УНИПОЛЯРНАЯ МАШИНА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 1994 года по МПК H02K31/00 

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к электрохимическим и электромеханическим преобразователям, и может быть применено в транспортной энергетике.

Известна униполярная машина (УМ) переменного тока, в которой обмоткой возбуждения являются, коммутируемые через ротор со скользящими контактами противостоящие витки из электродов полутопливного элемента. Недостатками этой машины являются: во-первых, потеря мощности из-за так называемого "краевого эффекта" (в нерабочей части магнитопровод разомкнут и часть магнитного поля, шунтируя полутопливный элемент, бесполезно замыкается через воздух), во-вторых, малонадежный из-за трущихся в уплотнениях частей центробежный насос и, в третьих, (применительно к транспортной энергетике) зависимость длительности работы машины от энергоемкости оксидного электрода.

Известен активируемый магнитно-спиновым эффектом ТЭ спирального типа, преобразующий с высоким КПД энергию химически активного вещества в энергию переменного тока. Увеличению мощности этого энергопреобразователя препятствуют токовые возможности его ионообменной мембраны и ограниченная возможность термостатирования электрохимического взаимодействия.

Целью предложенного изобретения является повышение КПД, удельной энергоемкости и надежности УМ переменного тока.

Поставленная цель достигается стыковкой торцами магнитопроводов двух УМ переменного тока, взаимокомпенсирующих разнонаправленными магнитными полями друг другу краевые эффекты, последовательным соединением через электроды МГД насоса переменного тока обмоток возбуждения этих машин, образованных спиральными электродами ТЭ, намотанными в разные стороны и коммутируемыми начальными и конечными их выводами тиристорным коммутатором, управляемым следящей индукционной обмоткой, а также УЗ активацией электрохимического взаимодействия.

Новизной изобретения является использование "краевого эффекта" обоих машин для интенсивной прокачки электролита между спиральными электродами ТЭ и применение УЗ активации в магнитном поле для ускорения электрохимической реакции.

На фиг. 1 показан осевой разрез машины; фиг. 2 - разрез А-А; фиг. 3 - электрическая схема соединений в машине с указанием направлений магнитных полей и токов при включении одной из пар тиристорных ключей.

Состыкованные торцами стационарных, цилиндрических магнитопроводов 1 УМ переменного тока, содержат в воздушных зазорах этих магнитопроводов цилиндрические роторы 2 и обмотки возбуждения из спиральных, противостоящих топливных 3 и окислительных 4 электродов ТЭ. В воздушном зазоре, в месте стыковки магнитопроводов 1, радиально расположены диэлектрические перегородки с прикрепленными к их стенкам пластинчатыми электродами 5. Электроды одной из стенок перегородок объединены шиной, подключенной к концу спирали топливного электрода 3 УМ, а электроды другой стороны перегородок, посредством объединяющей их шины подключены к концу спирали топливного электрода 3 УМ, причем спирали электродов ТЭ УМ имеют противоположные направления намотки. Промежутки между электродами 5 образуют МГД каналы насоса переменного тока. Соответствующие концы спиралей окислительных электродов 4 УМ соединены перемычкой 6, а противоположные концы электродов 3, 4 имеют выводы, подсоединенные к ключам тиристорного коммутатора 7 с блоком управления 8, подсоединенным к индукционной управляющей катушке 9, расположенной в воздушном зазоре торца магнитопровода 1 одной из УМ. В верхние части цилиндрических полостей, между магнитопроводами и обмотками возбуждения (спирали электродов ТЭ между витками соединены диэлектриком), являющимися камерами 10, по трубкам 11 поступают реактанты. Внутренние торцы камер для реактантов 10 герметично перекрыты диэлектрическими кольцами, препятствующими проникновению реактантов в каналы МГД насоса, а внешние торцы камер 10, перекрыты диэлектрическими кольцами и образуют со стенками магнитопроводов и противоположными кольцевыми диэлектрическими стенками тороидальные коллекторы 12, соединенные сквозь магнитопроводы 1 трубками, имеющими радиаторные пластины 13. Междуэлектродные цилиндрические полости обмоток возбуждения своими внешними торцами соединены с коллекторами 12, а внутренними - с каналами МГД насоса и содержат покрытые тонким диэлектриком, пьезокерамические стержни 14, подключенные через кабели, расположенные в коллекторах 12 и выходящих сквозь магнитопроводы, к генератору УЗ колебаний 15. Полуоси роторов 2, укрепленные в скользящих подшипниках дисковых чашек, которые, в свою очередь, закреплены внутри магнитопроводов 1, своими торцами, посредствам подпружиненных щеток 16, образуют подвижные контакты. Валы отбора мощности роторов 2 соединены с колесными редукторами 17, а торцевые поверхности этих роторов 2, через токосъемные щетки 18, подсоединены через контакты реверса 19 к тиристорным ключам коммутатора 7. Для обеспечения обдува радиаторных пластин 13 роторы 2 снабжены вентиляционными ребрами и отверстиями, так же, как и крепежные диски. Продукт реакции и, просачивающийся сквозьб газодиффузионные электроды, электролит, по трубкам, сквозь магнитопроводы 1 и клапаны 20, поступают в опреснитель 21, из которого электролит необходимой концентрации, по трубке поступает на вход МГД насоса. Во избежание короткозамкнутости витков топливных электродов 3, от стекающей жидкости, донная часть их камер для реактантов 10 покрыта диэлектриком.

Магнитное поле, созданное спиральными электродами 3, 4 обмоток возбуждения, посредством магнитопроводов 1, взаимодействует с полями токов роторов 2, вращая их и с полями токов в междуэлектродных 5 каналах МГД насоса переменного тока, двигая электролит. В индукционной обмотке 9 ток нарастает до возникновения максимальной поляризации на электродах 5 МГД насоса. Блок управления 8, подключенный к этой обмотке 9, отключает включенную пару тиристоров коммутатора 7 и включает другую пару тиристоров, подключенных к противоположным выводам обмотки возбуждения, изменяя направление электрического тока в ней и, следовательно, полярность на электродах 5. Синхронно с изменением направления эл. тока в эл. цепи машины изменяется и направление магнитного поля пересекающего роторы 2 и каналы МГД насоса. Электромагнитные силы, действующие на эти роторы и на электролит, своего направления не изменяют, а поляризация с электродов 5 снимается и эл. ток опять нарастает до возникновения максимальной поляризации на них, на что реагирует система управления коммутацией. УЗ резонаторы 14, расположенные в междуэлектродной цилиндрической полости, создают в электролите, протекающем между ними, поперечные магнитному полю колебания. Колеблющиеся в магнитном поле электроны электролита изменяют свои энергетические уровни, ускоряя электрохимическое взаимодействие. Нагретый после прохождения в магнитном поле электролит из коллектора 12 УМ1 по трубкам с радиаторными пластинами 13, охладившись, поступают в коллектор 12 УМ11. Вентиляционные ребра на вращающихся роторах 2 создают потоки воздуха вдоль пластин 13. Стекающая на дно камер 10 вода и просочившийся сквозь поры электродов 3, 4 электролит по трубкам сквозь клапаны 20 поступают в опреснитель 21 (электродиализ, выпаривание или др. ), откуда отделенный от воды электролит по трубке поступает на вход МГД насоса. При использовании предложенной машины в качестве силового привода для транспортного средства предусмотрен электрореверс 19, обеспечивающий при необходимости изменение направления эл. тока в роторах, и колесные редукторы 17, обеспечивающие бездеференциальное соединение, независимо вращающихся за счет подвижного контакта 16 роторов с ведущими колесами транспортного средства. Изменением мощности УЗ колебаний в электролите можно оперативно влиять на скорость эл. химической реакции в ТЭ, т. е. изменять скорость вращения роторов 2. (56) Авторское свидетельство СССР N 1728940, кл. H 02 K 31/00, 1988.

Использование: электромеханический преобразователь для транспортной энергетики. Сущность изобретения: две униполярные машины со стационарным статором и расположенными в его зазоре топливными элементами электрохимического преобразования и ротором стыкуются своими торцами, причем обмотки этих машин, являющиеся одновременно топливными элементами, соединены последовательно через электроды МГД-насоса переменного тока и намотаны в противоположные стороны и коммутируются через тиристорный коммутатор. Между электродными полостями топливного элемента расположены ультразвуковые излучатели, подключенные к генератору ультразвуковых колебаний. Валы роторов разных машин выполнены электропроводящими и состыкованы через подпружиненные щетки. Изобретение позволяет взаимно компенсировать краевые эффекты, использовать энергию краевых эффектов для работы МГД-насоса и вследствие этого повысить КПД и удельную энергоемкость. 3 ил.

УНИПОЛЯРНАЯ МАШИНА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащая в воздушном зазоре стационарного магнитопровода ротор и спиральный электрохимический преобразователь с системами функционального обеспечения с выводами, подключенными скользящими контактами к ротору через тиристорный коммутатор, управляемый индукционной обмоткой, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД, удельной энергоемкости и надежности, содержит две униполярные машины переменного тока, содержащие в воздушном зазоре состыкованных магнитопроводов магнитогидродинамические каналы с электродами, последовательно подключенными к выводам одних из спиральных электродов топливного элемента, противоположно намотанных и содержащих в междуэлектродных полостях ультразвуковые излучатели, подключенные к генератору ультразвуковых колебаний.