Униполярная машина с жидкометаллическими контактами Советский патент 1981 года по МПК H02K31/04 

Изобретение относится к электрическим Мсштнам постоянного тока, а именно к униполярным машинам (УМ). Эти машины используются в электротехнологических установках большого тока, для питания МГД-устройств в крупных системах электропривода и в других областях техники. Известно большое разнообразие конструкций УМ с жидкометаллическими контактами 11. Однако с увеличением скорости вращения их характеристики, в частности КПД, в значительной степени определяются потерями на трение в контактах, главным образом в периферийных контактах. Известно щеточное контактное уст ройство, содержащее промежуточные электроды в виде вгша и насаженного на него диска с проволочной щеткой Данная машина позволяет уменьшить потери на трение за счет выравнивания линейных скоростей диска якоря УМ и промежуточного щеточного элект рода 2. Однако данный контакт, как и дру гие твердые контакты, ввиду малой поверхности касания, не позволяет передавать большие токи и характери зуется существенным падением напряжения . Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является машина, в которой с целью улучшения массо-габаритных показателей УМ и повышения напряжения якоря, на одном валу размещены два диска якоря, а ферромагнитопровод сдвлгш единым. К таким машинам относится, например, сдвоенная У№ с жидкемлеталлическими. контактами. В этой УМ диски якоря электрически последовательно соединены между собой по валу, что позволяет уменштть число подвижных контактов до двух контактов, расположенных на перифе{жи дисков {3}. Однако такая конструкция машины не обеспечивает существенного увеличения КПД W1, поскольку основные потери мощности приходятся именно на пеЕадфе жйные контакты. Желательно иметь УИ, котсфая при высокой удельной мощности на единицу массы или объема х$ладает также большим КПД и рассчитана иа большой ток. Цель изобретения - повьацение КПД и улучшение массо-габаритных показателей.

Эта цель достигается тем, что оба выходных жидкометаллических контакта размещены у вала, диски якоря электрчески изолированы от вала и соединены между собой последовательно по периферии, а промежуточное жидкометаллическое контактное устройство выполнено в виде стержней с контактными дисками, установленных в подшипниках, размещенных у периферии дисков якоря.

Введение промежуточного жидкометаллического контактного устройства с вращающимися электродалш и использование выходных жидкометаллических контактов у вала обеспечивают передачу большого тока при малых потерях на трение ввиду выравнивания линейных скоростей электродов каждого из периферийных контактов и при малом падении напряжения.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема униполярной машины с жидкометаллическими контактами; на фиг. 2 - то же, поперечное сечение, разрезы А-А и Б-Б на фиг. 1.

Унигюлярная машина включает два диска якоря 1, укрепленные на одном валу Г. с помощью изоляционных втулок 3, Соответственно имеются два выходных жидкометаллических контакта -4, которые могут одновременно служить подшипниками. Совмещение контактов с подшипниками дает дополнительное уменьшение габаритов и масы а также устраняет необходимость в уплотнениях между этими узлами. Статор машины симметричен и состоит из двух обмоток возбуждения 5 и ферромагнитопровода 6. Возможно исполнение машины и без ферромагнитопровода.

, Электрическое соединение дисков якоря 1 между собой, осуществляется посредством промежуточного жидкометаллического контактного устройства которое включает ряд стержней 7 с контактными дисками 8, опирающихся на подшипники 9 и вращающихся относительно собственных осей. Ввиду малой нагрузки на стержни здесь можно использовать, например, газовые подшипники скольжения с самонагнетанием смазки, отличающиеся очень низкими потерями на трение. Прдшипники либо изготовлены из непроводящего материала, либо изолированы от феррмагнитопровода.

Униполярная машина работает следующим образом.

При наличии тока в обмотках возбуждения 5 в ферромагнитопроводе 6 возникает магнитный поток, который пересекает диски якоря 1. В случае вращения вала 2 от внешнего привода в дисках якоря .1 создаются ЭДС, которые снимаются с помощью выходных жидкометаллических контактов 4 и прмежуточного контактного устройства

у периферии дисков 1 (режим униполярного генератора) . В случае подве-. дения напряжения от внешнего источника к выходным контактам 4 наличие тока в дисках якоря 1 и магнитного поля возбуждения обусловливает электромагнитный момент, который приводит в движение ротор машины, включающий вал 2 и диски якоря 1 (режим униполярного двигателя). Токи в дисках якоря 1 противоположны по направлению: в одном диске ток течет от периферии к центру, а в другом - от центра к периферии. Таким образом, предложенная машина представляет собой сдвоенную УМ с последовательным соединением дисков якоря. В результате оба выходных контакта 4 расположены у вала и имеют малую относительную скорость движения электродов

20 Периферийное контактное устройство является промежуточным и действует следующим образом.

Расположенные на концах стержней 7 контактные диски 8 погружены в жидкометаллические кольца 10, которые образуются во внутренних проточках дисков якоря 1 при их вращении и вращаются вместе с дисками. Жидкий металл приводит в движение стержни с контактными дисками, благодаря чему разность скоростей электродов (контактных дисков 8 и дисков якоря 1) оказывается близ.кой к нулю. Это обеспечивает очень малые потери мощности на трение. Капли жидкого металла, срывающиеся с поверхностей контактных дисков 8 при выходе из жидкометаллического кольца 10, улавливаются с помощью кольцевых проточек в статоре и возвращаются в рабочую зону контактов, Внутренние поверхности статора покрыты изоляционнь1м слоем для предотвращения короткого замыкания.

Формула изобретения

Униполярная машина с жидкометаллическими контактами, состоящая из статора с обмотками возбуждения, двух последовательно соединенных промежуточными контактами дисков якря, расположенных на одном валу, и выходных контактных устройств, о тличающаяся тем, что, с целью повышения КПД и улучшения массо-габаритных показателей машины, оба выходных контакта размещены у вала, диски якоря электрически изолированы от вала и соединены между собой по периферии, а промежуточное контактное устройство выполнено в виде стержней с контактными дисками установленных в подшипниках, размещенных у периферии диской якоря.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бертинова А.И. и др. Униполярные электрические машины. М.-Л., Энергия, 1966, с. 19.

10

2.Патент Англии № 1374243, кл. Н 2 А, 1965.

3.Патент США № 2755398-кл.310-178, 1968.

Ю