Патент на изобретение №2397596
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) УНИПОЛЯРНАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА С ГУСЕНИЧНЫМ ТОКОСЪЕМОМ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области электрических машин, в частности к униполярным машинам (УМ) постоянного тока. Наиболее близким аналогом предложенной машины по физической и технической сущности является униполярная машина (УМ) постоянного тока с дисковым ротором. Наличие у названной машины минимум двух скользящих контактов на один диск снижает не только ее электромеханические характеристики, но и сужает область применения, так как нельзя получить на ее электрическом выводе относительно и необходимое большое напряжение. Кроме того, имеющее место между неподвижными электрическими щеточными контактами и подвижными частями якоря машины трения скольжения ведет к искрению на местах их соприкосновения и соответственно к повышению там переходных электрических сопротивлений и преждевременному износу машины. Преодоление недостатков щеточно-скользящих контактов возможно с помощью токосъема на основе электропроводящей жидкости. Однако создавать надежно герметизированные конструкции аппаратов жидкостного, особенно периферийного кольцевого, токосъемов, не допускающих утечки инертного газа и паров электропроводящей жидкости, достаточно трудоемко и дорого. Кроме того, в режимах пуска и торможения УМ, а также при относительно высоких скоростях на жидкостный слой в кольцевом канале действуют центробежные и гравитационные, магнитные и электромагнитные силы, а также силы трения, которые отрицательно влияют на ее работу. Техническим результатом заявленного изобретения являются улучшения электромеханических характеристик, повышение надежности в работе, увеличение износостойкости, повышение в несколько раз рабочего напряжения и расширение области ее применения. Технический результат достигается тем, что в предложенной конструкции УМ отсутствуют как скользящие механоэлектрические, так и жидкостные электрические контакты. В качестве таких контактов в предложенной УМ служат электропроводящие ремни, которыми опоясаны, как правило, два электропроводящих диска якоря, вращающиеся в одном направлении относительно постоянных магнитных полей между магнитными полюсами противоположной полярности, силовые линии которых направлены в противоположные стороны. Этому способствует и то, что поверхности периметров первого и последнего электропроводящих гусеничных дисков якоря машины связаны с ее электрическим выводом через электропроводящие гусеницы и два неподвижных обода. УМ с гусеничным ротором может работать и в генераторном, и в двигательном режимах. В генераторном режиме при вращении электропроводящих гусеничных и ременных дисков от постороннего двигателя в их секторах в радиальном направлении или к их центрам, или от центров, в зависимости от того, в каком направлении они вращаются, в каком направлении их пересекают магнитные силовые линии статора, возникают ЭДС в силу закона электромагнитной индукции, которые, суммируясь на клеммах электрического вывода, дают результирующее напряжение = U. В двигательном режиме при подаче на электрический вывод УМ постоянного напряжения = U от постороннего источника по секторам электропроводящих дисков и ее якоря потекут постоянные токи в радиальном направлении, которые взаимодействуют с магнитными полями постоянных магнитов статора, что заставит их вращаться в одинаковом направлении синхронно. 2 ил.
Изобретение относится к области электрических машин, в частности к машинам постоянного тока. Наиболее близким аналогом предложенной машины по физической и технической сущности является униполярная машина (УМ) постоянного тока с дисковым ротором. Наличие у названной машины минимум двух скользящих контактов на один диск снижает не только ее электромеханические характеристики, но и сужает область применения, так как нельзя получить на ее электрическом выводе относительно и необходимое большое напряжение. Кроме того, имеющее место между неподвижными электрическими щеточными контактами и подвижными частями якоря машины трение скольжения ведет к искрению на местах их соприкосновения и соответственно к повышению там переходных электрических сопротивлений и преждевременному износу машины. Преодоление недостатков щеточно-скользящих контактов возможно с помощью токосъема на основе электропроводящей жидкости. Однако создавать надежно герметизированные конструкции аппаратов жидкостного, особенно периферийного кольцевого, токосъемов, не допускающих утечки инертного газа и паров электропроводящей жидкости, достаточно трудоемко и дорого. Кроме того, в режимах пуска и торможения УМ, а также при относительно высоких скоростях на жидкостный слой в кольцевом канале действуют центробежные и гравитационные, магнитные и электромагнитные силы, а также силы трения, которые отрицательно влияют на ее работу. Техническим результатом заявленного изобретения являются улучшения электромеханических характеристик, повышение надежности в работе, увеличение износостойкости, повышение в несколько раз рабочего напряжения и расширение области ее применения. Технический результат достигается, тем, что в предложенной конструкции УМ отсутствуют как скользящие механоэлектрические, так и жидкостные электрические контакты. В качестве таких контактов в предложенной УМ служат электропроводящие ремни, которыми опоясаны, как правило, два электропроводящих диска якоря, вращающиеся в одном направлении относительно постоянных магнитных полей между магнитными полюсами противоположной полярности, силовые линии которых направлены в противоположные стороны. Кроме того, поверхности периметров двух выходных электропроводящих гусеничных дисков якоря машины связаны с ее электрическим выводом через электропроводящие гусеницы и два неподвижных обода. Предложенная униполярная машина постоянного тока с гусеничным токосъемом, выполненная в виде четырех униполярных машин с общим статором и электрически последовательно соединенными дисками, отличающаяся тем, что в качестве ее статора служат две крайние и один центральный общие неподвижные постоянные магниты с круглыми, имеющими в центрах отверстия для свободного прохождения двух параллельных, состоящих из диэлектрических и электропроводящей частей осей вращения, отодвинутыми друг от друга полюсами противоположной полярности, между которыми и на упомянутых осях установлены электрически последовательно соединенные электропроводящими частями последних и таким же ремнем, служащие в качестве ее ротора две пары ременных и гусеничных дисков, один из последней которых присоединен через движущиеся по поверхности его периметра электропроводящие гусеницы и неподвижный обод к положительной клемме ее электрического вывода, а другой, в таком же порядке – к отрицательному. На фигурах 1 и 2 показаны соответственно поперечный и продольный разрезы предложенной УМ. На них приняты следующие обозначения: 1 – электропроводящая гусеница; 2 – электропроводящий обод; 3 – гусеничный диск; 4 – электропроводящий ремень; 5 – ременный диск; 6, 6′ – соответственно электропроводящая и диэлектрическая части оси вращения; 7 – крайний постоянный магнит статора; 8 – центральный постоянный магнит статора. Предложенная УМ постоянного тока с гусеничным токосъемом работает следующим образом. 1. Генераторный режим. При вращении гусеничных и ременных дисков 3 и 5 соответственно против часовой стрелки с угловой скоростью 2. Двигательный режим. При подключении якорной цепи УМ к источнику постоянного напряжения = U ток якоря iя потечет от положительной клеммы электрического ее вывода через электропроводящие первый неподвижный обод 2, гусеницы 1, первый гусеничный диск 3, электропроводящую часть 6 одной оси вращения ротора, первый ременный диск 5, электропроводящий ремень 4, другой ременный диск 5, электропроводящую часть 6 другой оси вращения, другой гусеничный диск 3, гусеницы 1 и другой неподвижный обод 2 к отрицательной клемме. То есть ток якоря потечет против направления, показанного на фигурах, в режиме генератора. Токи якоря, текущие по всем секторам всех электропроводящих дисков, будут при этом взаимодействовать с магнитными полями созданными круглыми полюсами крайних 7 и центрального 8 постоянных магнитов статора, что приводит к возникновению пондеромоторных сил, действующих на все названных четыре диска ротора УМ. В итоге все диски будут вращаться по направлению против часовой стрелки в соответствии с правилом левой руки с угловой скоростью Источники информации 1. Бертинов А.И. и др. Униполярные Эл. машины с жидкометаллическими токосъемами. – М.-Л.: Энергия, 1966. 2. Бертинов А.И. Специальные электрические машины. – М.: Энергия, 1982. 3. Иродов И.А. Электромагнетизм. – М.: Бином, 2003. 4. Калашников С.Г. Электричество. – М.: Наука, 1985. 5. Копылов И.П. Электрические машины. – М.: Энергоатомиздат, 1986. 6. Ландсберг Г.С. Эл. учебник физики; Т.1, Механика. – М.: Наука, 1968. 7. Матвеев А.Н. Механика и теория относительности. – М.: ВШ, 1986.
Формула изобретения
Униполярная машина постоянного тока с гусеничным токосъемом, выполненная в виде четырех униполярных машин с общим статором и электрически последовательно соединенными дисками, отличающаяся тем, что в качестве ее статора служат два крайние и один центральный общие неподвижные постоянные магниты с круглыми, имеющими в центрах отверстия для свободного прохождения двух параллельных, состоящих из диэлектрических и электропроводящей частей осей вращения, отодвинутыми друг от друга полюсами противоположной полярности, между которыми и на упомянутых осях установлены электрически последовательно соединенные электропроводящими частями последних и таким же ремнем, служащие в качестве ее ротора, две пары ременных и гусеничных дисков, один из последней которых соединен через движущиеся по поверхности его периметра электропроводящие гусеницы и неподвижный обод к положительной клемме ее электрического вывода, а другой, в таком же порядке – к отрицательной.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
от постороннего двигателя в их секторах в силу явления электромагнитной индукции возникнут электродвижущие силы (ЭДС) по направлению радиусов, как это показано на фигурах. Это связано с тем, что они при этом вращаются в постоянных магнитных полях статора. ЭДС, возникшие в каждом диске, суммируясь на электрическом выводе, создадут постоянное напряжение = U. Если при этом к этому выводу присоединить определенную электрическую нагрузку, по якорной цепи УМ потечет ток якоря iя по направлению, показанному на фигурах.
