PL242192B1

PL242192B1 - Unipolar motor

Info

Publication number: PL242192B1
Application number: PL434855A
Authority: PL
Inventors: Stanisław Bednarek
Original assignee: Univ Lodzki
Priority date: 2020-07-31
Filing date: 2020-07-31
Publication date: 2023-01-30
Also published as: PL434855A1

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest silnik unipolarny, przetwarzający energię prądu elektrycznego na energię kinetyczną ruchu obrotowego. Silnik unipolarny zawiera pionowy, cylindryczny magnes trwały (1), namagnesowany w kierunku osiowym, wykonany z materiału o dużej remanencji i koercji magnetycznej, przewodzącego prąd elektryczny, korzystnie ze stopu aluminium, niklu i kobaltu (A1NiCo). Górny koniec magnesu trwałego (1) jest zamknięty pokrywą (2) z osadzonym jej środku łożyskiem oporowym (3), mającym od dołu stożkowe zagłębienie i oś łożyska oporowego (3) pokrywa się z osią magnesu trwałego (1). W stożkowym zagłębieniu łożyska oporowego (3) znajduje się wierzchołek pionowego pręta (4), osadzonego w podstawie (5). Do dolnej części cylindrycznej powierzchni magnesu trwałego (1) dotyka pierścień (6) połączony przez wspornik (7) z gniazdem (8) dla wtyku osadzonym w podstawie (5). Dolna część pionowego pręta (4) jest również połączona przewodem z drugim gniazdem (10) dla wtyku też osadzonym w podstawie (5). Oprócz tego: pokrywa (2), łożysko oporowe (3), pionowy pręt (4), pierścień (6), wspornik (7), przewód (9) i gniazda (8), (10) dla wtyków są wykonane z metalu nieferromagnetycznego, korzystnie z mosiądzu, natomiast podstawa (5) jest wykonana z materiału nieferromagnetycznego i elektroizolacyjnego, korzystnie z tekstolitu.The subject of the invention is a unipolar motor converting electric current energy into kinetic energy of rotational motion. The unipolar motor contains a vertical, cylindrical permanent magnet (1), magnetized in the axial direction, made of a material with high remanence and magnetic coercivity, electrically conductive, preferably an alloy of aluminum, nickel and cobalt (A1NiCo). The upper end of the permanent magnet (1) is closed with a cover (2) with a thrust bearing (3) embedded in its center, having a conical recess at the bottom and the axis of the thrust bearing (3) coincides with the axis of the permanent magnet (1). In the conical recess of the thrust bearing (3) there is the tip of the vertical rod (4), embedded in the base (5). The lower part of the cylindrical surface of the permanent magnet (1) is touched by a ring (6) connected by a bracket (7) with a socket (8) for a plug embedded in the base (5). The lower part of the vertical rod (4) is also connected by a cable to the second socket (10) for the plug, also embedded in the base (5). In addition: cover (2), thrust bearing (3), vertical rod (4), ring (6), bracket (7), cable (9) and sockets (8), (10) for plugs are made of non-ferromagnetic metal , preferably of brass, while the base (5) is made of a non-ferromagnetic and electrically insulating material, preferably of textolite.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest silnik unipolarny, przetwarzający energię prądu elektrycznego na energię kinetyczną ruchu obrotowego i przeznaczony do eksperymentów laboratoryjnych z fizyki.The subject of the invention is a unipolar motor, converting electric current energy into rotational kinetic energy and intended for laboratory experiments in physics.

Z podręcznika zatytułowanego „Fizyka doświadczalna, część III, elektryczność i magnetyzm” autorstwa Szczepana Szczeniowskiego, wydanego przez Państwowe Wydawnictwo Naukowe w Warszawie w 1966 r. jest znany silnik unipolarny, zawierający dysk wykonany z miedzi i umieszczony na poziomej osi. Część dysku znajduje się między biegunami magnesu trwałego w kształcie podkowy. Do osi i do brzegu dysku dotykają szczotki przyłączone do źródła prądu stałego. Zasada działania tego silnika polega na tym, że przez fragment dysku między jego osią i brzegiem przepływa prąd elektryczny w kierunku radialnym. Jednocześnie ten fragment znajduje się w stałym polu magnetycznym, wytwarzanym przez magnes trwały i linie tego pola są skierowane prostopadle do powierzchni dysku. W wyniku tego na dysk działa siła elektrodynamiczna, skierowana stycznie do powierzchni dysku i moment tej siły powoduje obrót dysku.From the textbook titled "Experimental physics, part III, electricity and magnetism" by Szczepan Szczeniowski, published by the National Science Publishing House in Warsaw in 1966, a unipolar motor is known, containing a disc made of copper and placed on a horizontal axis. Part of the disk is located between the poles of the permanent magnet in the shape of a horseshoe. Brushes connected to a DC source touch the axis and the edge of the disc. The principle of operation of this motor is that an electric current flows radially through a fragment of the disk between its axis and the edge. At the same time, this fragment is in a constant magnetic field produced by a permanent magnet and the lines of this field are directed perpendicularly to the disk surface. As a result, the disk is subjected to an electrodynamic force tangential to the surface of the disk, and the moment of this force causes the disk to rotate.

Znany jest również silnik unipolarny z artykułu Grzegorza Brzezinki, zatytułowanego „Prosty silnik i nie tylko”, opublikowanego w czasopiśmie „Foton” nr 99 z 2007 r. Znany silnik składa się magnesu trwałego w kształcie walca, wykonanego ze spieku żelaza, neodymu i boru oraz pokrytego warstwą niklu, do którego płaskiej powierzchni jest przyłożona od góry płaska powierzchnia stalowego wkrętu. Wkręt i magnes są współosiowe, a wkręt jest utrzymywany w tej pozycji dzięki przyciąganiu magnetycznemu. Zaostrzony koniec wkrętu jest skierowany ku górze i przyciągany do dodatniego bieguna stalowej obudowy baterii w kształcie walca, trzymanej w dłoni w pozycji pionowej. Ponadto ujemny biegun baterii i boczna powierzchnia magnesu są połączone kawałkiem drutu miedzianego, dotykającym do tych elementów i trzymanym palcami drugiej dłoni. Zasada działania tego silnika polega na tym, że przez część magnesu między jego boczną powierzchnią i środkiem płynie prąd elektryczny w kierunku radialnym oraz ta część znajduje się polu magnetycznym, wytwarzanym przez ten sam magnes i skierowanym prostopadle do kierunku przepływu prądu. W wyniku tego na magnes działa siła elektrodynamiczna, skierowana stycznie do osi magnesu i moment tej siły powoduje obrót magnesu wokół osi pionowej.The unipolar motor is also known from the article by Grzegorz Brzezinka entitled "Simple motor and more", published in the "Foton" magazine No. 99 of 2007. The known motor consists of a cylindrical permanent magnet made of iron, neodymium and boron sinter and coated with a layer of nickel, to the flat surface of which a flat surface of a steel screw is applied from above. The screw and magnet are coaxial and the screw is held in this position by magnetic attraction. The pointed end of the screw points upwards and is attracted to the positive pole of the cylinder-shaped steel battery housing held in the hand in an upright position. In addition, the negative pole of the battery and the side surface of the magnet are connected by a piece of copper wire touching these elements and held by the fingers of the other hand. The principle of operation of this motor is that through a part of the magnet between its side surface and the center an electric current flows in a radial direction, and this part is in a magnetic field produced by the same magnet and directed perpendicularly to the direction of current flow. As a result, an electrodynamic force acts on the magnet, directed tangentially to the axis of the magnet, and the moment of this force causes the magnet to rotate around the vertical axis.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że silnik unipolarny zawiera pionowy, cylindryczny magnes trwały, namagnesowany w kierunku osiowym, wykonany z materiału o dużej remanencji i koercji magnetycznej, przewodzącego prąd elektryczny, korzystnie ze stopu aluminium, niklu i kobaltu (AlNiCo). Górny koniec magnesu trwałego jest zamknięty pokrywą z osadzonym jej środku łożyskiem oporowym, mającym od dołu stożkowe zagłębienie i oś tego łożyska oporowego pokrywa się z osią magnesu trwałego. W stożkowym zagłębieniu łożyska oporowego znajduje się wierzchołek pionowego pręta osadzonego w podstawie. Do dolnej części cylindrycznej powierzchni magnesu trwałego dotyka pierścień połączony przez wspornik z pierwszym gniazdem dla wtyku osadzonym w podstawie. Dolna część pionowego pręta też jest połączona przewodem z drugim gniazdem dla wtyku również osadzonym w podstawie. Oprócz tego pokrywa, łożysko oporowe, pionowy pręt, pierścień, wspornik, przewód i gniazda dla wtyków są wykonane z metalu nieferromagnetycznego, korzystnie z mosiądzu, natomiast podstawa jest wykonana z materiału nieferromagnetycznego i elektroizolacyjnego, korzystnie z tekstolitu.The essence of the solution according to the invention consists in the fact that the unipolar motor contains a vertical, cylindrical permanent magnet, magnetized in the axial direction, made of a material with high remanence and magnetic coercivity, electrically conductive, preferably an alloy of aluminium, nickel and cobalt (AlNiCo). The upper end of the permanent magnet is closed with a cover with a thrust bearing embedded in its center, having a conical recess at the bottom and the axis of this thrust bearing coincides with the axis of the permanent magnet. In the conical recess of the thrust bearing there is the tip of the vertical rod embedded in the base. The lower part of the cylindrical surface of the permanent magnet is touched by a ring connected by a bracket to the first socket for the plug embedded in the base. The lower part of the vertical rod is also connected by a cable to a second socket for the plug also embedded in the base. In addition, the cover, the thrust bearing, the vertical rod, the ring, the bracket, the cable and the sockets for plugs are made of a non-ferromagnetic metal, preferably brass, while the base is made of a non-ferromagnetic and electrically insulating material, preferably textolite.

Główną zaletą silnika unipolarnego jest możliwość wykazania, że siła elektrodynamiczna jest wytwarzana w przypadku oddziaływania prądu elektrycznego, płynącego w magnesie trwałym również z polem magnetycznym wytwarzanym przez ten magnes i siła ta ma praktyczne zastosowanie. Dodatkowymi zaletami silnika unipolarnego są prosta i poglądowa konstrukcja.The main advantage of the unipolar motor is the ability to demonstrate that the electrodynamic force is generated when the electric current flowing in a permanent magnet interacts with the magnetic field generated by this magnet, and this force has practical applications. Additional advantages of the unipolar motor are simple and demonstrative design.

Silnik unipolarny jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój podłużny płaszczyzną pionową A-A, natomiast fig. 2 jest jego widokiem z góry.The unipolar motor is shown in an exemplary embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a longitudinal section along the vertical plane A-A, while Fig. 2 is its top view.

Silnik unipolarny zawiera pionowy, cylindryczny magnes trwały 1, namagnesowany w kierunku osiowym, wykonany z materiału o dużej remanencji i koercji magnetycznej, przewodzącego prąd elektryczny, korzystnie ze stopu aluminium, niklu i kobaltu (AlNiCo). Górny koniec magnesu trwałego 1 jest zamknięty pokrywą 2 z osadzonym jej środku łożyskiem oporowym 3, mającym od dołu stożkowe zagłębienie i oś łożyska oporowego 3 pokrywa się z osią magnesu trwałego 1. W stożkowym zagłębieniu łożyska oporowego 3 znajduje się wierzchołek pionowego pręta 4, osadzonego w podstawie 5. Do dolnej części cylindrycznej powierzchni magnesu trwałego 1 dotyka pierścień 6 połączony przez wspornik 7 z gniazdem 8 dla wtyku osadzonym w podstawie 5. Dolna część pionowego pręta 4 też jest połączona przewodem z drugim gniazdem 10 dla wtyku też osadzonym w podstawie 5. Oprócz tego: pokrywa 2, łożysko oporowe 3, pionowy pręt 4, pierścień 6, wspornik 7, przewód 9 i gniazda 8, 10 dla wtyków są wykonane z metalu nieferromagnetycznego, korzystnie z mosiądzu, natomiast podstawa 5 jest wykonana z materiału nieferromagnetycznego i elektroizolacyjnego, korzystnie z tekstolitu.The unipolar motor comprises a vertical, cylindrical permanent magnet 1, magnetized in the axial direction, made of a material with high remanence and magnetic coercivity, electrically conductive, preferably an alloy of aluminium, nickel and cobalt (AlNiCo). The upper end of the permanent magnet 1 is closed with a cover 2 with a thrust bearing 3 embedded in its center, having a conical recess at the bottom and the axis of the thrust bearing 3 coincides with the axis of the permanent magnet 1. In the conical recess of the thrust bearing 3 there is the tip of the vertical bar 4, 5. The lower part of the cylindrical surface of the permanent magnet 1 is touched by a ring 6 connected through a bracket 7 with a socket 8 for a plug embedded in the base 5. The lower part of the vertical bar 4 is also connected by a cable to the second socket 10 for a plug also embedded in the base 5. In addition to cover 2, thrust bearing 3, vertical bar 4, ring 6, bracket 7, cable 9 and sockets 8, 10 for plugs are made of non-ferromagnetic metal, preferably brass, while base 5 is made of non-ferromagnetic and electrically insulating material, preferably from textolite.

Zasada działania silnika unipolarnego polega na tym, że po włożeniu wtyków zasilacza prądu stałego do gniazd 8 i 10, płynie prąd elektryczny przez: wspornik 7, pierścień 6, magnes trwały 1, pokrywę 2, łożysko oporowe 3, pionowy pręt 4, przewód 9 i gniazdo 10. Przez magnes trwały 1 prąd elektryczny przepływa w kierunku pionowym, a więc prostopadłym do kierunku indukcji jego wewnętrznego pola magnetycznego. W wyniku tego na magnes trwały 1 działa siła elektrodynamiczna, skierowana stycznie do osi magnesu trwałego 1. Ta siła wytwarza moment sił, powodujący obrót magnesu trwałego 1, wokół jego osi pionowej. Zamiana miejscami wtyków gniazdach 8, 10 powoduje zmianę kierunku przepływu prądu elektrycznego przez magnes trwały 1 na przeciwny i obrót magnesu 1 w przeciwną stronę. Wykonanie magnesu trwałego 2 ze stopu aluminium, niklu i kobaltu (AlNiCo), umożliwia uzyskanie wysokiej wartości indukcji pola magnetycznego wewnątrz tego magnesu i dobrej przewodności elektrycznej, co zwiększa moment obrotowy silnika. Z kolei wykonanie: pokrywy 2, łożyska oporowego 3, pionowego pręta 4, pierścienia 6, wspornika 7, przewodu 9 i gniazd 8, 10 dla wtyków z metalu nieferromagnetycznego, korzystnie z mosiądzu, zabezpiecza te elementy przed niekorzystnym dla działania silnika oddziaływaniem z rozproszonym polem magnetycznym pochodzącym od magnesu trwałego 1.The principle of operation of the unipolar motor is that after inserting the plugs of the DC power supply into the sockets 8 and 10, an electric current flows through: bracket 7, ring 6, permanent magnet 1, cover 2, thrust bearing 3, vertical rod 4, wire 9 and socket 10. Electric current flows through the permanent magnet 1 in the vertical direction, i.e. perpendicular to the direction of induction of its internal magnetic field. As a result, the permanent magnet 1 is subjected to an electrodynamic force directed tangentially to the axis of the permanent magnet 1. This force creates a torque causing the permanent magnet 1 to rotate around its vertical axis. Reversing the places of the plugs in the sockets 8, 10 changes the direction of electric current flow through the permanent magnet 1 to the opposite one and turns the magnet 1 in the opposite direction. The permanent magnet 2 is made of aluminum, nickel and cobalt (AlNiCo) alloy, which makes it possible to obtain a high value of the magnetic field induction inside the magnet and good electrical conductivity, which increases the torque of the motor. In turn, the execution of: cover 2, thrust bearing 3, vertical bar 4, ring 6, bracket 7, cable 9 and sockets 8, 10 for plugs made of non-ferromagnetic metal, preferably brass, protects these elements against unfavorable interaction with the stray field from a permanent magnet 1.

Claims

1. A unipolar motor, characterized in that it comprises a vertical, cylindrical permanent magnet (1), magnetized in the axial direction, made of a material with high remanence and magnetic coercivity, electrically conductive, the upper end of the permanent magnet (1) being closed with a cover (2) with a thrust bearing (3) embedded in its center, having a conical recess at the bottom and the axis of the thrust bearing 3 coincides with the axis of the permanent magnet (1); ), embedded in the base (5), while the lower part of the cylindrical surface of the permanent magnet (1) is touched by the ring (6) connected through the bracket (7) with the socket (8) for the plug embedded in the base (5), and then by the lower part of the vertical rod (4) is also connected by a cable to the second socket (10) for the plug also embedded in the base (5), and in addition the cover (2), the thrust bearing (3), the vertical rod (4), the ring (6), the bracket (7), cord (9) and sockets and (8), (10) for plugs are made of non-ferromagnetic metal, while the base (5) is made of non-ferromagnetic and electrically insulating material.

2. The engine of claim The permanent magnet (1) is preferably made of an aluminum, nickel and cobalt alloy (AlNiCo).

3. The engine of claim 1, characterized in that the cover (2), thrust bearing (3), vertical bar (4), ring (6), bracket (7), cable (9) and sockets (8), (10) for plugs are made preferably of brass.

4. The engine of claim The device according to claim 1, characterized in that the base (5) is preferably made of textolite.