RU2388134C2

RU2388134C2 - Contactless magnetic-capacitance electric machine

Info

Publication number: RU2388134C2
Application number: RU2008123025/09A
Authority: RU
Inventors: Михаил Федорович Ефимов (RU); Михаил Федорович Ефимов; Николай Аркадьевич Столяров (RU); Николай Аркадьевич Столяров; Валерий Григорьевич Захаров (RU); Валерий Григорьевич Захаров
Original assignee: Михаил Федорович Ефимов; Николай Аркадьевич Столяров
Priority date: 2008-06-07
Filing date: 2008-06-07
Publication date: 2010-04-27
Also published as: RU2008123025A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention relates to the field of electric engineering, in particular to capacitance electric machines. Proposed contactless magnetic-capacitance electric machine is arranged in the form of contactless capacitance generator with floating rotor, comprising stator with a set of radial flat main plates and rotor arranged in the form of star-like disk with flat blades, which are in the gap between the main fixed plates. At the same time electroconductive movable flat sectors of rotor, which connect its movable windings to movable plates of two pairs of air capacitors with alternating capacitance, two groups of fixed plates attached by common electric terminals to internal wall of machine, one of which is used to connect to source of DC voltage, and two groups of fixed plates of the other one - to load, are installed between north and south poles of permanent magnets installed on fixed axis from non-magnetic material.

EFFECT: improved capacity and efficiency of proposed electric machine.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к емкостным электрическим машинам. Из известных емкостных электрических машин наиболее близким по конструкции и технической сущности является бесконтактный емкостной генератор с плавающим ротором. Однако указанный емкостной генератор не получил широкого распространения из-за относительно невысоких его энергетических показателей.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to capacitive electric machines. Of the known capacitive electric machines, the closest in design and technical essence is a non-contact capacitive generator with a floating rotor. However, this capacitive generator was not widely used due to its relatively low energy performance.

Технический результат заявленного решения - наиболее полное использование энергий электрического и магнитного полей для существенного увеличения мощности машины и экономии электроэнергии.The technical result of the claimed solution is the most complete use of the energies of electric and magnetic fields to significantly increase the power of the machine and save electricity.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемой конструкции магнитоемкостной электрической машины вращение ротора происходит за счет взаимодействий полей постоянных магнитов с зарядными и разрядными токами, протекающими в электропроводящих подвижных секторах ротора, включенных между последовательно включенными воздушными конденсаторами переменной емкости через обмотки, соединенные последовательно между ними.The technical result is achieved by the fact that in the proposed design of a magnetically capacitive electric machine, the rotor rotates due to the interactions of the fields of permanent magnets with charging and discharge currents flowing in the electrically conductive moving sectors of the rotor connected between series-connected air capacitors of variable capacity through windings connected in series between them.

Предложенная бесконтактная магнитоемкостная электрическая машина, выполненная в виде бесконтактного емкостного генератора с плавающим ротором, содержащего статор с набором радиальных плоских основных пластин и ротор, выполненный в виде звездообразного диска с плоскими лопастями, находящимися в зазоре между основными неподвижными пластинами, отличается тем, что электропроводящие подвижные плоские сектора ротора, соединяющие его подвижные обмотки с подвижными пластинами двух пар воздушных конденсаторов переменной емкости, прикрепленные общими электрическими выводами к внутренней стенке корпуса машины, две группы неподвижных пластин одной из которых соединены к источнику постоянного напряжения, а две группы неподвижных пластин другой - к нагрузке, размещены между северными и южными полюсами постоянных магнитов, установленных на неподвижную ось 5 из немагнитного материала, на которой также насажен подшипник, находящийся во фрикционной связи с ведомым колесом 12, установленным на вал 13 внешнего механизма. Последний не указан на чертежах.The proposed non-contact magnetocapacitance electric machine, made in the form of a non-contact capacitive generator with a floating rotor, containing a stator with a set of radial flat main plates and a rotor made in the form of a star-shaped disk with flat blades located in the gap between the main fixed plates, characterized in that the electrically conductive movable flat sectors of the rotor connecting its movable windings with the movable plates of two pairs of air capacitors of variable capacity, attached connected by common electrical leads to the inner wall of the machine body, two groups of fixed plates of one of which are connected to a constant voltage source, and two groups of fixed plates of the other to a load, are placed between the north and south poles of permanent magnets mounted on a fixed axis 5 of non-magnetic material , on which a bearing is also mounted, which is in frictional connection with the driven wheel 12 mounted on the shaft 13 of the external mechanism. The latter is not indicated in the drawings.

Продольный и поперечный разрезы бесконтактной магнитоемкостной электрической машины показаны на фигурах 1 и 2 соответственно. Ее статор 1 выполнен в виде полого цилиндра из диэлектрического и диамагнитного материала, на внутренней поверхности которого закреплены две пары общих электрических выводов 6 неподвижных пластин 10 воздушных конденсаторов переменной емкости. Две пары групп ее подвижных пластин 11, объединенные общими цилиндрическими секторами 9, заклеенными на внешнюю поверхность диэлектрического и немагнитного полого барабана 14 ротора, соединены с электропроводящими секторами 7, находящимися между северными и южными полюсами постоянных магнитов 3, попарно соединенных между собой через обмотки 8 ротора. Электропроводящие сектора 7 ротора могут вращаться на подшипниках вокруг неподвижной оси 5. Магнитные силовые линии, исходящие с постоянных магнитов 3, замыкаются через дискообразные магнитопроводы 2, установленные на концах оси 5.Longitudinal and transverse sections of a non-contact magnetically capacitive electric machine are shown in figures 1 and 2, respectively. Its stator 1 is made in the form of a hollow cylinder of dielectric and diamagnetic material, on the inner surface of which two pairs of common electrical leads 6 fixed plates 10 of air capacitors of variable capacity are fixed. Two pairs of groups of its movable plates 11, united by common cylindrical sectors 9, glued to the outer surface of the dielectric and non-magnetic hollow drum 14 of the rotor, are connected to the electrically conductive sectors 7 located between the north and south poles of the permanent magnets 3, pairwise interconnected through the windings 8 of the rotor . The electrically conductive sectors 7 of the rotor can rotate on bearings around the fixed axis 5. Magnetic lines of force emanating from the permanent magnets 3 are closed through disk-shaped magnetic circuits 2 mounted on the ends of the axis 5.

Верхний неподвижный общий вывод 6 группы неподвижных пластин 10 конденсатора при работе соединен с положительным полюсом источника постоянного напряжения U, нижний - с отрицательным. Боковые общие выводы 6 групп неподвижных пластин 10 конденсаторов переменной емкости соединены с нагрузкой R.The upper fixed general terminal 6 of the group of fixed plates 10 of the capacitor during operation is connected to the positive pole of the constant voltage source U, the lower one to the negative. The lateral common conclusions of 6 groups of fixed plates 10 of variable capacitors are connected to the load R.

Бесконтактная магнитоемкостная электрическая машина работает следующим образом. При включении автомата А неподвижной емкости начинают заряжаться, что означает протекание тока заряда по электропроводящим секторам 7 с верхних подвижных пластин 11 к нижним через обмотки 8. В этом случае токи заряда протекают в магнитном поле, и на электропроводящие сектора 7 начинают действовать по правилу левой руки механические (пондеромоторные) силы, и ротор начинает вращаться по часовой стрелке. При этом подвижные пластины 11 конденсаторов выходят из зоны неподвижных пластин 10 и входят в зону неподвижных пластин 10 боковых конденсаторов, где по электропроводящим секторам между подвижными пластинами 11 потечет ток разряда, но уже в противоположную сторону. Поскольку в этой зоне магнитные силовые линии в свою очередь направлены противоположно, то направление механических (пондеромоторных) сил, действующих на сектора с разрядным током, остается таким же, как вначале. При протекании разрядного тока через боковые неподвижные пластины 10 конденсаторов ток потечет и через нагрузку R. Далее верхние подвижные пластины 11 конденсаторов в итоге оказываются в зоне заряженных отрицательно неподвижных пластин 10 нижнего конденсатора, а нижняя - в зоне заряженных положительно неподвижных пластин 10 верхнего конденсатора, что обуславливает протекание очередного тока заряда через соединяющие их электропроводящие секторы в том же направлении, в каком до этого протекал ток разряда, то есть к тем же подвижным пластинам конденсаторов - сверху вниз. Этим заканчивается пол-оборота ротора. В дальнейшем его движение происходит по тем же правилам, по каким оно происходило до этого.Contactless magnetic-capacitive electric machine operates as follows. When the automaton A of a fixed capacitance is turned on, it starts to charge, which means that the charge current flows through the electrically conductive sectors 7 from the upper movable plates 11 to the lower through the windings 8. In this case, the charge currents flow in a magnetic field, and the electrically conductive sectors 7 begin to act according to the rule of the left hand mechanical (ponderomotive) forces, and the rotor begins to rotate clockwise. In this case, the movable plates 11 of the capacitors leave the zone of the fixed plates 10 and enter the zone of the fixed plates 10 of the side capacitors, where the discharge current will flow through the electrically conductive sectors between the movable plates 11, but in the opposite direction. Since in this zone the magnetic lines of force are in turn directed oppositely, the direction of the mechanical (ponderomotive) forces acting on the sectors with discharge current remains the same as at the beginning. When the discharge current flows through the lateral fixed plates 10 of the capacitors, the current flows through the load R. Then the upper movable plates 11 of the capacitors end up in the zone of the charged negatively fixed plates 10 of the lower capacitor, and the lower one in the zone of the charged positively fixed plates 10 of the upper capacitor, which causes the next charge current to flow through the electrically conductive sectors connecting them in the same direction as before the discharge current, that is, to the same movable plate capacitors - from top to bottom. This ends the half-turn of the rotor. In the future, its movement occurs according to the same rules as it happened before.

В каждом обороте ротора направление электрического тока через пары электропроводящих секторов меняется дважды, или за один цикл через них протекают зарядные и разрядные токи по два раза.In each rotation of the rotor, the direction of the electric current through the pairs of electrically conductive sectors changes twice, or in one cycle two and two charging and discharge currents flow through them.

Преимуществом данной конструкции бесконтактной магнитоемкостной электрической машины состоит в том, что на одной оси можно установить несколько таких машин и их конденсаторы переменной емкости включить параллельно для увеличения результирующих зарядных и разрядных токов, что позволяет существенно повысить величину общей их мощности. При этом нужно просто предусмотреть по необходимости несколько жестких связей удлиненной неподвижной оси с корпусом машины.The advantage of this design of a non-contact magnetically capacitive electric machine is that several such machines can be installed on one axis and their capacitors of variable capacitance can be switched in parallel to increase the resulting charging and discharge currents, which can significantly increase their total power. In this case, you just need to provide, as necessary, several rigid connections of the elongated fixed axis with the machine body.

И, наконец, следует отметить, что предлагаемая емкостная электромагнитная машина фактически является одновременно и двигателем и генератором электрического тока с высоким КПД.And, finally, it should be noted that the proposed capacitive electromagnetic machine is actually both a high efficiency motor and electric current generator.

Источники информацииInformation sources

1. Бут Д.А. «Бесконтактные электрические машины» - М.: Высшая школа - 1990 г.1. Booth D.A. “Contactless electric machines” - M .: Higher school - 1990

2. Калашников С.Г. «Электричество» - М.: Наука - 1985 г.2. Kalashnikov S.G. "Electricity" - M.: Science - 1985

3. Копылов И.П. «Электрические машины» - М.: Энергоатомиздат, 1986.3. Kopylov I.P. "Electric machines" - M .: Energoatomizdat, 1986.

4. Специальные электрические машины - под ред. А.И.Бертинова - М.: Энергоатомиздат, 1982 г., с.318-327.4. Special electric machines - ed. A.I. Bertinova - M .: Energoatomizdat, 1982, p. 318-327.

Claims

A non-contact magnetocapacitance electric machine made in the form of a non-contact capacitive generator with a floating rotor containing a stator with a set of radial flat main plates and a rotor made in the form of a star-shaped disk with flat blades located in the gap between the main fixed plates, characterized in that the electrically conductive movable flat sectors of the rotor connecting its movable windings with the movable plates of two pairs of air capacitors of variable capacity, attached by a common and electrical leads to the inner wall of the machine body, two groups of fixed plates of one of which are connected to a constant voltage source, and two groups of fixed plates of the other to a load, are placed between the north and south poles of permanent magnets mounted on a fixed axis of non-magnetic material.