Униполярная машина Советский патент 1984 года по МПК H02K31/04 

Изобретение относится к униполярным м.ашинам и может быть использовано, например, в металлургии, транспорте, машиностроении, тяжелой промышленности и т. д. Известны униполярные машины, в которых для токосъема используются жидкие металлы и сплавы 1. Все эти жидкие металлы и сплавы либо токсичны, либо активно реагируют с кислородом, водой и водяными парами. В качестве уплотнения враш,аюш,егося вала в машине используются лабиринтные уплотнения. Их принцип действия основан на создании турбулентного гидравлического сопротивления течению жидкого металла в зазоре, поэтому работа таких уплотнений сопровождается большими утечками. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является униполярная машина, содержащая, вал, свободно вращаюш,ийся в подшипниках, па котором жестко посажены изолированные один от другого и от вала несколько дисков ротора Между ними размешены диски статора. Торцовые поверхности дисков ротора и статора изолированы, а боковые представляют собой чистые металлические поверхности и образуют жидкометаллические контакты. Жидкий металл заполняет все пространство между ротором и статором и обеспечивает электрический контакт между боковыми поверхностями дисков ротора и статора в зонах жидкометаллических контактов. Полость, заполненная жидким металлом, уплотняется по валу механическими уплотнениями. Магнитное поле в униполярном двигателе создается сверхпроводящим индуктором 2. Недостатком известной униполярной машины является то, что применение механических уплотнений приводит к значительным потерям мошности на трение и утечкам жидкого металла из рабочего объема, что снижает надежнорть машины. Цель изобретения - уменьшение механических потерь мощности и повышение надежности путем исключения утечек жидкого металла из униполярной машины.х Поставленная цель достигается тем, что в униполярной машине, содержащей два электрически изолированных по торцам один от другого магнитопровода статора и размещенный между ними в жидком металле дисковый ротор с изоляцией по торцам, периферийный и центральный жидко.металлические контакты и уплотнение, уплотнение выполнено в виде последовательно соединенных сопротивления и щетки, контактирующей с ротором на стороне центрального контакта, а сопротивление содержит вывод для подключения к внешней электрической цепи ротора. На чертеже схематически показана предлагаемая машина. Предлагаемая униполярная машина имеет вал 1, свободно вращающийся в подщипнике 2. На валу 1 жестко посажен дисковый ротор 3, размещенный между изолированными один от другого дисками 4 и 5 статора. Торцовые поверхности ротора 3 и дисков 4 и 5 статора изолированы, а боковые представляют собой чистые металлические поверхности. Жидкометаллические контакты центральный 6 и периферийный 7 образуются заполнением пространства между ротором 3 и дисками 4 и 5 статора жидким металлом. Диски 4 и 5 статора подключены к элементу 8, который в двигательном режиме представляет источник тока, а в генераторном - нагрузку униполярной машины. Параллельно жидкометаллическому контакту б включены последовательно соеди ненные электрическое сопротивление 9 и щетки 10, причем электрическое сопротивление 9 имеет вывод 11 для соединения с внещней цепью ротора, а щетки 10 контактируют с ротором 3. Магнитное поле в униполярной машине создается сверхпроводящим индуктором 12. Устройство работает следующим образом. Электрический ток от элемента 8 течет к диску 5 статора, далее через жидкометаллический контакт 7 по ротору 3 и зоне жидко металлического контакта 6 разделяется на две параллельные составляющие. Одна составляющая тока I, течет в радиальном направлении через жидкометаллический контакт 6 в диск 4 статора и далее к элементу 8, а другая Ij - в осевом направлении по ротору 3, через щетки 10 - электрическое сопротивление 9 к элементу 8. Наличие в зоне жидкометаллического контакта б двух перпендикулярно направленных токов приводит к возникновению в жидком металле электромагнитной силы, которая направлена противоположно осевой составляющей тока 1. Эта сила противодействует силе тяжести, действующей на слой жидкого металла между ротором 3 и диском 4 статора, и предотвращает вытекание жидкого металла из полости между ротором 3 и дисками 4 и 5 статора. Преимущества предлагаемого устройства по сравнению с известными устройствами заключаются, во-первых, в уменьшении потерь мощности. Так, например, в торцовых или сальниковых уплотнениях, для униполярной мащины с диаметром вала 150 мм и скоростью вращения 10 м/с потери мощности на трение могут достигать нескольких десятков киловатт. В предлагаемом устройстве мощность теряется в щетках и величина этих потерь для предлагаемой выше униполярной мащины не превышает 1 кВт.

31078549д

Кроме того, все механические уплотненияТаким образом, применение предлагаепредполагают наличие утечек. Так, например,мого устройства в различных отраслях пров торцовых и сальниковых уплотнениях утеч-мышленности, на транспорте и т. д. позволит

ки составляют от десятых долей литра дополучить значительный экономический эфнескольких литров в час.фект.

УНИПОЛЯРНАЯ МАШИНА, содержащая два электрически изолированных по торцам друг от друга магнитопровода статора и размещенный между ними в жидком металле дисковый ротор с изоляцией по торцам, периферийный и центральный жидкометаллические контакты и уплотнение, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения потерь мощности и повышения -надежности путем исключения утечек жидкого металла, уплотнение выполнено в виде последовательно соединенных сопротивления и щетки, контактирующей с ротором на стороне центрального контакта, а сопротивление содержит вывод для подключения к внешней электрической цепи ротора.