Юный техник, 2014 № 03

СДЕЛАЙ ДЛЯ ШКОЛЫ Двигатель Лисова

В одном из трудов Николы Теслы говорилось об электростатической вертушке — этаком пропеллере из фольги, передние кромки лопастей которого оклеены диэлектриком. Я задался целью превратить демонстрационный физический прибор в настоящий двигатель, с которого можно было бы снять заметную мощность. Воспроизведя эксперимент, я впоследствии проверил с десяток различных его усовершенствований. Эффект от них был самым разнообразным.

В ходе отбора новшеств, давших наилучшие результаты, получилась предлагаемая конструкция (см. рис.).

Устройство двигателя Лисова.

_{1 — станина; 2 — подшипник; 3 — вал; 4 — ротор; 5 — диэлектрическое покрытие; 6 — крепежные кольца статора; 7 — статорные обкладки; 8 — бобышки; 9 — редуктор; 10 — выходной вал.}

Важное замечание: чтобы не увеличивать бесполезно габариты двигателя, он должен быть электрически равнопрочным. То есть между частями двигателя, где приложено питающее напряжение, должно быть одинаковое расстояние. В данной конструкции оно выбрано равным 10 мм. Если оно будет разным, то в месте наименьшего расстояния произойдет пробой, а другие, более габаритные узлы будут только увеличивать без пользы размеры устройства.

Станина в авторском варианте склеена из сухой фанеры. В верхней части ее стоек приклеены подшипники из белой жести от консервных банок. Задний подшипник имеет лепесток, к которому припаян один из питающих проводов.

Ротор имеет вал из толстой, диаметром 1–1,5 мм, медной или бронзовой проволоки. Роторы вырезаны из фольги от использованных тюбиков зубной пасты. Между роторами для повышения электрической прочности и предотвращения пробоя вал покрыт изоляцией. Автор использовал два слоя термоусадочной трубки, но, в крайнем случае, можно намотать немного изоленты или скотча. Порядок сборки ротора таков: после установки этой изоляции крепятся роторы. Фольга от тюбиков зубной пасты плохо паяется, поэтому примотайте роторы к валу зачищенным тонким обмоточным проводом, а этот провод припаяйте к валу. После чего заизолируйте вышеописанным способом вал там, где он проходит через внешние статорные пластины.

Нарежьте из обычной тетрадной бумаги ленты шириной 7 — 10 мм и перегните их вдоль пополам. Этим материалом оклейте в два слоя передние кромки лопастей ротора. Опыты показали, что так же следует изолировать и концы лопастей. Это предотвращает бесполезную утечку зарядов и улучшает работу двигателя. Впрочем, для этой работы допустимо использовать и узкий скотч.

Наш двигатель создает небольшой крутящий момент, но способен создать заметную мощность за счет разгона до высоких оборотов. Для предотвращения потерь мощности постарайтесь после высыхания клея получше отбалансировать ротор, а также обеспечить наименьшее трение в подшипниках и редукторе. Не прижимайте шестеренки слишком сильно друг к другу. Капля жидкого машинного масла в подшипниках, несмотря на его изоляционные свойства, не нарушит работу двигателя. Ведь такому высокому питающему напряжению ничего не стоит пробить тончайшую масляную пленку.

Крепежные кольца статора выпилены из пенопласта. Для этого удобно использовать пенопластовую плитку для отделки потолков. Статорные обкладки — из пищевой алюминиевой фольги. Будьте внимательны — некоторые клеи разъедают пенопласт, поэтому испытайте их на отдельных кусочках, прежде чем использовать. Обкладки и кольца статора имеют прорезь. Сделано это для удобства сборки и облегчения мотора, а на его работу это никак не влияет. Контактные ленты обкладок загибаются так, чтобы они соединились в одну питающую шину. Благо, что высокое питающее напряжение и малый потребляемый ток позволяют не заботиться об их спайке или очень плотном прижатии друг к другу.

Для жесткости конструкции кольца статора сверху дополнительно скрепляются пенопластовыми бобышками.

С целью исключения пробоев и утечек зарядов вся конструкция двигателя не должна иметь острых торчащих проводов. Все резкие углы металлических деталей должны быть закруглены с радиусом не менее 1 мм.

Редуктор повышает крутящий момент и понижает обороты, приближая их к характеристикам обычных электродвигателей. Для редуктора лучше подобрать пару пластмассовых шестеренок. Это изолирует выходной вал от питающего напряжения.

Для питания двигателя достаточно напряжения 6–8 кВ. Потребляемый ток порядка 0,2 мА. Можно использовать имеющийся в некоторых физических кабинетах преобразователь напряжения. Если же преобразователь придется собирать самим, то можно воспользоваться схемами ионизаторов воздуха, их существует немало. Ионизаторы работают при напряжениях 20–30 кВ. Поэтому просто удалите из схемы ненужные ступени умножителя напряжения. Можно также попытаться запитать мотор от школьной электрофорной машины, сблизив ее шарики на 7–8 мм для предотвращения перенапряжения. Полезно подключать источник высокого напряжения через резистор в несколько сотен кОм или даже единиц МОм. Потери будут невелики, зато это защитит источник питания от случайного замыкания выхода, да и сделает менее опасным случайное касание токоведущих частей.

Наш двигатель имеет 2 ротора и 3 статорные обкладки. Увеличив их число (и соответственно удлинив конструкцию), вы можете увеличить мощность двигателя. Конструкция, как вы видите, громоздкая, по сравнению с традиционными моторами той же мощности. Зато она почти невесомая, особенно если и станину вы сделаете из пенопласта. Она не требует ни трансформаторной стали для тяжелых сердечников, ни редкоземельных сплавов для магнитов. Так что, наверное, в технике найдутся области применения, где такая конструкция будет в самый раз. Например, для вентиляторов охлаждения высоковольтного оборудования. Малый вес мотора наводит на мысли о летающих моделях. А какие у вас еще будут мысли на этот счет?