Униполярный двигатель — электродвигатель постоянного тока с двумя магнитными полюсами , проводники которого всегда разрезают однонаправленные линии магнитного потока за счет вращения проводника вокруг неподвижной оси так, что проводник находится под прямым углом к статическому магнитному полю . Результирующая сила непрерывна в одном направлении, поэтому униполярный двигатель не нуждается в коммутаторе , но все же требует контактных колец . [1] Название «гомополярный» указывает на то, что электрическая полярность проводника и полюса магнитного поля не изменяются (т. е. не требуют коммутации).
Униполярный двигатель был первым построенным электродвигателем. Его действие было продемонстрировано Майклом Фарадеем в 1821 году в Королевском институте в Лондоне. [3] [4]
В 1821 году, вскоре после того, как датский физик и химик Ганс Кристиан Эрстед открыл явление электромагнетизма , Хамфри Дэви и британский учёный Уильям Хайд Волластон попытались, но безуспешно, сконструировать электродвигатель . [5] Фарадей, получив вызов от Дэви в шутку [ нужна ссылка ] , построил два устройства для создания того, что он назвал «электромагнитным вращением». Один из них, теперь известный как униполярный двигатель , вызывал непрерывное круговое движение, вызванное круговой магнитной силой вокруг провода, который простирался до лужи ртути , в которой был помещен магнит. Затем провод будет вращаться вокруг магнита, если на него подается ток от химической батареи. Эти эксперименты и изобретения легли в основу современной электромагнитной технологии. В волнении Фарадей опубликовал результаты. Это обострило его наставникские отношения с Дэви из-за зависти его наставника к достижениям Фарадея и стало причиной назначения Фарадея на другую деятельность, что, как следствие, помешало его участию в электромагнитных исследованиях на несколько лет. [6] [7]
Б. Г. Ламме описал в 1913 г. униполярную машину мощностью 2000 кВт, 260 В, 7700 А и 1200 об/мин с 16 контактными кольцами, работающими с окружной скоростью 67 м/с. Униполярный генератор мощностью 1125 кВт, 7,5 В, 150 000 А, 514 об/мин, построенный в 1934 году, был установлен на сталелитейном заводе в США для сварки труб. [8]
Униполярный двигатель приводится в движение силой Лоренца . Проводник, по которому течет ток, помещенный в магнитное поле, перпендикулярное току, испытывает силу в направлении, перпендикулярном как магнитному полю, так и току. Эта сила обеспечивает крутящий момент вокруг оси вращения. [9] Поскольку ось вращения параллельна магнитному полю, а противоположные магнитные поля не меняют полярность, для продолжения вращения проводника не требуется никакой коммутации. Эта простота легче всего достигается с помощью одновитковых конструкций, что делает униполярные двигатели непригодными для большинства практических применений.
Как и большинство электромеханических машин, униполярный двигатель реверсивен: если проводник вращать механически, то он будет работать как униполярный генератор , создавая напряжение постоянного тока между двумя выводами проводника. Создаваемый постоянный ток является следствием униполярной природы конструкции. Униполярные генераторы (HPG) широко исследовались в конце 20-го века в качестве источников питания постоянного тока низкого напряжения, но с очень большим током, и добились определенного успеха в питании экспериментальных рельсотронов .
Униполярный двигатель очень легко построить. Постоянный магнит используется для создания внешнего магнитного поля, в котором проводник будет вращаться, а батарея заставляет ток течь по проводящему проводу. Магниту не обязательно двигаться или даже соприкасаться с остальной частью двигателя; его единственная цель — создать магнитное поле, которое будет взаимодействовать с магнитным полем, индуцируемым током в проводе. Можно прикрепить магнит к батарее и позволить проводу свободно вращаться, замыкая электрическую цепь, прикоснувшись как к верхней части батареи, так и к магниту, прикрепленному к нижней части батареи. Провод и аккумулятор могут нагреться при непрерывной эксплуатации. [10]
