RU2518191C2 - Capacitive induction generator (versions) - Google Patents
Capacitive induction generator (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2518191C2 RU2518191C2 RU2012132138/07A RU2012132138A RU2518191C2 RU 2518191 C2 RU2518191 C2 RU 2518191C2 RU 2012132138/07 A RU2012132138/07 A RU 2012132138/07A RU 2012132138 A RU2012132138 A RU 2012132138A RU 2518191 C2 RU2518191 C2 RU 2518191C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- disk
- metal elements
- angle
- disc
- symmetry
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Motor Or Generator Current Collectors (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике высоких напряжений, а более конкретно к электростатическим генераторам с транспортерами-проводниками.The invention relates to high voltage technology, and more particularly to electrostatic generators with conveyor conductors.
Из достигнутого уровня техники известны три типа емкостных индукционных генераторов, а именно генераторы дискового типа, генераторы цилиндрического типа и генераторы стержневого типа (см. Воробьев А.А. и др. Высоковольтное испытательное оборудование и измерение. Под ред. Воробьева А.А., Госэнергоиздат, М.-Л., 1960 [1]), при этом в генераторах дискового типа транспортеры-проводники выполнены в виде металлических секторов, в генераторах цилиндрического типа транспортеры-проводники выполнены в виде металлических элементов, имеющих поперечное сечение в форме кольцевого сектора, а в генераторах стержневого типа транспортеры-проводники выполнены в форме металлических стержней круглого или эллиптического сечения.Three types of capacitive induction generators are known from the prior art, namely, disk-type generators, cylindrical-type generators, and rod-type generators (see A. Vorobyov and others. High-voltage testing equipment and measurement. Edited by A. Vorobyov, Gosenergoizdat, M.-L., 1960 [1]), while in the disk type generators the conveyor conductors are made in the form of metal sectors, in the cylindrical generators the conveyor conductors are made in the form of metal elements having a transverse in the form of an annular sector, and in rod-type generators, conveyor conductors are made in the form of metal rods of round or elliptical cross-section.
Так известен емкостный индукционный генератор дискового типа, содержащий вращающийся ротор, выполненный в виде N параллельных между собой диэлектрических дисков, закрепленных на общей оси и расположенных вдоль нее на одинаковом расстоянии относительно друг друга, а также неподвижный статор, выполненный в виде N+1 диэлектрических дисков, расположенных вдоль упомянутой выше общей оси и в чередующейся последовательности с дисками ротора, при этом на каждом диске ротора и диске статора расположены изолированные относительно друг друга одинаковые металлические элементы, имеющие форму секторов.So known is a capacitive disk-type induction generator containing a rotating rotor made in the form of N parallel dielectric disks mounted on a common axis and located along it at the same distance relative to each other, as well as a fixed stator made in the form of N + 1 dielectric disks located along the aforementioned common axis and in alternating sequence with the rotor disks, while on each rotor disk and the stator disk are located isolated relative to each other What are the metallic elements having a form of sectors.
Металлические элементы, соответствующие каждому диску ротора и каждому диску статора, через один электрически соединены между собой. Токосъем в этом генераторе осуществляется с помощью пары щеток, расположенных диаметрально противоположно относительно друг друга и подключенных к нагрузке (см. [1], с.97÷102; а также Полотовский Л.С. Емкостные машины постоянного тока высокого напряжения, Госэнергоиздат, М.-Л., 1960 [2], с.40÷41).The metal elements corresponding to each rotor disk and each stator disk are electrically connected to each other through one. Current collector in this generator is carried out with the help of a pair of brushes located diametrically opposite to each other and connected to the load (see [1], p.97 ÷ 102; as well as LS Polotovsky, High-voltage DC capacitive machines, Gosenergoizdat, M .-L., 1960 [2], p.40 ÷ 41).
Емкостные индукционные генераторы дискового типа обеспечивают достижение достаточно удовлетворительных эксплуатационных параметров, а за счет эффективного использования рабочего пространства генераторы этого типа характеризуются сравнительно большой удельной мощностью. Однако конструирование вращающихся частей этих генераторов представляет большие трудности, поскольку металлические элементы необходимо крепить к дискам ротора, которые выполнены из диэлектрического материала. В процессе работы генератора диэлектрические элементы ротора деформируются под действием центробежных сил, вследствие чего возникает перекос дисков ротора.Capacitive induction generators of the disk type provide satisfactory operational parameters, and due to the efficient use of the working space, generators of this type are characterized by a relatively large specific power. However, the design of the rotating parts of these generators presents great difficulties, since metal elements must be attached to the rotor disks, which are made of dielectric material. During operation of the generator, the dielectric elements of the rotor are deformed under the action of centrifugal forces, as a result of which the rotor disks become skewed.
Кроме того, известен емкостный индукционный генератор цилиндрического типа, содержащий неподвижно закрепленные в корпусе генератора статорные металлические элементы в виде пластин, имеющих в поперечном сечении форму кольцевого сектора и расположенных с одинаковым зазором относительно друг друга по окружности, а также закрепленные на вращающемся роторе роторные металлические элементы, количество которых равно количеству статорных металлических элементов, при этом роторные металлические элементы также имеют в поперечном сечении форму кольцевого сектора и расположены с одинаковым зазором по окружности, концентричной окружности, по которой расположены статорные металлические элементы. Токосъем в этом генераторе осуществляется с помощью пары щеток, расположенных диаметрально противоположно относительно друг друга и подключенных к нагрузке (см. [1] с.104÷106).In addition, a cylindrical capacitive induction generator is known, comprising stator metal elements fixed in the generator housing in the form of plates having a cross-sectional shape of the annular sector and arranged with the same gap relative to each other around the circumference, as well as rotary metal elements fixed on a rotating rotor , the number of which is equal to the number of stator metal elements, while the rotor metal elements also have in cross section mu annular sector and arranged with the same gap of a circle concentric circle on which are located metallic stator elements. Current collection in this generator is carried out using a pair of brushes located diametrically opposed to each other and connected to the load (see [1] p.104 ÷ 106).
Основное достоинство емкостных индукционных генераторов цилиндрического типа заключается в том, что за счет цилиндрической формы этих генераторов обеспечивается возможность изготовления простых и малогабаритных источников высокого напряжения малой мощности (до 0,1 кВт). Однако вследствие неэффективного использования рабочего пространства, емкостные индукционные генераторы цилиндрического типа характеризуются меньшей удельной мощностью по сравнению с емкостными индукционными генераторами дискового типа.The main advantage of cylindrical capacitive induction generators is that due to the cylindrical shape of these generators it is possible to manufacture simple and small-sized high-voltage sources of low power (up to 0.1 kW). However, due to inefficient use of the working space, capacitive induction generators of a cylindrical type are characterized by a lower specific power in comparison with capacitive induction generators of a disk type.
Несмотря на значительную удельную мощность, развиваемую емкостными индукционными генераторами дискового типа, полезно действующая площадь поверхности размещенных на диске ротора транспортеров-проводников (иными словами, площадь той части поверхности расположенных на дисках ротора металлических элементов, которая, являясь их лобовой частью, испытывает действие электрических сил) значительно меньше всей площади поверхности этих транспортеров-проводников (металлических элементов). Стремление к увеличению площади полезно действующей поверхности транспортеров-проводников привело к созданию емкостных индукционных генераторов стержневого типа.Despite the significant specific power developed by disk-type capacitive induction generators, the effective surface area of the conveyor conductors located on the rotor disk is useful (in other words, the area of that part of the surface of the metal elements located on the rotor disks, which, being their frontal part, experiences electrical forces ) significantly less than the entire surface area of these conveyor conductors (metal elements). The desire to increase the area of the useful surface of the conveyor conductors led to the creation of capacitive induction generators of the rod type.
Известен емкостный индукционный генератор стержневого типа, взятый в качестве прототипа и содержащий вращающийся ротор цилиндрической формы с N параллельными между собой рядами металлических элементов (стержней), закрепленных радиально на его внешней поверхности, при этом металлические элементы в каждом ряду расположены последовательно вдоль оси ротора на одинаковом расстоянии относительно друг друга. Одноименные металлические элементы всех рядов электрически соединены между собой и с соответствующей каждым N одноименным металлическим элементам (стержням) коллекторной пластиной, а токосъем в этом генераторе осуществляется с помощью пары щеток, расположенных диаметрально противоположно и подключенных к нагрузке. Кроме того, емкостный индукционный генератор стержневого типа содержит неподвижный и охватывающий ротор статор, выполненный в форме кольца с N+1 параллельными между собой рядами индукторов, расположенных со стороны внутренней поверхности статора вдоль его оси (совпадающей с осью ротора) и в чередующейся последовательности с рядами металлических элементов ротора. Каждый ряд индукторов содержит два пластинчатых индуктора, расположенных диаметрально противоположно относительно друг друга, и равномерно расположенные между пластинчатыми индукторами стержневые индукторы, установленные по радиусу, при этом для обеспечения равномерного распределения потенциалов по индукторам каждого ряда стержневые индукторы каждого ряда подключены к соответствующей им паре делителей напряжения (см. [1] с.106÷110).Known capacitive induction generator of the rod type, taken as a prototype and containing a rotating rotor of a cylindrical shape with N parallel to each other rows of metal elements (rods) mounted radially on its outer surface, while the metal elements in each row are arranged sequentially along the rotor axis on the same distance relative to each other. The same metal elements of all rows are electrically connected to each other and to the corresponding metal N elements (rods) of the collector plate, and current collection in this generator is carried out using a pair of brushes located diametrically opposite and connected to the load. In addition, the rod-type capacitive induction generator contains a stator fixed and enclosing the rotor, made in the form of a ring with N + 1 rows of inductors parallel to each other, located on the side of the inner surface of the stator along its axis (coinciding with the axis of the rotor) and in alternating sequence with the rows metal elements of the rotor. Each row of inductors contains two plate inductors located diametrically opposed to each other, and rod inductors evenly spaced between the plate inductors installed along the radius, while to ensure uniform distribution of potentials across the inductors of each row, the rod inductors of each row are connected to the corresponding pair of voltage dividers (see [1] p. 106 ÷ 110).
Основной недостаток прототипа (а также всех описанных выше аналогов) заключается в том, что величина емкости между перемещающимися относительно друг друга металлическими элементами статора и ротора изменяется по линейному закону (см. Каплянский А.Е. Введение в общую теорию электрических машин. Л., Госэнергоиздат, 1941 [3], с.78÷80). Вследствие этого из уровня техники известны только два пути решения задачи по увеличению мощности емкостных индукционных генераторов, а именно либо путем увеличения напряжения возбуждения, либо путем увеличения скорости изменения величины упомянутой выше емкости, при этом увеличение скорости изменения емкости может быть достигнуто как за счет увеличения ее максимального значения (увеличения площади металлических элементов и/или за счет увеличения диэлектрической проницаемости газовой или жидкостной среды), так и за счет повышения скорости вращения ротора. Однако эти известные из уровня техники пути решения задачи по увеличению скорости изменения упомянутой выше емкости сопряжены с серьезными техническими трудностями, в частности, с необходимостью обеспечения высокой электрической прочности диэлектрических деталей и высокой механической прочности ротора при одновременном снижении потерь на трение при движении ротора в газовой или жидкостной среде.The main disadvantage of the prototype (as well as all the analogues described above) is that the value of the capacitance between the moving metal elements of the stator and rotor moving relative to each other varies linearly (see A. Kaplyansky Introduction to the General Theory of Electric Machines. L., Gosenergoizdat, 1941 [3], p. 78 ÷ 80). As a result of this, only two ways are known from the prior art for solving the problem of increasing the capacity of capacitive induction generators, namely either by increasing the excitation voltage or by increasing the rate of change of the value of the capacitance mentioned above, while increasing the rate of change of capacitance can be achieved by increasing it the maximum value (increase in the area of metal elements and / or due to an increase in the dielectric constant of a gas or liquid medium), and due to an increase in orosti rotor rotation. However, these known methods of solving the problem of increasing the rate of change of the aforementioned capacitance are associated with serious technical difficulties, in particular, with the need to ensure high dielectric strength and high mechanical strength of the rotor while reducing friction losses when the rotor moves in a gas or fluid medium.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по увеличению скорости изменения величины емкости между перемещающимися относительно друг друга металлическими элементами емкостного индукционного генератора как с независимым возбуждением, так и с самовозбуждением при оптимальных в каждом конкретном случае напряжении возбуждения, максимальной величины упомянутой выше емкости и скорости вращения. Достигаемый при этом технический результат заключается в увеличении не менее чем на 90% мощности емкостного индукционного генератора как с независимым возбуждением, так и с самовозбуждением.The present invention is aimed at solving the technical problem of increasing the rate of change of the capacitance value between metal moving relative to each other metal elements of a capacitive induction generator with both independent excitation and self-excitation at optimal excitation voltage in each case, the maximum value of the capacitance mentioned above and the rotation speed. The technical result achieved in this case is to increase by at least 90% the capacity of the capacitive induction generator with both independent excitation and self-excitation.
Согласно первому варианту поставленная задача решена тем, что в емкостном индукционном генераторе, содержащем соосно расположенные осесимметричный вращающийся ротор и охватывающий его осесимметричный неподвижный статор, металлические элементы, расположенные равномерно по окружности и на одинаковом расстоянии относительно друг друга на обращенных друг к другу поверхностях ротора и статора, а также щетки для токосъема, к которым подключена нагрузка, согласно изобретению ротор выполнен в виде диска из диэлектрического материала с боковой поверхностью в форме боковой поверхности двух одинаковых усеченных конусов с лежащим в плоскости симметрии диска их общим большим основанием, имеющим диаметр D1, и с углом α при их вершинах, лежащих на оси диска симметрично относительно перпендикулярной к ней плоскости симметрии диска, статор выполнен в виде двух одинаковых колец из диэлектрического материала с толщиной b=В/2, где В - толщина диска, расположенных по обе стороны диска и симметрично относительно плоскости его симметрии, при этом внутренняя поверхность каждого кольца имеет форму боковой поверхности усеченного конуса с углом α при вершине, лежащей на оси диска, и расположена с зазором δ относительно расположенного напротив ее и соответствующего ей участка боковой поверхности диска, имеющего форму боковой поверхности усеченного конуса, а каждое кольцо расположено на расстоянии W=δ·sin(α/2) относительно плоскости симметрии диска и имеет максимальный диаметр осевого отверстия, равный D1, на каждом упомянутом выше участке боковой поверхности диска расположено четное количество упомянутых выше одинаковых металлических элементов, каждый в виде равнобедренного треугольника с боковыми сторонами, биссектриса угла между которыми расположена вдоль образующей соответствующего и упомянутого выше участка боковой поверхности диска, и с основанием, являющимся дугой окружности с диаметром D1, при этом каждый расположенный на диске металлический элемент имеет выпуклую форму, повторяющую форму соответствующего ему и упомянутого выше участка боковой поверхности диска, а вершина угла между боковыми сторонами металлических элементов обращена к вершине конической поверхности соответствующего и упомянутого выше участка боковой поверхности диска, при этом металлические элементы на упомянутых выше участках боковой поверхности диска расположены напротив друг друга и электрически через один соединены между собой, а щетки расположены диаметрально противоположно относительно диаметра D1 диска и симметрично относительно его плоскости симметрии, на внутренней поверхности каждого кольца статора также расположены одинаковые металлические элементы, каждый в виде равнобедренного треугольника с боковыми сторонами, биссектриса угла между которыми расположена вдоль образующей внутренней конической поверхности соответствующего кольца, и с основанием, являющимся дугой окружности с диаметром D1, при этом каждый расположенный на кольцах металлический элемент имеет вогнутую форму, повторяющую форму внутренней поверхности соответствующего кольца, при этом угол между боковыми сторонами этих металлических элементов равен углу между боковыми сторонами металлических элементов, расположенных на диске, а вершина этого угла обращена к вершине конической боковой поверхности соответствующего кольца, при этом количество металлических элементов, расположенных на каждом кольце, равно или в два раза меньше количества металлических элементов, расположенных на диске.According to the first embodiment, the problem is solved in that in a capacitive induction generator containing an axisymmetric rotating rotor and an axisymmetric stationary stator covering it, metal elements arranged uniformly around the circumference and at the same distance relative to each other on the rotor and stator surfaces facing each other , as well as brushes for current collection, to which the load is connected, according to the invention, the rotor is made in the form of a disk of dielectric material with a side howl shaped surface lateral surfaces of two identical truncated cones with lying in the plane of symmetry of the disk of the common large base having a diameter D 1 and with the angle α at their vertices lying on the disc axis symmetrically with respect to a perpendicular thereto plane disc of symmetry, the stator is configured in in the form of two identical rings of dielectric material with a thickness b = B / 2, where B is the thickness of the disk located on both sides of the disk and is symmetrical about its plane of symmetry, while the inner surface of each ring has it has the shape of the lateral surface of a truncated cone with an angle α at a vertex lying on the axis of the disk and is located with a gap δ relative to the side of the disk having the shape of the lateral surface of a truncated cone located opposite it and its corresponding portion, and each ring is located at a distance W = δ · sin (α / 2) relative to the disc plane of symmetry and has a maximum diameter axial hole, equal to D 1, an even number of identical meth mentioned above on each side surface of the disk portion is arranged above said llicheskih elements, each in the form of an isosceles triangle with sides, the bisector of the angle between which is located along the generatrix of the corresponding and of said side surface of the disc above the portion, and a base which is an arc with a diameter of the circle D 1, each located on the disc metallic element has a convex a shape that repeats the shape of the corresponding and the above-mentioned portion of the side surface of the disk, and the apex of the angle between the sides of the metal elements faces the top the conical surface of the corresponding and the above-mentioned portion of the side surface of the disk, while the metal elements on the above-mentioned sections of the side surface of the disk are opposed to each other and electrically connected to each other, and the brushes are diametrically opposed to the diameter D 1 of the disk and symmetrical about its plane of symmetry , on the inner surface of each stator ring, identical metal elements are also located, each in the form of an isosceles triangle with sides, the bisector of the angle between which is located along the generatrix of the inner conical surface of the corresponding ring, and with the base being an arc of a circle with a diameter D 1 , each metal element located on the rings has a concave shape that repeats the shape of the inner surface of the corresponding ring, this angle between the sides of these metal elements is equal to the angle between the sides of metal elements located on the disk, and the vertex of this angle is reversed on to the top of the conical lateral surface of the respective ring, the number of metal elements arranged on each ring is equal to or less than twice the amount of metal elements positioned on the disk.
Согласно второму варианту поставленная задача решена тем, что емкостный индукционный генератор, содержащий осесимметричный вращающийся ротор с металлическими элементами, расположенными равномерно по окружности и на одинаковом расстоянии относительно друг друга, а также щетки для токосъема, согласно изобретению дополнительно содержит два ротора, при этом каждый ротор выполнен в виде диска из диэлектрического материала с боковой поверхностью в форме боковой поверхности двух одинаковых усеченных конусов с лежащим в плоскости симметрии диска их общим большим основанием, имеющим диаметр D2, и с углом 60° при их вершинах, лежащих на оси диска и симметрично относительно перпендикулярной к ней плоскости симметрии диска, диски расположены относительно друг друга с обеспечением зазора δ между их боковыми поверхностями, а их оси расположены вдоль соответствующей каждой из них стороне равностороннего треугольника с длиной L, удовлетворяющей следующему соотношению D2=3-1/2·(L+2δ), на имеющем форму боковой поверхности усеченного конуса каждом участке боковой поверхности каждого диска расположены одинаковые металлические элементы, каждый в виде равнобедренного треугольника с боковыми сторонами, биссектриса угла между которыми расположена вдоль образующей соответствующего и упомянутого выше участка боковой поверхности соответствующего диска, и с основанием, являющимся дугой окружности с диаметром D2, при этом каждый металлический элемент имеет выпуклую форму, повторяющую форму соответствующего ему и упомянутого выше участка боковой поверхности соответствующего диска, а вершина угла между боковыми сторонами металлических элементов обращена к вершине конической поверхности соответствующего и упомянутого выше участка боковой поверхности соответствующего диска, металлические элементы на упомянутых выше участках боковой поверхности каждого диска расположены напротив друг друга, токосъем с каждого диска осуществляется с помощью соответствующей ему щетки, имеющей ширину, которая не превышает расстояния между основаниями металлических элементов, при этом щетки расположены в зазоре между дисками, симметрично плоскости, проходящей через оси дисков, а также симметрично относительно плоскости симметрии соответствующего каждой из них диска, причем щетки попарно электрически соединены между собой одинаковыми цепочками, каждая из которых включает последовательно содиненные индуктивность и нагрузку.According to the second embodiment, the problem is solved in that the capacitive induction generator containing an axisymmetric rotating rotor with metal elements arranged uniformly around the circumference and at the same distance relative to each other, as well as the brush for current collection, according to the invention additionally contains two rotors, with each rotor made in the form of a disk of dielectric material with a side surface in the form of a side surface of two identical truncated cones with a symmetry lying in the plane and the disk with their common large base having a diameter of D 2 and with an angle of 60 ° at their vertices lying on the axis of the disk and symmetrically relative to the plane of symmetry of the disk, the disks are located relative to each other with a gap δ between their side surfaces, and their axes are located along the side of an equilateral triangle corresponding to each of them with a length L satisfying the following relation D 2 = 3 -1/2 · (L + 2δ), on the shape of the side surface of a truncated cone in each section of the side surface of each d identical metal elements, each in the form of an isosceles triangle with lateral sides, the angle bisector between which is located along the generatrix of the corresponding and the aforementioned section of the side surface of the corresponding disk, and with the base being an arc of a circle with a diameter D 2 , each metal element has a convex shape repeating the shape of the corresponding and the above-mentioned portion of the side surface of the corresponding disk, and the apex of the angle between the sides metal elements facing the top of the conical surface of the corresponding and the aforementioned portion of the side surface of the corresponding disk, metal elements on the above-mentioned sections of the side surface of each disk are located opposite each other, current collection from each disk is carried out using a corresponding brush having a width that does not exceed a distance between the bases of metal elements, while the brushes are located in the gap between the disks, symmetrically to the plane passing through the axis disks, and also symmetrically with respect to the plane of symmetry of the disk corresponding to each of them, and the brushes are pairwise electrically interconnected by identical chains, each of which includes inductance and load connected in series.
Преимущество патентуемого емкостного индукционного генератора по сравнению с прототипом заключается в том, что за счет новой (неизвестной из уровня техники) конструкции ротора и охватывающего его статора, а также за счет патентуемой формы выполнения металлических элементов, расположенных на роторе и статоре, обеспечивается практически двухкратное увеличение мощности генератора с независимым возбуждением вне зависимости от величины напряжения возбуждения, максимального значения емкости между перемещающимися относительно друг друга металлическими элементами и скорости вращения ротора, которые в каждом конкретном случае имеют оптимальное значение. Кроме того, использование трех одинаковых роторов (аналогичных ротору, используемому в первом варианте воплощения патентуемого емкостного индукционного генератора), расположенных патентуемым образом, обеспечивает более чем двукратное увеличение мощности емкостного индукционного генератора с самовозбуждением.The advantage of the patented capacitive induction generator in comparison with the prototype is that due to the new (unknown from the prior art) design of the rotor and the stator enclosing it, as well as due to the patented form of metal elements located on the rotor and stator, an almost twofold increase is provided generator power with independent excitation, regardless of the magnitude of the excitation voltage, the maximum value of the capacitance between moving relative to each other metallic elements and the rotor speed, which in each case have an optimum value. In addition, the use of three identical rotors (similar to the rotor used in the first embodiment of the patented capacitive induction generator) arranged in a patented manner provides a more than twofold increase in the power of the capacitive self-excitation capacitive induction generator.
На фиг.1 схематично изображен емкостный индукционный генератор (согласно первому варианту), частичный разрез; на фиг, 2 - ротор, вид в направлении его оси; на фиг.3 - кольцо статора, вид в направлении его оси; на фиг.4 - емкостный индукцционный генератор (согласно второму варианту), вид сверху; на фиг.5 - электрическая схема соединения щеток между собой; на фиг.6 - эквивалентная электрическая схема емкостного индукционного генератора.Figure 1 schematically shows a capacitive induction generator (according to the first embodiment), a partial section; in Fig.2 - rotor, view in the direction of its axis; figure 3 is a stator ring, a view in the direction of its axis; figure 4 - capacitive induction generator (according to the second embodiment), top view; figure 5 is an electrical diagram of the connection of the brushes with each other; 6 is an equivalent circuit diagram of a capacitive induction generator.
Согласно первому варианту патентуемый емкостный индукционный генератор содержит соосно расположенные осесимметричный вращающийся ротор и охватывающий его осесимметричный неподвижный статор. Ротор выполнен в виде диска 1 (фиг.1 и 2) из диэлектрического материала с боковой поверхностью 2 в форме боковой поверхности двух одинаковых усеченных конусов с лежащим в плоскости 3 симметрии диска 1 их большим основанием, имеющим диаметр D1 и с углом α при их вершинах 4, лежащих на оси 5 диска 1 симметрично относительно перпендикулярной ей плоскости 3 его симметрии. Статор (фиг.1 и 3) выполнен в виде двух одинаковых колец 6 из диэлектрического материала с толщиной b=В/2, где В - толщина диска 1, расположенных по обе стороны диска 1 и симметрично относительно плоскости 3 его симметрии, при этом внутренняя поверхность 7 каждого кольца 6 имеет форму боковой поверхности усеченного конуса с углом α при вершине 8, лежащей на оси 5 диска 1, и расположена с зазором δ относительно расположенного напротив ее и соответствующего ей участка боковой поверхности 2 диска 1 в форме боковой поверхности усеченного конуса, а каждое кольцо 6 расположено на расстоянии W=δ·sin(α/2) относительно плоскости 3 симметрии диска 1 и имеет максимальный диаметр D1.According to a first embodiment, the patented capacitive induction generator comprises a coaxially arranged axisymmetric rotating rotor and an axisymmetric stationary stator enclosing it. The rotor is made in the form of a disk 1 (Figs. 1 and 2) of a dielectric material with a
На каждом участке боковой поверхности 2 диска 1, имеющем форму боковой поверхности усеченного конуса, равномерно по окружности и на одинаковом расстоянии относительно друг друга (иными словами, с обеспечением электрической изоляции относительно друг друга) расположены (закреплены) выполняющие функцию транспортеров-проводников 2М, где М - целое число, одинаковых металлических элементов 9 каждый в виде равнобедренного треугольника с боковыми сторонами 10, биссектриса 11 угла между которыми расположена вдоль и равна длине образующей соответствующего ей и упомянутого выше участка боковой поверхности 2 диска 1, и с основанием 12, являющимся дугой окружности с диаметром, равным D1, при этом каждый металлический элемент 9 имеет выпуклую форму, повторяющую форму соответствующего ему и упомянутого выше участка боковой поверхности 2 диска 1, а вершина 13 угла между боковыми сторонами 10 металлических элементов 9 обращена к вершине 4 конической поверхности соответствующего и упомянутого выше участка боковой поверхности 2 диска 1. On each section of the
Металлические элементы 9 совершенно одинаково расположены на упомянутых выше участках боковой поверхности 2 диска 1 (иными словами, напротив друг друга). В результате основания 12 металлических элементов 9, расположенных на соседних и упомянутых выше участках боковой поверхности 2 диска 1, попарно контактируют между собой, иными словами электрически соединены между собой. Кроме того, упомянутые выше пары металлических элементов 9 дополнительно через одну электрически соединены между собой (аналогично тому, как описано в [2] с.39), образуя две разнополярные группы пар металлических элементов 9, токосъем с которых осуществляется посредством двух щеток 14, расположенных диаметрально противоположно относительно диаметра D1 диска 1 и симметрично относительно плоскости 3 его симметрии, при этом к щеткам 14 подключена нагрузка 15. Что касается ширины щеток 14, то она, также, как и в известных из уровня техники емкостных индукционных генераторах, меньше расстояния между основаниями 12 металлических элементов 9.The
На внутренней поверхности 7 каждого кольца 6 также равномерно по окружности и на одинаковом расстоянии относительно друг друга (иными словами, с обеспечивающим электрическую изоляцию зазором относительно друг друга) расположены (закреплены) одинаковые металлические элементы 16, выполняющие функцию индукторов, при этом каждый металлический элемент 16 выполнен в виде равнобедренного треугольника с боковыми сторонами 17, биссектриса 18 угла между которыми расположена вдоль образующей внутренней конической поверхности 7 соответствующего кольца 6, и с основанием 19, представляющим собой дугу окружности с диаметром D1, при этом каждый металлический элемент 16 имеет вогнутую форму, повторяющую форму внутренней поверхности 7 соответствующего кольца 6, угол между боковыми сторонами 17 равен углу между боковыми сторонами 10 металлических элементов 9, а вершина упомянутого выше угла обращена к вершине 8 конической боковой поверхности 7 соответствующего кольца 6.On the
Что касается количества металлических элементов 16, то оно может быть равно или М, или 2М, при этом в последнем случае обеспечивается во время работы патентуемого генератора перезарядка металлических элементов 9 (см. [1], с.99-101). Если количество металлических элементов 16 в два раза меньше количества металлических элементов 9, то все металлические элементы 16 электрически соединены между собой и подключены к источнику напряжения U0. Если количество металлических элементов 16 равно количеству металлических элементов 9, то металлические элементы 16, так же как и металлические элементы 9, через один электрически соединены между собой, при этом одна группа электрически соединенных между собой металлических элементов 16 соединена с выводом источника напряжения возбуждения одной полярности (+U0), а вторая группа соединенных между собой металлических элементов 16 электрически соединена с выводом источника напряжения возбуждения другой полярности (-U0).As for the number of
Кольца 6 жестко, а диск 1 на подшипниках установлены в корпусе (на чертежах не показан), например, цилиндрической формы.The
Известные из уровня техники пути увеличения мощности емкостных индукционных генераторов могут быть использованы и в патентуемом генераторе. Так увеличение мощности патентуемого генератора может быть обеспечено путем формирования простой сборки из одинаковых генераторов, расположенных последовательно вдоль общей оси вращения, на которой закреплены диски 1 всех генераторов сборки, при этом однополярные щетки всех генераторов сборки электрически соединены между собой. В этом случае, целесообразно, кольца 6 расположенных рядом патентуемых генератора выполнить за одно целое.Known from the prior art, ways to increase the power of capacitive induction generators can be used in the patented generator. Thus, an increase in the power of the patented generator can be achieved by forming a simple assembly of identical generators arranged in series along the common axis of rotation, on which the disks 1 of all assembly generators are fixed, while the unipolar brushes of all assembly generators are electrically interconnected. In this case, it is advisable that the
В отличие от описанного выше первого варианта емкостного индукционного генератора, который является генератором с независимым возбуждением, емкостный индукционный генератор по второму варианту является генератором с самовозбуждением и содержит три одинаковых ротора, каждый из которых выполнен в виде диска 201, 202 и 203. Диски 201, 202 и 203 расположены с обеспечением зазора между ними, при этом оси 211, 212 и 213 вращения дисков 201, 202 и 203 расположены вдоль соответствующей каждой из них стороне равностороннего треугольника, имеющей длину L (фиг.4), при этом диски вращаются в одном и том же направлении относительно часовой стрелки. Каждый диск 201, 202 и 203 выполнен из диэлектрического материала соответственно с боковой поверхностью 221, 222 и 223, имеющей форму боковой поверхности двух одинаковых усеченных конусов с лежащим в плоскости 231, 232 и 233 симметрии соответствующего диска 201, 202 и 203 их общим большим основанием, имеющим диаметр D2=3-1/2(L+2δ), где δ - зазор между боковыми поверхностями 221, 222 и 223 рядом расположенных дисков 201÷203, и с углом 60° при их вершинах, лежащих на осях 211, 212 и 213 симметрично относительно соответственно перпендикулярных этим осям плоскостей 231, 232 и 233 симметрии дисков 201, 202 и 203. Unlike the first variant of the capacitive induction generator described above, which is a generator with independent excitation, the capacitive induction generator according to the second variant is a self-excitation generator and contains three identical rotors, each of which is made in the form of a
На каждом участке боковой поверхности 221, 222 и 223 соответственно дисков 201, 202 и 203, имеющем форму боковой поверхности усеченного конуса, равномерно по окружности и на одинаковом расстоянии относительно друг друга расположены (закреплены) одинаковые металлические элементы 240, каждый в виде равнобедренного треугольника с боковыми сторонами 250, биссектриса 260 угла между которыми расположена вдоль образующей соответствующего и упомянутого выше участка боковой поверхности 221, 222 и 223 соответствующего диска 202, 202 и 203, и с основанием 270, являющимся дугой окружности с диаметром D2, при этом каждый металлический элемент 240 имеет выпуклую форму, повторяющую форму соответствующего ему и упомянутого выше участка боковой поверхности 221, 222 и 223 соответственно дисков 201, 202 и 203, а вершина 280 угла между боковыми сторонами 250 металлических элементов 240 обращена к вершине конической поверхности соответствующего и упомянутого выше участка боковой поверхности 221, 222 и 223 соответствующего диска 201, 202 и 203, причем металлические элементы 240 на упомянутых выше участках боковой поверхности каждого диска 201÷203 расположены напротив друг друга. On each section of the
Токосъем с каждого диска 201, 202 и 203 осуществляется с помощью соответствующей щетки 291, 292 и 293. при этом щетки 291÷293 расположены в зазоре между дисками 201÷203, симметрично относительно плоскости, проходящей через оси 211÷213, а каждая щетка имеет ширину, которая не превышает расстояния между основаниями 270 металлических элементов 240 и расположена симметрично относительно плоскости 231, 232 и 233 симметрии соответствующего ей диска 201, 202 и 203. Щетки 291÷293 (фиг.5) попарно соединены между собой одинаковыми цепочками, каждая из которых выполнена в виде последовательно соединенных индуктивности 300 и нагрузки 310, при этом параметры индуктивностей 300 соответствуют резонансной частоте LC-контура, в который включена нагрузка 310, равной половине частоты вращения дисков 201÷203. В момент времени, когда металлические элементы 240 всех дисков 201÷203 расположены напротив друг друга, то они образуют трехобкладочный конденсатор, эквивалентная схема которого представлена на фиг.6 в виде трех одинаковых спаренных конденсаторов Сэ переменной емкости, соединенных между собой по схеме треугольника.Current collection from each
Привод дисков 201÷203 может осуществляться с помощью или отдельных приводов, или с помощью одного привода.The drive drives 201 ÷ 203 can be carried out using either individual drives, or using a single drive.
Работа емкостного индукционного генератора, представленного на фиг.1÷3 (первый вариант), осуществляется аналогично работе известных из уровня техники и описанных выше емкостных индукционных генераторов. На металлических элементах 9, расположенных напротив металлических элементов 16, находящихся под напряжением (+U0) возбуждения, индуцируется заряд одного знака, а на металлических элементах 9, расположенных напротив металлических элементов 16, находящихся под напряжением (-U0) возбуждения, индуцируется заряд противоположного знака, при этом величина индуцируемого заряда определяется величиной емкости между расположенными напротив друг друга металлическими элементами 9 и 16. При вращении ротора величина емкости между металлическими элементами 9 и 16 изменяется, а следовательно, поскольку величина напряжения возбуждения остается постоянной, изменяется величина заряда на упомянутых выше металлических элементах. Изменение же заряда сопровождается током в цепи нагрузки 15. Патентуемое выполнение ротора и статора обеспечивает изменение во времени емкости между металлическими элементами 9 и 16 по степенной зависимости с показателя от 1,92 до 1,96, а следовательно, увеличение тока практически в два раза. Выполнение диска 1 с боковой поверхностью 2, имеющей форму боковой поверхности двух одинаковых усеченных конусов с общим большим основанием, обеспечивает возможность увеличения полезной площади диска 1 (а следовательно, и мощности генератора в два раза) за счет использования спаренных индукторов (двух колец 6).The operation of the capacitive induction generator, shown in figure 1 ÷ 3 (the first option), is carried out similarly to the work known from the prior art and the above-described capacitive induction generators. On the
Емкостный индукционный генератор, представленный на фиг.4÷6 (второй вариант), работает аналогично тому, как работает параметрический емкостный генератор (см. [3] с.60-62). В предпочтительном воплощении патентуемого генератора предварительно всем металлическим элементам 240 одного из дисков 201÷203 сообщается одинаковый заряд. После этого диски 201÷203 приводятся во вращение с одинаковой скоростью. В результате вращения дисков 201÷203 величина емкости между каждой парой щеток 291÷293 изменяется с частотой, соответствующей скорости вращения дисков 201÷203, а следовательно, с той же частотой изменяется величина емкости конденсаторов Сэ (фиг.6) в каждой цепочке, содержащей индуктивность 300 и нагрузку 310 (активную). За счет расположения металлических элементов 240 (иными словами, обкладок каждого конденсатора, включенного в цепочку, содержащую индуктивность 300 и нагрузку 310) на поверхностях, являющихся боковыми поверхностями усеченных конусов, обеспечивается изменение емкости между металлическими элементами 240 рядом расположенных дисков по степенной зависимости с показателем 2,3÷2,5, поскольку при вращении дисков 201÷203 изменяется не только взаимное положение металлических элементов 240 на соседних дисках 201, 202 и 203, но и величина зазора между ними. При этом за счет выполнения щеток 291÷293 с шириной, не превышающей расстояния между основаниями 270 металлических элементов 240, обеспечивается глубина модуляции емкости, равная единице, а за счет электростатической индукции сообщается заряд металлическим элементам, расположенным и на других дисках. В результате в каждой цепочке, содержащей нагрузку 310, возникает и поддерживается переменный ток, частота которого вдвое меньше, чем частота изменения емкости.The capacitive induction generator shown in FIGS. 4–6 (second option) works in the same way as the parametric capacitive generator (see [3] p.60-62). In a preferred embodiment of the patented generator, all the
Здесь необходимо отметить, что патентуемый емкостный индукционный генератор может работать и без предварительной зарядки металлических элементов 240 одного из дисков, поскольку небольшие заряды всегда присутствуют на металлических элементах 240. Однако в этом случае увеличивается время, необходимое для выхода генератора на рабочий режим.It should be noted here that the patented capacitive induction generator can operate without preliminary charging the
Использование патентуемого емкостного индукционного генератора позволяет одновременно осуществить питание трех потребителей. Для стабилизации амплитуды переменного тока в цепи каждой нагрузки 310 необходимо использовать индуктивности с железным сердечником, поскольку при увеличении тока в режиме самовозбуждения выше заданного значения реактивное сопротивление индуктивности будет уменьшаться, а следовательно, декремент цепочки будет увеличивается.Using a patented capacitive induction generator allows you to simultaneously power three consumers. To stabilize the amplitude of the alternating current in the circuit of each
Промышленная применимость патентуемого технического решения подтверждается также возможностью осуществления его на существующих электротехнических предприятиях.The industrial applicability of the patented technical solution is also confirmed by the possibility of its implementation in existing electrical enterprises.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012132138/07A RU2518191C2 (en) | 2012-07-27 | 2012-07-27 | Capacitive induction generator (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012132138/07A RU2518191C2 (en) | 2012-07-27 | 2012-07-27 | Capacitive induction generator (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012132138A RU2012132138A (en) | 2014-02-20 |
| RU2518191C2 true RU2518191C2 (en) | 2014-06-10 |
Family
ID=50113631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012132138/07A RU2518191C2 (en) | 2012-07-27 | 2012-07-27 | Capacitive induction generator (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2518191C2 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2739248A (en) * | 1952-05-10 | 1956-03-20 | Gera Corp | Electrostatic generator |
| US4127804A (en) * | 1976-05-24 | 1978-11-28 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Electrostatic energy conversion system |
| RU2075154C1 (en) * | 1993-07-07 | 1997-03-10 | Борис Петрович Феоктистов | Capacitance electrostatic generator |
| RU2214033C2 (en) * | 2001-09-10 | 2003-10-10 | Государственное предприятие Научно-исследовательский институт радиоприборостроения | Electrostatic induction generator with multiplication of charges |
| RU2300168C2 (en) * | 2005-05-14 | 2007-05-27 | Игорь Игоревич Маслов | Parametric capacitive electrical energy generator |
| RU2346380C1 (en) * | 2007-07-17 | 2009-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Мармирус" | Capacitive current generator |
| RU2454783C1 (en) * | 2011-01-28 | 2012-06-27 | Владимир Андреевич Степанец | Electric energy generation method, and capacitive electric field generator using above mentioned method |
-
2012
- 2012-07-27 RU RU2012132138/07A patent/RU2518191C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2739248A (en) * | 1952-05-10 | 1956-03-20 | Gera Corp | Electrostatic generator |
| US4127804A (en) * | 1976-05-24 | 1978-11-28 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Electrostatic energy conversion system |
| RU2075154C1 (en) * | 1993-07-07 | 1997-03-10 | Борис Петрович Феоктистов | Capacitance electrostatic generator |
| RU2214033C2 (en) * | 2001-09-10 | 2003-10-10 | Государственное предприятие Научно-исследовательский институт радиоприборостроения | Electrostatic induction generator with multiplication of charges |
| RU2300168C2 (en) * | 2005-05-14 | 2007-05-27 | Игорь Игоревич Маслов | Parametric capacitive electrical energy generator |
| RU2346380C1 (en) * | 2007-07-17 | 2009-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Мармирус" | Capacitive current generator |
| RU2454783C1 (en) * | 2011-01-28 | 2012-06-27 | Владимир Андреевич Степанец | Electric energy generation method, and capacitive electric field generator using above mentioned method |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ВОРОБЬЕВ А.А. И ДР. "Высоковольтное испытательное оборудование и измерение", Госэнергоиздат, Москва-Ленинград, 1960, с.106-110. ПОЛОТОВСКИЙ Л.С. "Емкостные машины постоянного тока высокого напряжения", Госэнергоиздат, Москва-Ленинград, 1960, с.40-41 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012132138A (en) | 2014-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2656897C (en) | Electrostatic motor | |
| US9899937B2 (en) | Peg-style electrostatic rotating machine | |
| US7375449B2 (en) | Optimized modular electrical machine using permanent magnets | |
| US6353276B1 (en) | High efficiency alternating and direct current electrostatic motor | |
| US10243485B2 (en) | Peg-style electrostatic rotating machine employing dielectric sleeves | |
| US8264121B2 (en) | Electrostatic generator/motor configurations | |
| US9270203B2 (en) | Electrode geometry for electrostatic generators and motors | |
| US20130307376A1 (en) | Piezo actuator having an electrode structure for a torsional vibration mode, and rotation-type ultrasonic motor including same | |
| US5798594A (en) | Brushless synchronous rotary electrical machine | |
| US20150207377A1 (en) | Electrical induction motor having a rotor with a bevel gear arrangement for driving a pair of opposite gear rings | |
| RU2518191C2 (en) | Capacitive induction generator (versions) | |
| RU124085U1 (en) | CAPACITIVE INDUCTION GENERATOR (OPTIONS) | |
| JPH03128659A (en) | Magnetohydro turbo apparatus | |
| US3436630A (en) | Electrostatic synchronous motor | |
| US9614462B2 (en) | Rippled disc electrostatic generator/motor configurations utilizing magnetic insulation | |
| RU2075154C1 (en) | Capacitance electrostatic generator | |
| JP2023522770A (en) | Improved axial flux electric motor | |
| RU2543606C1 (en) | Electrical machine rotor magnetic system | |
| EP1368888B1 (en) | High efficiency alternating and direct current electrostatic motor | |
| RU2518461C2 (en) | Unipolar current generator | |
| CN110855112A (en) | Alternator and power system | |
| RU2634478C2 (en) | Unipolar electric machine | |
| SU546066A1 (en) | Unipol rna machine | |
| RU2273940C1 (en) | Rotor of high-speed electric machine | |
| JP2011223745A (en) | Electrostatic motor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150728 |