КРИОГЕННАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Советский патент 1996 года по МПК H02K9/197 H02K55/02 

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано при создании электрических машин постоянного и переменного тока со сверхпроводящей обмоткой возбуждения.

Известна электрическая машина постоянного тока со сверхпроводящей обмоткой возбуждения без ферромагнитопровода.

Недостатком такой машины является увеличенный износ элементов контактной пары, работающей в зоне магнитных полей рассеяния.

Наиболее близкой к изобретению является криогенная электрическая машина, содержащая сверхпроводящую обмотку возбуждения, расположенную в гелиевом сосуде криостата, якорь, контактный узел, состоящий из неподвижной и подвижной части и обеспечивающий токосъем, ферромагнитный экран.

Известное решение улучшает работу контактной пары в сильных магнитных полях, но величина потерь в контактной паре остается значительной.

Процесс увеличения потерь и износа в контактной паре, работающей во внешних магнитных полях, может быть описан как результат возникновения электродинамических сил при взаимодействии магнитного поля с током, протекающим в контактной паре. При этом возникают зоны с повышенной плотностью тока, в которых стабилизируется основная величина транспортного тока контактной пары. В этих участках повышается рабочая температура, увеличиваются потери и начинается лавинообразный процесс износа контактной пары. Природа износа связана с механическим разрушением контактной пары, явлением электроэрозии контактных поверхностей.

Увеличенный износ рабочих элементов контактной пары, обусловленный магнитными полями рассеяния сверхпроводящей системы возбуждения, резко снижает надежность криогенной электрической машины, ухудшается коммутация, увеличивается искрение под щетками.

Целью изобретения является уменьшение износа элементов контактной пары и повышение надежности электрической машины.

Цель достигается тем, что ферромагнитный экран выполнен в виде диска с центральным отверстием и расположен снаружи криостата на его торцовой поверхности между лобовой частью обмотки якоря и контактным узлом соосно якорю, и на диске закреплена неподвижная часть контактного узла, а на внутренней поверхности торцовой стенки гелиевого сосуда, расположенной со стороны контактного узла, закреплено плоское сверхпроводящее кольцо.

На фиг. 1 изображена криогенная электрическая машина с коллектором, на фиг.2 машина с контактными кольцами.

Криогенная электрическая машина состоит из криостата 1, во внутренней полости которого в гелиевом сосуде 2 размещена СП-обмотка возбуждения 3, якоря (ротора) 4 с вращающейся 5 и неподвижной 6 частями и контактного узла. Сверхпроводящее плоское кольцо 7 устанавливается внутри криостата, ферромагнитный диск 8 расположен между лобовой частью 9 обмотки якоря и контактным узлом в "теплой зоне". Сверхпроводящее кольцо и ферромагнитный диск установлены концентрично якорю двигателя. Так как криостат в криогенном двигателе с неподвижной сверхпроводящей системой возбуждения охватывает якорь двигателя с контактной системой, то сверхпроводящее кольцо, закрепленное в гелиевом сосуде, разделяет зону сверхпроводящей системы возбуждения и зону контактных колец. В соответствии с принципом сохранения неизменным потоко-сцепления магнитосвязанных систем указанное сверхпроводящее кольцо обеспечивает снижение полей рассеяния в зоне контактного узла от сверхпроводящей системы возбуждения во всем диапазоне рабочих токов возбуждения, а так как затухание потока сверхпроводящего кольца близко к нулю, то и на протяжении всего времени работы двигателя.

Ферромагнитный диск устанавливается между лобовой частью обмотки якоря и контактным узлом так, что ось симметрии диска совпадает с осью вращения электрической машины, и диск полностью схватывает вал машины. Диск желательно выполнить таким образом, чтобы магнитная проницаемость его в радиальном направлении была выше, чем в осевом, для этого диск может быть шихтованным. Это обеспечивает снижение тангенциальных составляющих полей рассеяния магнитного поля. Диск одновременно в конструкции машины служит основанием для крепления траверсы неподвижной части контактного узла.

Таким образом, конструкция из сверхпроводящего кольца в "холодной зоне" и диска из ферромагнетика в "теплой зоне" позволяет ограничить влияние как радиальной, так и аксиальной составляющих магнитного поля СП-системы возбуждения на контактный узел электрической машины при оптимальных массогабаритных показателях конструкции сверхпроводящего и ферромагнитного экранов.

Повышение надежности контактного узла машины за счет снижения влияния магнитного поля на контактную пару решает задачу обеспечения необходимого уровня надежности всех элементов двигателя. По предварительным данным уровень износостойкости элементов контактной пары повышается в 5-8 раз при снижении магнитных полей в зоне контакта с 1 т до 0,05 т.

Криогенная электрическая машина, содержащая сверхпроводящую обмотку возбуждения, расположенную в гелиевом сосуде криостата, якорь, контактный узел, состоящий из неподвижной и вращающейся части и обеспечивающий токосъем, ферромагнитный экран, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения износа элементов контактной пары и повышения надежности электрической машины, ферромагнитный экран выполнен в виде диска с центральным отверстием и расположен снаружи криостата на его торцовой поверхности между лобовой частью обмотки якоря и контактным узлом соосно якорю, и на диске закреплена неподвижная часть контактного узла, а на внутренней поверхности торцовой стенки гелиевого сосуда, расположенной со стороны контактного узла, закреплено концентрично якорю сверхпроводящее плоское кольцо.

Криогенная электрическая машина, содержащая сверхпроводящую обмотку возбуждения, расположенную в гелиевом сосуде криостата, якорь, контактный узел, состоящий из неподвижной и вращающейся части и обеспечивающий токосъем, ферромагнитный экран, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения износа элементов контактной пары и повышения надежности электрической машины, ферромагнитный экран выполнен в виде диска с центральным отверстием и расположен снаружи криостата на его торцовой поверхности между лобовой частью обмотки якоря и контактным узлом соосно якорю, и на диске закреплена неподвижная часть контактного узла, а на внутренней поверхности торцовой стенки гелиевого сосуда, расположенной со стороны контактного узла, закреплено концентрично якорю сверхпроводящее плоское кольцо.