МНОГОДИСКОВАЯ УНИПОЛЯРНАЯ МАШИНА С ЖИДКОСТНЫМИ ТОКОСЪЕМАМИ Российский патент 2013 года по МПК H02K31/04 H02K21/36 

Изобретение относится к области электрических машин, в частности к униполярным машинам (УМ) постоянного тока.

Ближайшим аналогом ее является УМ с дисковым ротором со скользящими щеточными контактами или жидкометаллическими токосъемами. Названная УМ, наряду с известными достоинствами имеет и ряд недостатков. Например, необходимость иметь как минимум двух скользящих щеточных контактов на один диск, ведет не только к интенсивному износу, но и сужает область ее применения. Замена их просто жидкостными токосъемами не привела опять-таки к особому преимуществу. Если при этом осевые жидкостные контакты более-менее приемлемы, то применение периферийных тех же контактов достаточно проблематично. Это связано прежде всего с тем, что для достижения необходимого минимального рабочего напряжения, приходится существенно увеличивать не только угловую скорость вращения диска, но и его диаметр, что приводит, в свою очередь, к увеличению линейных скоростей его крайних точек.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение долговечности, рабочего напряжения без увеличения угловой скорости ротора и соответственно расширения области применения УМ.

Технический результат достигается тем, что в предложенной конструкции УМ отсутствуют щеточные контакты, а на оси вращения - и жидкостные контакты. Кроме того она достаточно просто позволяет последовательно включать необходимое количество дискета электрическую цепь машины для достижения номинального рабочего напряжения без увеличений их угловых скоростей. Относительно малая угловая скорость ее ротора позволяет для этого частично погружать края его дисков в электропроводящие жидкости, залитые в нижние части полостей статора и, без особой трудности создавать периферийные жидкостные электрические контакты.

Предложенная многодисковая униполярная машина жидкостными токосъемами, состоящая из статора и ротора, разделенных между собой воздушными зазорами, выполненная в виде последовательно соединенных УМ с дисковыми роторами, установленными на общий вал вращения, отличающаяся тем, что в качестве статора служит несколько неподвижные полые цилиндрические постоянные магниты, продолжениями полюсов, которых служит дискообразные, с выступами и отверстиями по их серединам, магнитопроводы, торцевые поверхности которых симметрично расположены по обеим "сторонам подвижных роторных, электрически последовательно соединенных, дисков, острые края которых частично погружены в электропроводящие жидкости, залитые в нижние части полостей статора, а центры их попарно соединены электропроводящими, одетыми на вал вращения с изоляцией, полыми цилиндрами.

Причем средние полые постоянные магниты статора попарно соединены между собой электропроводами, а крайние - соответственно с положительной и отрицательной клеммами ее электрического вывода.

На фиг.1 и 2 изображены соответственно продольный и поперечный разрезы предложенной УМ. На чертежах приняты следующие обозначения: 1 - дискообразный магнитопровод, 2 - полый цилиндрический постоянный магнит, 3 - электро и магнито проводящий диск, 4 - электропроводящий полый цилиндр, 5 - изоляция вала вращения, 6 - вал вращения, 7 - электропроводящая жидкость, 8 - опорный подшипник, 9 - электропровод.

На фигурах направления токов якоря показаны в момент работы УМ в режиме двигателя. В этом режиме предложенная УМ работает следующим образом. При подаче на электрический вывод машины постоянного напряжения = U, по электропроводящим дискообразным магнитопроводам 1, жидкостям 7, дискам 3, полым цилиндрам 4, ток якоря потечет по направлениям, указанным на фигурах. Тогда токи якоря, протекающие по секторам дисков 3, будут взаимодействовать с магнитными полями, находящимися между полюсными выступами дискообразного магнитопровода 1 полых постоянных магнитов 2 неподвижного статора. Вследствие этого общий вал 6 начнет вращаться по часовой стрелке с номинальной угловой скоростью ω.

В режиме генератора она будет работать следующим образом. При вращении общий вал 6 внешним двигателем против часовой стрелки с угловой скоростью - ω, в электро и магнито проводящих дисках 3 ротора в радиальных направлениях, вследствие явления электромагнитной индукции, наводятся ЭДС. Направления их в каждом диске определяются правилом правой руки. В итоге ЭДС каждого диска суммируясь создают на электрическом выводе УМ постоянное напряжение = U. В случае присоединения к электрическому выводу определенную нагрузку, то по ней потечет ток, величина которого зависит не только от этого напряжения, но и от ее электрического сопротивления.

И наконец, необходимо отметить, что на фиг.1 общий вал вращения 6 указан разрывом. Это указывает на то, что его можно сделать такой длины, который позволял бы разместить на нем необходимое количество дисков ротора. Этому позволяют и опорные подшипники 8, которые способствуют четко фиксировать вал 6, какой бы длины он не был.

Источники информации:

1. Бертинов А.И. и др. Униполярные машины с жидкометаллическими токосъемами. - М.-Л.: Энергия, 1966.

2. Бартинов А.И. Специальные электрические машины. - М.: Энергия, 1982.

3. Калашников С.Г. Электричество. - М.:Наука,1985.

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

5. Матвеев А.Н. Механика и теория относительности. - М.: ВШ, 1986.

Изобретение относится к области электротехники и касается электрических машин, в частности униполярных машин (УМ) постоянного тока. Технический результат заявленного изобретения состоит в повышении долговечности УМ постоянного тока и ее рабочего напряжения без увеличения угловой скорости ротора, что, соответственно, обеспечивает возможность расширения области применения УМ постоянного тока. Данный технический результат достигается тем, что в УМ постоянного тока отсутствуют щеточные контакты, но имеются жидкостные контакты. Многодисковая униполярная машина жидкостными токосъемами содержит статор и ротор, разделенные воздушными зазорами, и выполнена в виде последовательно соединенных УМ с дисковыми роторами, установленными на общий вал вращения. При этом согласно изобретению статором служат несколько неподвижных полых цилиндрических постоянных магнитов, продолжениями полюсов которых служат дискообразные с выступами и отверстиями по их серединам магнитопроводы, торцевые поверхности которых симметрично расположены по обеим сторонам подвижных роторных электрически последовательно соединенных дисков, острые края которых частично погружены в электропроводящие жидкости, залитые в нижние части полостей статора, а центры их попарно соединены электропроводящими одетыми на вал вращения с изоляцией полыми цилиндрами, причем средние полые постоянные магниты статора попарно соединены между собой электропроводами, а крайние - соответственно с положительной и отрицательной клеммами ее электрического вывода. В предлагаемой УМ достаточно просто обеспечивается последовательное включение необходимого количества дисков в электрическую цепь машины для достижения номинального рабочего напряжения без увеличений их угловых скоростей. 2 ил.

Многодисковая униполярная машина (УМ) с жидкостными токосъемами, состоящая из статора и ротора, разделенных между собой воздушными зазорами, выполненная в виде последовательно соединенных УМ с дисковыми роторами, установленными на общий вал вращения, отличающаяся тем, что в качестве статора служат несколько неподвижных полых цилиндрических постоянных магнитов, продолжениями полюсов которых служат дискообразные, с выступами и отверстиями по их серединам, магнитопроводы, торцевые поверхности которых симметрично расположены по обеим сторонам подвижных роторных, электрически последовательно соединенных дисков, острые края которых частично погружены в электропроводящие жидкости, залитые в нижние части полостей статора, а центры их попарно соединены электропроводящими, одетыми на вал вращения с изоляцией полыми цилиндрами, причем средние полые постоянные магниты статора попарно соединены между собой электропроводами, а крайние - соответственно с положительной и отрицательной клеммами ее электрического вывода.