Униполярная трансмиссия Советский патент 1982 года по МПК H02K51/00 H02K31/04 

(54) УНИПОЛЯРНАЯ ТРАНСМИССИЯ

Изобретение относится к электроприводам с использованием системьа генератор-двигатель, в частности к электрическим униполярным машинам, и может быть использовано для плавного регулирования скорости в широком диапазоне. ,

Известна униполярная трансмиссия, состоящая из генераторной и двигательной частей. На входном и выходном вёшах жестко закреплены роторы генератора и. двигателя, имеющие коническую форму. Токосъем осуществляется с помощью ртути, заливаемой в воздушный зазор til.

Известна униполярная трансмиссия, представляющая собой однокорпусную систему генератор-двигатель. Роторы генератора и двигателя выполнены в виде полых медных стаканов. Электрический контакт осуществляется с помощью натрий-калиевого токосъема С23..

Известная униполярная трансмиссия, состоящая из двух униполярных мшаин с жидкометаллическим токосъемом,соединенных по системе генератор-двига- тель, содержащая роторы и магнитопроводы с компенсационными обмотками и обмотками возбуждения, входной

и выходной валы, общий для обеих машин кожух, причем генератора жестко соединен с компенсационной обмоткой двигателя. Дпд подачи и циркуляции жидкого металла к жидкометаллическим контактам на компенсационной обмотке двигателя и в полости периферийной контактной пары генератора предусмотрены заборные элементы. При10менением такой конструкции, в которой при работе трансмиссии кожух машины с находя1дамся в нем жидким металлом постоянно вращается, достигается заполнение всей окружности кон15тактов жидким металлом даже при нелодвижном выходном вале , что обеспечивает малое электрическое сопротивление контактов и, следовательно, получение высокого пускового момента на выхЬдном валу трансмиссии 3.

20

Однако данное устройство обладает .сложностью конструкции и. необходимостью применения входного редуктора, обеспечивающего вращение магнитопро25вода генератора со скрепленным с ним кожухом с более низкой частотой вращения, чем частота вращения входного вала малой надежностью и долговечностью, обусловленными наличием кон30тактных колец для питания обмоток зозвуждения машин, и необходимостью постоянной подпитки полости трансмис сии изолирукждим инертным газом. Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение надежности. Поставленная цель достигается тем что над трансмиссией установлена по меньшей мере одна емкость, имеющая объем не менее объема внутренней полости трансмиссии, соединенная с перифери-йными контактными зонами двига теля и генератора с помощью трубок, размещенных в емкостях, в которых вы полнены отверстия, в трубке со сторо ны генератора в верхней части, в трубке со стороны двигателя - в нижней части, трансмиссия,снабжена силь фоном, заполненным инертным газом и соединенным с внутренней полостью трансмиссии в .зоне, .прилегающей к центральному контакту.. На фиг.1 и 2 представлены две про екции униполярной трансмиссии с мест ными разрезами; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг.2 (повернуто); на фиг.4 разрез Б-В на фиг.2 (повернуто). Электрическая униполйрная трансмиссия состоит из двух машин с жидкомет аллическими контактами, связанных по системе генератор-двигатель. Ротор 1 генератора и ротор 2 двигателя, представляющие собой массивные ферромагнитные цилиндры, жестко связаны соответственно с входным 3 и выходным 4 валами через изолирующие прокладки 5 и 6. На торцах роторов 1 и 2 укреплены плоские контактные Кольца 7 и 8, поверхности которых вместе с поверхностями проточек в корпусе статора 9 образуют контактные полости периферийных жидкрметаллических контактов. Контактмая полость центрального жидкометаллического контакта образойана поверхностями контактного кольца 10, укрепленного на торце генератора 1, и контактного диска 11, укрепленного н торце ротора двигателя 2 и выполненного из электропроводящего немагнитного материала, например меди. На внешней поверхности контактного коль ца 10 нарезана спиральная канавка. Обмотки возбуждения генератора 12 и двигателя 13 расположены в магнитопроводах генератора 14 и двигателя 15, жестко скрепленных с корпусом статора. Магнитопроводы генератора 14 и двигателя 15 посажены на втулки 16 и 17, изготовленные из ферромагнитного материала. В верхней части трансмиссии установлены цилиндрические емкос ти 18 и сильфон 19. Емкости 18 сообщаются с внутренней полостью трансмиссии через полые стойки 20 и 21 и отверстия в корпусе статора 9, причем, как показано на фиг.2, каждая из емкостей 18 сообщается с внутренней полостью генератора через полую стойку 20, имеющую выход в верхней части емкости 18, а с внутренней по- лостью двигателя - через полую стойку 21, имеющую выход в нижней части емкости 18. Сильфон 19 сообщается с внутренней полостью трансмиссии через отверстие в корпусе статора 9, как показано на фиг.1.В нижней части кор-. пуса статора 9 имеется также отверстие, сообщающее между собой внутренние полости генератора и двигателя. Выходной вал 4 и входной вал 3 установлены- в .подшипниках 22 и 23, для фиксации которых служат втулки 24 и 25 распорные. Для герметизации внутренней полости трансмиссии применены магнитожидкостные уплотнения, включающие в себя кольцевые магниты 26 и ферромагнитные шайбы 27. Принцип действия предлагае.мой униполярной трансмиссии заключается в следующем. При неподвижном входном вале 3 внутренняя полость трансмиссии полностью заполнена жидким металлом, что препятствует возможному окислению контактных поверхностей при длительной стоянке -.а в емкостях 18 и сильфоне 19 находится инертный газ при нормальном давлении. При приведении во вращение входного вала 3 жидкий металл из всех-зазоров, примыкакщих к вращающимся частям, под действием центробежной силы вытесняется через отверстие в нижней части корпуса статора 9 во .внутреннюю полость двига- , теля и через полые стойки 21 - в ёмкости 18. Во внутренней полости генератора жидкий металл .удерживается только в контактных полостях перифе рийного и центральногожидкометаллических контактов. Образовавшиеся в внутренней полости генератора пустоты заполняются через полые стойки 20 инертным газом, поступающим из емкостей 18. Перетоку жидкого металла по зазору из внутренней полости двигателя во внутреннюю полость генератора препятствует спиральная канавка на внешней поверхности кольца 10, которая создает гидравлический напор в сторону внутренней полости двигателя. Таким образом, при вращающемся роторе 1 генератора и неподвижном роторе 2 двигателя вся внутренняя полость двигателя заполнена жидким металлом,что позволяет получить высокий пусковой момент на выходном валу 4 униполярной трансмиссии. При достижении ротором 2 двигателя определенной частоты вращения жидкий металл центробежныг-да силами вытесняется через полую стойку 21 в емкости 18, из которых во внутреннюю полость двигателя через полую стойку 20 поступает инертный газ. При этом в диапазоне регулируемых частот вращения выходного вала 4 жидкий металл во внутренней полости двигателя удерживается только в полости, периферийной контактной пары, что обеспечивает работу контак та с малыми гидродинамическими потерями. Таким образом, предлагаемая конструкция контактного аппарата, включающего емкости 18, позволяет получить оптимальный уровень жидкого металла в контактах как в пусковом, так и в рабочем режимах. Сильфон 19 служит для компенсации теплового расширения инертного газа, заполняющего внутреннюю полость трансмиссии, при повышении температуры трансмиссии, во время работы. Герме|тичные магнитожидкостные уплотнения исключают утечку инертного газа из внутренней полости трансмиссии и пре пятствуют проникновению жидкого металла во внешнюю среду. При этом отпадает необходимодть в системе очист ки и подпитки инертным газом, а первоначальная заправка трансмиссии жид ким металлом и инертным газом с высо кой степенью очистки позволяет эксплуатировать униполярную трансмиссию без перезаправки в течение всего сро ка службы. Формула изобретения Униполярная трансмиссия с выходны и входным валами, выполненная в виде двух электрических униполярных

$

Фиг.1 машин с жидкометаллическим токосъе мом, соединенных по системе генератор - двигатель, содержащая роторы, имеющие общий центральный и по одному периферийному контакты, установленные концентрично общему для обеих машин корпусу статора, магнитопроводы, жестко скрепленные с корпусом статора, с расположенными в них обмотками возбуждения и магнитожидкостные уплотнения, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности, над трансмиссией установлена по меньшей мере одна емкость, имеющая объем не менее объема внутренней полости трансмиссии, соединенная периферийными контактными зонами двигателя и генератора с помощью трубок, размещенных в емкостях, в которых выполнены отверстия, в трубке со стороны генератора - в верхней части, в трубке со стороны двигателя - в нижней части, и трансмиссия снабжена сильфоном; заполненным инертным газом и соединенным с внутренней полостью трансмиссии в зоне, прилегающей к центральному контакту. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3383532, кл, 310-102, 1968. 2.Патент Англии № 1256757, кл.. Н 2 А, 1971. 3. Авторское свидетельство СССР № 458932, кл. Н 02 К 31/00, 1973,

7Гт

АА

Фиг. г

S-6

21