УНИПОЛЯРНАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА С ВЫСОКИМ НАПРЯЖЕНИЕМ Российский патент 2012 года по МПК H02K31/02 H02K21/36 

Изобретение относится к электрическим машинам постоянного тока, в частности к униполярным машинам постоянного тока. Более близким к ней прототипом является униполярная машина (УМ) постоянного тока с дисковым ротором.

Названная УМ, наряду с известными достоинствами обладает и некоторыми недостатками, в том числе и присутствие в ее конструкции скользящих контактов, снижающих ее надежность в работе. Другим существенным недостатком является достаточно низкое напряжение на электрическом выводе, что сужает область ее применения.

Техническим результатом предложенного изобретения является увеличение надежности в работе и существенное повышение напряжения выхода и соответственно расширение области ее применения.

Технический результат достигается тем, что вместо скользящих контактов применяются роликовые токосъемы и электропроводящие конические реверсивные механизмы, которые не только позволяют рядом стоящим дискам ротора вращаться в противоположных направлениях, но и последовательно их включать в якорную электрическую цепь и, соответственно, повысить выходное напряжение вновь изобретенной машины и существенно расширить области ее применения.

Предложенная униполярная машина постоянного тока с высоким напряжением, содержащая статор и ротор, разделенные воздушными зазорами, выполненная в виде униполярной машины с дисковым ротором, отличающаяся тем, что статор состоит из намагниченного вдоль образующих с круглыми отверстиями в центре ферромагнитными основаниями полого цилиндрического постоянного магнита со сквозными по бокам, через каждые 90°, несколькими отверстиями, через которые проходят диэлектрические оси подвижных электропроводящих конусов, вершинами направленных к его оси, а ротор состоит из нескольких электропроводящих и ферромагнитных, со скошенными попарно друг к другу краями и контактирующих с образующими названных конусов, дисков, установленных на вал с изоляцией друг за другом таким образом, что нечетные из них, если их считать слева направо на фиг.1, - жестко, а четные - подшипниками, электрически соединенными с центрами первых посредством электропроводящих колец, причем центры крайних из них соединены соответственно с положительной и отрицательной клеммами электрического ее вывода через плотно надетые на вал с изоляцией металлические полые цилиндры и установленные на них роликовые подшипники.

Продольный и поперечный разрезы показаны на фигурах 1 и 2. На фигурах приняты следующие обозначения: 1 - вал вращения, 2 - изоляция вала, 3 - металлический полый цилиндр, 3' - электропроводящее кольцо, 4 - ферромагнитное основание, 5 - полый цилиндрический постоянный магнит статора, 6 - электропроводящий конус, 7 - нечетные электропроводящие ферромагнитные диски ротора, 8 - четные электропроводящие, ферромагнитные диски ротора, 9 - диэлектрическая ось конуса, 10 - электропроводящий роликовый подшипник.

Униполярная машина постоянного тока с высоким напряжением в генераторном режиме работает следующим образом. При вращении внешним двигателем вал 1 по направлению часовой стрелки номинальной скоростью ω, как это показано на фигурах, жестко установленные на него нечетные, если их считать слева направо, электропроводящие и ферромагнитные диски 7 ротора начнут вращаться в ту же сторону и с такой же скоростью. Так как их скошенные края фрикционно соприкасаются с образующими электропроводящих подвижных конусов 6, размещенных на внутренней стороне цилиндрического статора, то и они начнут вращаться, закручивая также соприкасающиеся с ними нечетные диски 8 ротора, установленные на вал подшипниками, но уже в обратную сторону, т.е. против часовой стрелки.

Поскольку все диски находятся в магнитном поле постоянного магнита 5 статора, силовые линии индукции которого перпендикулярно пронизывают их плоскости, то в силу явления электромагнитной индукции в них индуцируются ЭДС в радиальных направлениях, у нечетных - от центров к краям, у четных - к центру, как это показано на фиг.1. Электрически указанные диски соединены меж собой через указанные конусы и электропроводящие кольца 3' таким образом, что наведенные в них ЭДС суммируются и на электрическом выводе предложенной УМ будет поддерживаться результирующее постоянное напряжение = U. При подключении к его клеммам определенной электрической нагрузки в обмотке якоря потечет некоторый постоянный ток якоря I_я. Причем, чем больше скорость вращения вала и больше количество установленных на него пар электропроводящих и ферромагнитных дисков ротора, тем выше будет результирующее постоянное электрическое напряжение на выводе машины.

В двигательном режиме предложенная униполярная машина постоянного тока с высоким напряжением работает в следующем порядке. При подаче на ее электрический вывод некоторого постоянного напряжения = U по обмотке ротора, в том числе по электропроводящим его дискам, потечет ток якоря I_я. Тогда их токи, идущие в радиальных направлениях, у нечетных - от центров к краям, у четных - к центрам от краев, начинают взаимодействовать с магнитным полем постоянного магнита 5 статора, у которого силовые линии, как видно из фиг.1, направлены слева направо и перпендикулярно пронизывают их плоскости. Тогда по правилу левой руки на нечетные диски 7 ротора будут действовать электромагнитные пондеромоторные силы в одном направлении, на четные 8 - в другом направлении, так как в них токи текут в другом направлении. Тем не менее, реверсивный механизм машины позволяет суммироваться указанным силам и создать результирующий максимальный вращательный момент, действующий на вал ротора. Вследствие этого вал 1 начнет вращаться против часовой стрелки с угловой скоростью - ω.

При этом необходимо отметить, что в качестве реверсивного механизма служат те же электропроводящие, парамагнитные конусы 6 со своими диэлектрическими осями, у каждого из которых образующие соприкасаются косыми краями соответствующих пар четных и нечетных дисков ротора и образуют не только электрические контакты между ними, но и фрикционную передачу, способствующую вращению рядом стоящих дисков ротора в противоположные стороны.

Источники информации

1. Бертинов А.И. Специальные электрические машины. - М.: Энергия. 1982 г.

2. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. - М.: ВШ. 1990 г.

3. Иванов-Смоленский. Электрические машины. - М.: Энергия, 1980 г.

4. Копылов И.П. Электрические машины. - М.: Энергоатомиздат, 1986 г.

5. Костенко М.П. и др. Электрические машины. - Ч.2. - Л.: Энергия, 1973 г.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам постоянного тока, в частности к униполярным машинам постоянного тока. Техническим результатом предложенного изобретения является повышение надежности работы униполярной машины при одновременном существенном повышении выходного напряжения и, соответственно, расширение области ее применения. Указанный технический результат достигается тем, что статор предлагаемой униполярной машины состоит из намагниченного вдоль образующих с круглыми отверстиями в центре с ферромагнитными основаниями полого цилиндрического постоянного магнита со сквозными по бокам, через каждые 90°, несколькими отверстиями, через которые проходят диэлектрические оси подвижных электропроводящих конусов, вершинами направленных к его оси, а ротор состоит из нескольких электропроводящих и ферромагнитных со скошенными попарно друг к другу краями и контактирующих с образующими названных конусов дисков, установленных на вал с изоляцией друг за другом через однин соответственно жестко, и подшипниками, центры которых электрически соединены электропроводящими кольцами, причем центры крайних из них соединены соответственно с положительной и отрицательной клеммами электрического ее вывода через плотно надетые на вал с изоляцией металлические полые цилиндры и установленные на них роликовые подшипники. Вместо скользящих контактов применяются роликовые токосъемы и электропроводящие конические реверсивные механизмы, которые не только позволяют рядом стоящим дискам ротора вращаться в противоположных направлениях, но и последовательно их включать в якорной электрической цепи и, соответственно, повысить выходное напряжение униполярной машины и существенно расширить области ее применения. 2 ил.

Униполярная машина постоянного тока с высоким напряжением, содержащая статор и ротор, разделенные воздушными зазорами, выполненная в виде униполярной машины с дисковым ротором, отличающаяся тем, что статор состоит из намагниченного вдоль образующих, с круглыми отверстиями в центре с ферромагнитными основаниями полого цилиндрического постоянного магнита со сквозными по бокам, через каждые 90°, несколькими отверстиями, через которые проходят диэлектрические оси подвижных электропроводящих конусов, вершинами направленных к его оси, а ротор состоит из нескольких электропроводящих и ферромагнитных, со скошенными попарно друг к другу краями и контактирующих с образующими названных конусов дисков, установленных на вал с изоляцией друг за другом через один соответственно жестко, и подшипниками, центры которых электрически соединены электропроводящими кольцами, причем центры крайних из них соединены соответственно с положительной и отрицательной клеммами электрического ее вывода через плотно надетые на вал с изоляцией металлические полые цилиндры и установленные на них роликовые подшипники.