Униполярная электротрансмиссия Советский патент 1980 года по МПК H02K31/00 

(54) УНИПОЛЯРНАЯ ЭЛЕКТРОТРАНСМИССИЯ

Изобретение относится к злектрическим Машинам, в частности к совмещенным исполнениям униполярных машин , работающих по схеме генератордвигатель. Предпочтительная область их применения - стационарные установки и транспортные средства с элек трическими трансмиссиями. Известны совмещенные исполнения, униполярных генераторов и дви гателя Ц . Недостатком их является относительно большая масса вследствие независимых систем возбуждения генера тора и двигателя. Наиболее близкой к предлагаемой технической сущности и достигаемому результату является совмещенная кон струкция униполярных генератора и двигателя с общей .системой возбужде ния статора с полюсами, с полыми ци линдрическими соединительными шинами и якорями генератора и двигате.ля 2. Недостатками агрегата является н возможность регулирования момента и частоты вращения двигателя по магнитному потоку и отсутствие реверса электродвигателя. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования частоты вращения и момента двигателя. Данная цель достигается тем, что якори генератора и двигателя снабжены рядом регулирующих контактных колец, которые размещены в пазах, выполненных в соединительных шинах под полюсами статора, и равномерно распределены вдоль активной длины якорей генератора и двигателя. При этом достигается регулирование и по напряжению, и по магнитному потоку путем дискретного изменения активной длины якоря генератора и двигателя соответственно, если осуществлять выпуск и подачу жидкого Метгшла в межэлектродные зазоры подвижных контак-тов по заданной программе от внешнего распределительного устройства. Для расширения функциональных возможностей Мсшины путем реверсирования направления вращения двигателя верхняя соединительная шина охватывает среднюю шину под полюсом двигателя и подключена одним концом к нижней шине, а другим концом - к контактному кольцу, расположённому на якоре двигателя за наружным краем указанного полюса При подаче жидкого метгшла

в соотнетствукхдие зазоры под кольцами якоря изменяется направление тока в цепи двигателя.

На чертеже изображена электротрансмиссия цилиндрического исполнения, продольный разрез,

Мгииина имеет общую магнитную сиетему 1 статора и общую катушку 2 возбуждения с отводами 3 для генератора и двигателя. Якорь 4 генератора и якорь 5 двигателя выполнены с рядом

кольцевых жидкометаллических контактов, размещенных в пазах соединительных полых цилиндрических шин. Нижняя шина состоит из немагнитного участка б и магнитного участка 7. Средняя шина состоит из магнитных участков 8 и 9 и немагнитных участков 10 12. Верхняя шина состоит из магнитного участка 13 и немагнитного участка 14. Нижняя и верхняя шины соединены дискретно расположенными ргщиашьными проводящими стержнями 15, которые проходят сквозь отверстия в средней шине и изолированы от нее. От статора и между собой шины изолированы тонкими слоями диэлектрика 16 19. Для осуществления сборки машины ее магнитная система и шины имеют горизонтальный разъем в плоскости оси, то есть составлены из двух полуцилиндров каждая.

На якорь генератора неподвижно посажены вращающиеся с ним электроды контактов в виде колец из немагнитного проводящего материала. Ряд внутренних (регулирующих) колец 20 охвачен участком 8 шины, наружное кольцо 21 охвачено участком 10, а наружное кольцо 22 охвачено участком 6 другой шины.

На якорь двигателя также неподвижно посажены вращающиеся кольцевые электроды из немагнитного материала. Рящ внутренних (регулирующих) колец 23 охвачен участком 9 шины, наружное кольцо 24 охвачено участком 11, а наружное кольцо 25 охвачено участком G. Имеется еще внешнее дополнительное кольцо 26, охваченное участком 14. Вал 27 генератора и вал 28 двигателя установлены в подшипникак, которые на чертеже не показаны. В средней части машины валы генератора и двигателя опираются на подшипники скольжения, расположенные в дисковой перегородке 29, изготовленн из магнитного материала и закрепленной S шине 6. Подшипники скольжения и шины валов выполнены немагнитными. Для изоляции валов подшипники скольжения размещены в диэлектрических втулках. На выступающих из мгииины валах 27 и 28 имеются уплотнения, обеспечивающие заполнение внутренней полости машины инертным газом ( аргоном) под небольшим избыточныь лавлением.

Работает униполярная электротрансмиссия следующим образом.

От первичного двигателя посредством вала 27 якорь генератора приводится во вращение. Отводы 3 катушки возбуждения подключаются к источнику постоянного тока, возникающий магнитный поток замыкается через статор и якори генератора и двигателя. Вблизи зазоров под полюсами поток проходит в основном через выступы (кольцевые зубцы) на расточке полюсов, и только относительно малая его часть пронизывает межэлектродные зазоры подвижных контактов, так как кольца 20-26 на якорях выполнены немагнитными. Вдоль активной длины якоря генератора наводится ЭДС. Межэлектродные зазоры под крльцами 21 и 22, 24 и 25 через каналы в шинах заполняются жидким металлом, поступающим из внешнего распределительного устройства. При этом якорь двигателя приходит во вращение и посредством вала 28 передает вращающий момент приводимому в движение механизму. Для регулирования частоты вращения и момента на валу 28 дригателя с помощью каналов в шинах и распределительного устройства производят (по заданной управляющей программе) выпуск жидкого металла из зазоров под кольцами 21 и (или) 24 и заполнение зазоров под одним из внутренних колец 20 генератора и или) одним из внутренних колец 23 двигателя. При этом регулирование в совмещенной системе генератор-двигатель осуществляется по напряжению за счет дискретного изменения активной длиИы якоря генератора и по магнитному потоку за счет дискретного изменения активной длины якоря двигателя. В целом регулирование частоты вращения и момента получается достаточно широ им и плавным, величина тока возбуждения в катушке 2 остается неизменной Варьирование тока возбуждения в совмещенной машине не давало бы эффекта регулирования, так как напряжение и магнитный поток менялись бы одновременно, а их действие на частоту вращения или момент двигателя противоположно.

Для реверсирования двигателя с помощью каналов Е шинг« под действием распределительного устройства запускается жидкий метсШл из зазора под кольцом 25, а также из зазора под кольцом 24 (если перед реверсом именно этот зазор был с жидким металлом); подается металл в зазор под кольцом 26 и в зазор под одним из колец 23 (если перед реверсом в зазорах под кольцгиии 23 не было метгшла, а метгшл был в заЗоре под кольцом 24). При этом направление тока в якоре двигателя менягется на противоположное, и якорь движения изменяет направление вращения. Ток в якоре дпнгателя про текает между кольцом 26 и одним из колец 2 3. Регулирование частоты вращения и момента двигателя после реверса производится так же, как описано вы ше: варьированием напряжения и магни ного потока с помощью распределитель ного устройства посредством освобождения от жидкого металла и заполнения им зазоров под кольцами 20 генератора и кольцами 23 двигателя. Предложенную униполярную электротрансмиссию целесообразно применять в электроприводе различных устройств средней и большой мощности с регулированием по схеме 7-Д, а также в передвижных установках, например в электроприводах гребных валов. Формула изобретения 1. Униполярная электротрансмиссия содержаицая магнитную систему статора с полюсами, три полые цилиндрически соосно установленные соединительные шины,якори генератора и двигатели, отличающаяся тем, что. с целью расширения диапазона регулирования частоты вращения и момента двигателя, трансмиссия снабжена регулирующими контактными кольцами, размещенными в пазах, выполненных в соединительных шинах под полюсами статора, и равномерно распределенными вдоль активной длины якорей генератора и двигателя. 2. Электротрансмиссия по п, 1, отличающаяся тем, что, с целью расширения ее функциональных возможностей путем реверсирования направления вращения двигателя, верхняя соединительная щина охватывает среднюю щину под полюсом двигателя и подключена одним концом к нижней шине, а другим концом - к контактному кольцу, расположенному на якоре двигателя за наружным краем указанного полюса. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Униполярные электрические машины. (Доклады конференции, Москва, март 1969). М., Информэлектро, 1969. 2.Патент Японии № 50-22650, кл. 53 А 324, опублик. 01.08.75..