнен по меньшей мере из двух изолированных секций, первая из которых содержит поверхности катодного материала, а вторая - поверхности анодного материала, причем анодные и катодные поверхности секций электрически соединены через регулирующий элемент. В качестве регулирующего элемента может использоваться резистор, полупроводниковый ключ и т.д. Секции установлены на неподвижной втулке из электроизоляционного материала. To achieve the claimed result in the known unipolar motor containing the inductor, an anchor in the form of a pair of electrically conductive disks is fixed between the poles on the shaft. Disks are installed between the pairs of poles of the inductor in the cavities filled with electrolyte. One disk of a pair is covered with a layer of cathode material and is installed between pairs of poles with one magnetic flux in the direction, the corresponding surfaces of the inductor are covered with a layer of anode material, the other disk is covered with a layer of anode material and installed between pairs of poles with an axial magnetic flux opposite in direction, corresponding to it the surface of the inductor is covered with a layer of cathode material. The cathode and anode surfaces of the inductor are interconnected and the surfaces of the disks are interconnected electrically. According to the invention, the inductor is made of at least two insulated sections, the first of which contains the surface of the cathode material, and the second contains the surface of the anode material, and the anode and cathode surfaces of the sections are electrically connected through a control element. As a regulatory element, a resistor, a semiconductor switch, etc. can be used. Sections are mounted on a fixed sleeve of insulating material.

Выполнение индуктора из двух секций, установленных на неподвижной втулке из электроизоляционного материала, позволило создать внешнюю электрическую цепь, в разрыв которой включен элемент, регулирующий ток, таким образом появляется возможность изменять момент и скорость вращения выходного вала. При необходимости увеличения мощности двигателя, количество секций может быть увеличено. The execution of the inductor from two sections mounted on a fixed sleeve of insulating material, allowed to create an external electrical circuit, in the break of which is included an element that controls the current, thus it is possible to change the moment and speed of rotation of the output shaft. If you need to increase engine power, the number of sections can be increased.

На чертеже приведена предлагаемая конструкция погружного униполярного электродвигателя. The drawing shows the proposed design of a submersible unipolar electric motor.

Электродвигатель содержит два неподвижных индуктора 1 и 2, установленных на неподвижной втулке 3, выполненной из электроизоляционного материала. Поверхность индуктора 1 в зоне рабочего зазора покрыта слоем анодного материала А, а поверхность индуктора 2 в зоне рабочего зазора покрыта слоем катодного материала К. На валу 4 закреплены два диска якоря 5 и 6, расположенных в рабочих зазорах индуктора. Поверхность диска 5 покрыта слоем катодного материала К, а поверхность диска 6 покрыта слоем анодного материала А. Вал 4 соединяет диски 5 и 6 между собой также и электрически, как проводник. Индукторы 1 и 2 соединены между собой внешним проводником 7, в разрыве которого установлен регулирующий элемент 8. Вал 4, на котором закреплены диски 5 и 6, установлен в индукторах 1 и 2 с помощью подшипников 9. The electric motor contains two stationary inductors 1 and 2 mounted on a stationary sleeve 3 made of insulating material. The surface of the inductor 1 in the zone of the working gap is covered with a layer of anode material A, and the surface of the inductor 2 in the zone of the working gap is covered with a layer of the cathode material K. Two armature disks 5 and 6 are located on the shaft 4 located in the working gaps of the inductor. The surface of the disk 5 is covered with a layer of cathode material K, and the surface of the disk 6 is covered with a layer of anode material A. The shaft 4 connects the disks 5 and 6 to each other as electrically as a conductor. Inductors 1 and 2 are interconnected by an external conductor 7, in the gap of which a regulating element is installed 8. The shaft 4, on which the disks 5 and 6 are fixed, is installed in the inductors 1 and 2 using bearings 9.

Двигатель работает следующим образом. При заполнении внутренних полостей индукторов 1 и 2 электролитом слои анодных и катодных материалов, нанесенные на поверхности индукторов 1 и 2 и на поверхности дисков 5 и 6, образуют два химических источника тока, которые возбуждают ток в замкнутом контуре: диск 5 - вал 4 - диск 6 - электролит - индуктор 2 - проводник 7 - регулирующий элемент 8 - индуктор 1 - электролит - диск 5. Причем направление электродвижущих сил химических источников тока совпадает, так как они включены согласно. Токи протекают в дисках в радиальном направлении: в диске 5 ток направлен от периферии диска к валу 4, а в диске 6 ток направлен от вала 4 к наружной кромке диска. Магнитные потоки, созданные индукторами 1 и 2, направлены вдоль оси двигателя в противоположном направлении. При взаимодействии токов, протекающих в дисках 5 и 6 с магнитными потоками индукторов 1 и 2, возникают механические моменты, действующие на диски 5 и 6 в одном и том же направлении, под действием которых диски 5 и 6 вместе с валом 4 двигателя вращаются в подшипниках 9. С помощью регулирующего элемента 8, в качестве которого можно использовать электронный ключ, резистор, управляемый выпрямитель и т. д. , ток, протекающий через диски, можно регулировать, изменяя таким образом момент и скорость вращения выходного вала. The engine operates as follows. When filling the internal cavities of inductors 1 and 2 with electrolyte, the layers of anode and cathode materials deposited on the surface of inductors 1 and 2 and on the surface of disks 5 and 6 form two chemical current sources that excite current in a closed circuit: disk 5 - shaft 4 - disk 6 - electrolyte - inductor 2 - conductor 7 - regulating element 8 - inductor 1 - electrolyte - disk 5. Moreover, the direction of electromotive forces of chemical current sources coincides, since they are included according to. Currents flow in the disks in the radial direction: in the disk 5, the current is directed from the periphery of the disk to the shaft 4, and in the disk 6, the current is directed from the shaft 4 to the outer edge of the disk. The magnetic flux created by the inductors 1 and 2 are directed along the axis of the motor in the opposite direction. The interaction of currents flowing in disks 5 and 6 with magnetic fluxes of inductors 1 and 2 gives rise to mechanical moments acting on disks 5 and 6 in the same direction, under which the disks 5 and 6 together with the motor shaft 4 rotate in bearings 9. Using the regulating element 8, which can be used as an electronic switch, a resistor, a controlled rectifier, etc., the current flowing through the discs can be adjusted, thus changing the moment and speed of rotation of the output shaft.

Claims

1. A unipolar electric motor containing an inductor, between the poles of which an anchor is fixed on the shaft in the form of a pair of electrically conductive disks installed between pairs of poles of the inductor in the working gaps forming cavities filled with electrolyte, one disk of the pair is covered with a layer of cathode material and installed between the pairs of poles with one direction of magnetic flux, the corresponding surface of the inductor is covered with a layer of anode material, the other disk is covered with a layer of anode material and installed between pairs of poles with the magnetic flux opposite in direction, the corresponding surface of the inductor is covered with a layer of cathode material, the cathode and anode surfaces of the inductor are interconnected and the surfaces of the disks are electrically connected, characterized in that the inductor is made of at least two insulated sections, the first of which contains surfaces cathode material, and the second surface of the anode material, and the anode and cathode surfaces of the sections are electrically connected through a control element.

2. The electric motor according to claim 1, characterized in that the sections are mounted on a fixed sleeve of insulating material.