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An electrostatic motor
Un moteur electrostatique

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Last update
2009-03-09

The magnetic induction motor is now widespread. This is simply linked to the fact that electrical power is distributed in the form of medium or low voltage and hight current. The magnetic induction motor has however his counterpart, very less known, the electrostatic motor., which has remained anecdotal.

In figure 1 is shown the principle. One recognize immediately the homologous of a classical DC motor with a two pole stator and a three pole rotor.

Its operation is at most very simple. An electrode drops positive charges onto one of the rotor plates, which is immediately attracted by the opposite stator pole. A second electrode neutralize then these charges and the cycle continue. The motor gains speed, which is limited only by sliding friction inescapable in any mechanical device.

Le moteur basé sur l'induction magnétique est aujourd'hui très largement répandu. Cela est simplement lié au fait que l'énergie électrique est distribuée a moyenne ou basse tension, sous fort courant. Le moteur à induction magnétique a cependant son homologue, beaucoup moins connu, le moteur électrostatique, lequel n'as pas connu un tel développement.

La figure 1 en montre le principe. On reconnait immédiatement l'analogue d'un moteur dit universel avec stator à deux pôles et rotor à trois pôles.

Son fonctionnement est des plus simples. Une électrode dépose des charges positives sur l'un des pôles du rotor, lequel est aussitôt attiré par le pôle négatif du stator. Une deuxième électrode neutralise alors ces charges et le cycle se poursuit. Le moteur acquiert de la vitesse, laquelle n'est limitée que par les frottements inéluctables dans tout dispositif mécanique.

In figure 2 is shown how one can build a demonstration device. First, cut an insulating base, about 30 x 10 x 1 cm, onto which will be mounted :

a - The stators made with two emptied beer or soda metal cans, each supported by an insulating spacer. A coper wire electrode, about 1 mm diameter (AWG #18), is rolled 3/4 of a turn around each can and maintened in place by bits of adhesive tape (alumium adhesive tape is a must). The free end of the wires are grinded sharp and curved toward the rotor, keeping a gap of 1 to 2 mm.

b - The rotor is made from a plastic bottle about the same diameter as the cans. Onto it are sticked three stripes of aluminium sheet or alumium adhesive tape, spaced about 1 cm. A well centered hole is drilled in the bottom of the bottle in order to allow the spindle passing through. The spindle can be cuted from soldering rods 2 to 3 mm diameter, its upper tip will be grinded sharp to ease swivelling. A metal disc with a centered pit, located in the cap, is a good idea in order to minimize friction. Rotor and stators are spaced about 1 cm.

c - The terminal posts supported by insulating spacers.

In figure 3 is shown an example of a running model. (The brand of the beer is not a determining factor !)

La figure 2 montre comment on peut réaliser à peu de frais un dispositif de démonstration. Couper une embase isolante d'environ 30 x 10 x 1 cm, sur laquelle on installera :

a - Les deux stators sont constitués par des boites de bière ou de soda (vides), supportées, chacune par une entretoise isolante. Ils portent chacun une électrode constituée par du fil de cuivre de 1 mm meulé en pointe à son extrémité et enroulé sur 3/4 de tour sur la boite puis maintenu par un peu d'adhésif. Les pointes seront courbées vers le rotor et distantes de celui-ci d'environ 1 à 2 mm.

b - Le rotor constitué par un flacon en plastique de diamètre comparable à celui des boites et sur lequel on aura collé trois bandes d'aluminium espacées d'environ 1 cm. Un trou bien centré est percé dans le fond du flacon de façon à permettre le passage de l'axe de rotation constitué par une tige métallique (baguette pour soudure de 2 ou 3 mm de diamètre), meulée en pointe à sa partie supérieure. Une rondelle avec une légère cuvette, logée dans le bouchon, améliore grandement le pivotage. Rotor et stator sont espacés d'environ 1 cm.

c - Les bornes d'alimentation supportées par des entretoises isolantes.

La figure 3 montre un exemple de réalisation fonctionnel. (La marque de bière n'intervient pas dans le fonctionnement !)

es_motor3.gif

Fig. 3

A hight DC voltage source of a few tens of kilovolts is necessary. A flyback from an old TV set, Van de Graff generator, Wimshurt machine are welcome. It is not sure a glass rod rubbed with cat's fur is enough. The rotor gains quickly an impressive speed, only limited by sliding friction and especially by the wiggling of the spindle if the rotor is not properly balanced.

I powered the motor with an old electrostatic painting generator, dated from the seventies. It provides about 90 kV @ 150 µA. In this case, a connecting wire is not necessary, the 3 cm long little "antenna" visible on the left terminal on figure 3 (a pin salvaged from an old printer head !), picks up enough from the electric field as far as a few tens of centimeters from the generator, which was also provided with such a pin in order to spread charges. Connecting to earth ground is yet necessary.

Une source de haute tension continue de quelques dizaines de kilovolts est nécessaire. Haute tension de téléviseur, générateur Van de Graff, machine de Wimshurt ou générateur professionnel pour peinture électrostatique conviennent bien. Il n'est pas sûr qu'une baguette de verre frottée sur une peau de chat soit suffisante. Le rotor acquiert rapidement une vitesse impressionnante, limitée en fait par les frottements et surtout par les vibrations de l'axe si le rotor n'est pas parfaitement équilibré.

J'ai alimenté le moteur avec un vieux générateur pour peinture électrostatique datant des années 70, lequel délivre environ 90 kV sous 150 µA. Dans ce cas il n'est pas nécessaire de faire une liaison par fil, la petite antenne de 3 cm visible sur la borne de gauche en figure 3 (constituée par une aiguille prélevée sur une vieille tête d'imprimante !) capte suffisamment de champ électrique jusqu'à plusieurs dizaines de centimètres du générateur, lui aussi équipé d'une pointe identique. La liaison à la terre est cependant nécessaire pour assurer l'écoulement des charges.

    
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