Униполярная машина Советский патент 1985 года по МПК H02K31/00 

Изобретение относится к электрическим машинам постоянного тока, а именно к униполярным машинам (УМ), которые используют в электротехнических установках большого .тока, для питания МГД-устройств и различных магнитных систем, в электроприводах и в других областя техники.

Известно большое количество различных конструкций УМ Cl J В зависимости от условий эксплуатаци униполярные машины имеют жидкометаллические, щеточные и другие подвижные электрические контакты.

Существует техническое решение, позволяющее повысить напряжение якоря УМ за счет секционирования якоря и использования соответствующих контактных колец 23.

Недостатки этой конструкции малая прочность полого ротора и плохой доступ к щеткам в случае их замены.

Известна конструкция мапгины постоянного тока, содержащая польй ротор, корпус с окнами для доступа к щеткам и подшипниковьй щит с щеткодержателями Сз. Подшипниковьй щит соединен с корпусом по редством резьбового соединения и может поворачиваться вокруг оси устройства при техническом обслуживании щеточного узла. Такое решение обеспечивает данной машине преимущество по сравнению с машиной в смысле доступа к щеткам, но требует разъединения электрической цепи, что существенно усложняет реализацию рассматриваемого решения в УМ, характеризующихся, как правило, болыпими токами и наличием жестких вьшодных шин большого сечения. Кроме того, реализация затруднена необходи местью обеспечить вращение элемен,тов полюсов, к которым прикреплены щеточные траверсы и соединительные 1Ш1НЫ, при сохранении жесткой связи силовых деталей статора.

Известна униполярная машина в которой элементы полюсов с прикрепленными к ним щеточными траверсами и обратнюш шинами имеют форму секторов и вставляются в соответствзгйзщие пазы, сделанные в самих полюсах.

Однако в этой машине задача сохранения неподвижных электрических

1А5419 2

контактов остается нерешенной. Недостатками устройства являются также прижатие щеток к контактным кольцам якоря (и возможное их 5 повреждение) при перемещении указанных секторов вдоль оси машины и наличие силовых перемычек полюса (статора), сокращающее перекрытие щетками поверхностей контактных JQ колец 1 Большие трудности представляет реализация данного технического решения в случае УМ с секционированным якорем, отличающихся наличием большого количества межуточных электрических соединений, а в случае многополюсных УМ с внутренними полюсами это решение принципиально невозможно.

Наиболее близкой к предлагаемой 20 по технической сущности является УМ с массивным цилиндрическим ротором, содержащим секционированный якорь и контактные кольца C5J.

Однако при большом количестве 25 щеток, что характерно для Ж, здесь трудно добиться высокого использования контактных поверхностей и объема машины ввиду необходимости обеспечить определенное поперечjQ ное сечение перемычек между окнами с точек эрения прочности и npojiycкания рабочего магнитного потока. Усложнена эксплуатация машины, так как при замене щеток необходима ее разборка.

Цель изобретения - упрощение эксплуатации машины путем исключения общей разборки машины и разъединения ее электрической цепи при контроле и замене щеток и улучшение массо-габаритных показателей.

Указанная цепь достигается тем, что в униполярной машине, содержащей ротор с контактньии кольцами, статор с катушками возбуждения,центральньм сдвоенным полюсом и боковыми полюсами, ярма и щеточные узлы с траверсами, боковые полюсы жестко скреплены с центральньм полюсом траверсами, а каждое ярмо установлено с возможностью смещения или съема.

На чертеже представлена конструктивная схема УН с щеточными контактами.

Униполярная машина содержит статор, включающий центральный сдвоенный полюс 1, два боковых полюса 2

3

с подшипниковыми щитами и два ярма Указанные элементы статора служа:т магнитопроводом. Статор включает также две немагнитные траверсы 4 с щетками 5 и две катушки 6 возбуждения. Ротор 7 установлен в подшипниках 8 и содержит контактные кольца 9. Якорь машины может быть выполне сплошным или секционированным (например, со стержневой или секторно обмотками). В первом случае контактные кольца 9 на каждой стороне могут быть объединены в одно кольц а во втором - контактные кольца соединены с соответствующими секциями якоря и изолированы друг от друга.

Силовыми элементами конструкции статора служат полюсы 1 и 2 и тра. версы 4. Механически эти элементы жестко связаны друг с другом, например, с помощью болтов. В некоторых возможно сварное соединение траверсы 4 с боковым полюсом 2. Ярмо 3 крепится к полюсу 2 (или 1).

Вариант констр5ГК1ЩИ ярма включает одно окно, расположенное над щеточным узлом и закрытое ферромагнитной вставкой,и обеспечивает независиг« Й поворот ярма относительно оси машины. Ярмо может состоять из отдельных съемных элементов.

Возможно исполнение УМ с любым числом пар полюсов, а также с постоянными магнитами вместо катушек возбуждения (или в сочетании с ними).

Контроль и замена щеток 5 осуществляется путем отсоединения ярма 3 от полюса 2 (или 1) и смещения или съема ярма в осевом направлении (показано справа штрихпунктирной линией). Ярмо служит лишь магнитопроводом и не воспринимает никаких усилий, что обеспечивает его независимое смещение или съем для полного доступа к щеткам без разборки машины и разъединения ее электрической цепи.

454194

В варианте конструкции, который можно реализовать при ограничении смещения ярма условиями расположения машины в какой-то системе, J контроль и замена щеток осуществляются через одно окно в ярме при последовательных поворотах ярма.

Согласно данному техническому решению траверсы щеточных узлов o служат силовыми элементами статора. При этом ярма могут быть выполнены с наименьшими габаритными размерами, а смещение или съем ярм обеспечивает полный доступ к щеткам при 5 сохранении всех неподвижных электрических контактов.

В случае замены щеток через окна в фиксированном ярме (что характерно для электрических машин) нельзя 0 обеспечить высокое использование рабочих поверхностей контактных колец и объема машины ввиду наличия дискретных перемычек ярма.

5 В этом случае приходится увеличить диаметр статора, чтобы сохранить требуемое поперечное сечение магнитопровода. Предлагаемая конструкция позволяет одновременно

0 обеспечить максимальный коэффициент перекрытия контактных колец щетками и минимальный диаметр ярма, а также эксплуатацию щеточного узла без разборки машины и разъединения ее электрической цепи.

Согласно предварительной оценке предлагаемой конструкции УМ щеточный узел имеет коэффициент перекры- . тия приблизительно на 60-7П% больQ me, чем в базовом объекте 5 что позволяет сократить длину щеточного узла на 40-45%. Поскольку два щеточных узла составляют в рассматриваемой конструкции УМ около 40%

j общей длины машины, то общая длина уменьшается приблизительно на 1518%. Соответстве.нно снижается и масса машины. Уменьшение диаметра ярма дает дополнительное снижение массы на 5Z.

УНИПОЛЯРНАЯ МАШИНА, содержащая ротор с контактными кольцами, статор с катушками возбуядения, центральным сдвоенным полюсом и боковыми полюсами, ярм и щеточные узлы с траверсами, отличающаяся тем, что, с целью упрощения экcплyaтaци ; машины путем исключения обп(ей разборки машины и разъединения ее электрической цепи при контроле и замене щеток и улучшения массо-габаритных показателей, боковые полюсы жестко скреплены с центральным полюсом траверсами, а каждое ярмо установлено с возможностью смещения или съе- сл ма. е 4ib СП Jiki М-А со