Техника - молодёжи 1983-12, страница 43

ЭХО „ТМ"

ЧТО ЖЕ ИЗОБРЕТЕНО?

ВЛАДИМИР ПАСЫНКОВ, профессор,

доктор технических наук, заслуженный деятель науки и техники РСФСР, лауреат Государственной премии СССР,

ЮРИЙ ОКУНЕВ, доцент, кандидат технических наук Ленинград

Такой вопрос задает «ТМ» (№ 9 за 1982 год) в названии статьи кандидата технических наук В. С. Околотина. Когда мы прочитали ее, то сразу же ответили: «изобретен» двигатель, который существует уже более четверти века. Он был разработан в 1956 году в Ленинградском электротехническом институте имени В. И. Ульянова (Ленина) на кафедре диэлектриков и полупроводников и назван диэлектрическим двигателем. Работа проводилась под руководством одного из авторов этих строк, ньгне заведующего кафедрой. Исполнителями были студенты — активисты студенческого научного общества: Ю. С. Карпов (в настоящее время также заведующий кафедрой, доктор технических наук, профессор), В. А. Краснопег ров (ныне старший научный сотрудник) и второй автор данной статьи.

Явление вращения диэлектриков в электрическом поле известно очень давно. Впервые его наблюдал Г. Герц в 1881 году. Потом оно было вторично «открыто» немецким физиком Г. Квинке (1896 год). В этих опытах шар из твердого диэлектрика, подвешенный на тонкой нити между расположенными параллельно металлическими пластинами, поворачивался на некоторый угол, когда к ним прикладывалось достаточно высокое постоянное напряжение. Шар и пластины находились в жидкой слабопроводящей среде. Но ни Г. Герц, ни Г. Квинке не объяснили столь странные повороты. И не наблюдали вращение шара в воздухе. В дальнейшем это явление было забыто на целых 60 лет я «открыто» уже в третий раз японским физиком И. Сумото в 1955 году. У него уже непрерывно вращалась диэлектрическая круглая палочка, расположенная вертикально и находящаяся в жидкости между металлическими вертикальными электродами. Она

вращалась очень медленно. Напряжение на электродах было достаточно высоким. Видимо, поэтому И. Сумото совершенно не заинтересовался явлением, не стал продолжать свои эксперименты и даже не попытался его объяснить. Он тоже не наблюдал вращение диэлектриков в газообразных средах.

Нам это явление показалось интересным. Сначала мы просто хотели разобраться, почему диэлектрики вращаются, но потом оказалось, что явление может найти и практическое применение. Так было создано несколько моделей диэлектрического двигателя различных конструкций. Некоторые из них имели всего два неподвижных электрода, другие значительно больше (до 16), но общим для всех конструкций был цилиндрический (полый или сплошной) ротор ив диэлектрика, вокруг которого и располагались заостренные электроды (острием к ротору). Система неподвижных электродов образует статор двигателя. Ротор вращался, когда конструкция находилась как в жидкой слабопроводящей среде, так и в газообразной среде, для чего достаточно было приложить к электродам постоянное напряжение 5—10 кВ. Соседние электроды должны были иметь полярность напряжения разных знаков. Наибольшие скорости вращения и мощности были получены, когда ротор вращался в обычной воздушной среде.

Как известно, в электромагнитных двигателях ротор и статор изготавливаются из специальной стали и имеют сложную форму. Необходимы обмотки для создания магнитных полей. Многие двигатели имеют коллектор и щетки. Всего этого нет в диэлектрическом двигателе. Это действительно во многих отношениях «необычный двигатель». Так мы и назвали нашу статью, которая была напечатана... в «ТМ» (Mb 9 за 1958 год). Кроме этой статьи, принцип действия двигателя, варианты конструкции, возможные области применения обсуждались также и в других наших работах, опубликованных, в частности, в «Сборнике трудов студенческого научного общества» (вып. 2, ЛЭТИ, 1957 год), «Трудах 2-й Всесоюзной конференции, ноябрь,, 1958» (АН СССР, 1960 год). В последней статье, в частности, приведена фотография двигателя, который демонстрировался на Всемирной выставке в Брюсселе в 1958 году, а спустя два года — на ВДНХ СССР. Его рабочее напряжение было 7 кВ, скорость вращения ротора составляла 6600 об/мин, потребляемая мощность — 6 Вт. Другой аналогичный двигатель сейчас находится на

кафедре диэлектриков и полупроводников ЛЭТИ и работает ничуть не хуже, чем 25 лет назад. Собственно, это и неудивительно. Двигатель настолько прост, что в нем нечему ломаться и выходить из строя. Он не боится перенапряжения, не может «сгореть», как иногда «горят» обычные электродвигатели. Его орок службы определяется выносливостью подшипников, в которых покоится ось ротора.

Принцип действия диэлектрического двигателя основан на так называемом кулон о век ом взаимодействии электрических зарядов и поляризации диэлектриков в электрическом поле. Образовавшиеся в воздухе положительные ионы отталкиваются от положительного электрода статора, устремляются к отрицательно заряженной поверхности диэлектрического ротора и оседают, закрепляются на ней. То же самое происходит и с отрицательными зарядами около отрицательного электрода. В результате мы имеем под положительным электродом закрепившиеся на поверхности ротора положительные ионы, а под отрицательным — отрицательные. Между электродами статора и ротором возникают кулонов-ские силы отталкивания F, которые и приводят ротор во вращение. Через некоторое время после того, как ротор начал вращаться, часть его поверхности с положительными ионами оказывается под отрицательным электродом, а другая часть — под положительным. Происходит перезаряд поверхности. Силы отталкивания продолжают действовать на ротор.

Почти те же процессы вызывают вращение и металлического «звездообразного» ротора. Эти процессы давно известны, и в них нет ничего необычного. Однако сами двигатели, конечно, необычны, и поэтому своеобразны их области применения. Можно еще раз напомнить положительные и отрицательные качества, которыми они обладают: простота конструкции и как следствие — высокая надежность и очень длительный срок службы; нечувствительность к внешним магнитным полям (металлический ротор может быть сделан из немагнитного материала); большая скорость вращения ротора (особенно у диэлектрических двигателей); сложность и нерентабельность создания двигателей большой мощности.

Вот эти качества и определяют те области, где могут быть применены двигатели: гироскопия, измерительная техника, борьба со статическим электричеством, озонирование воздуха и даже преобразование энергии радиоактивного распада в механическую энергию.

41