УНИПОЛЯРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Полезная модель относится к области электрических машин, в частности к униполярным электрическим машинам и может быть использована в качестве генератора или двигателя постоянного тока.
Известна униполярная электрическая машина, содержащая ротор, статор установленный с зазором относительно ротора, имеющий обмотку возбуждения на статоре, создающую внешний магнитный поток, воздействующий на ротор, токосъемного устройства состоящего из щеток и ротора, между которыми образуется непрерывный скользящий контакт (Униполярные машины, под ред. А.И.Бертинов, Б.Л.Алиевского, С.Р.Троицкого. М.: Энергия, 1966 г. стр.33, рис.1.15, ∂).
Также известна униполярная электрическая машина, в которой для увеличения напряжения ротор разделяется на секции электроизоляционными прокладками, которые с помощью токосъемных устройств соединяются последовательно, причем величина напряжения будет пропорциональна числу секций. (Униполярные машины, под ред. А.И.Бертинов, Б.Л.Алиевского, С.Р.Троицкого. М.: Энергия, 1966 г. стр.32, рис.1.15, з).
Недостатками известных униполярных электрических машин является то, что для получения высокого напряжения требуется слишком большое число секций и щеток, что значительно усложняет конструкцию и увеличивает потери.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели, является униполярная электрическая машина Форбса (Электрические униполярные машины под ред. Л.А.Суханова, стр.17-19, рис.16), состоящая из статора с двумя обмотками возбуждения, ротора цилиндрического типа жестко связанного с валом, токосъем по окружности ротора, состоящего из контактных угольных щеток, медных колец углового сечения и торцевых стальных колец, причем угольные щетки вмонтированы в медные кольца углового сечения, расположены на статоре и соединены с обмотками возбуждения и торцевыми стальными кольцами, изолированными от статора.
Недостатком данного устройства, выбранного в качестве прототипа, также как и всех перечисленных устройств, является узкая область применения, возможность получения высокого напряжения только за счет увеличения числа контактных угольных или графитовых щеток, что снижает надежность и КПД устройства.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение выходного напряжения униполярной машины за счет изменения конструкции магнитной системы и применения многовитковой обмотки ротора, что значительно расширяет области ее применения и повышает КПД.
Технический результат достигается тем, что униполярная электрическая машина постоянного тока содержит статор с двумя кольцевыми обмотками возбуждения, расположенными в пазах статора, ротор цилиндрического типа, жестко связанный с валом, и токосъем, состоящий из графитовых щеток, медных контактных колец, согласно полезной модели, ротор цилиндрического типа представляет собой немагнитную втулку, на которой расположены в шахматном порядке П-образные пакеты, состоящие из центральных полюсов, крайних правых полюсов и крайних левых полюсов, причем в пазах центральных полюсов, находящихся по центру ротора цилиндрического типа, помещена многовитковая волновая обмотка якоря, концы которой подсоединены к медным контактным кольцам, расположенным на валу, обмотки возбуждения соединены таким образом, что магнитные потоки, создаваемые ими, направлены в одну сторону.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 показан поперечный разрезы униполярной электрической машины. На фиг.2 линейная развертка ротора цилиндрического типа и многовитковой волновой обмотки якоря.
Униполярная электрическая машина содержит статор 1 с двумя кольцевыми обмотками возбуждения 2, 3, расположенными в пазах статора 4, ротор цилиндрического типа 5, жестко связанный с валом 6, и токосъем, состоящий из графитовых щеток 7, медных контактных колец 8, отличающаяся тем, что ротор цилиндрического типа представляет собой немагнитную втулку 9, на которой расположены в шахматном порядке П-образные пакеты, состоящие из центральных полюсов 10 и крайних правых полюсов 11 и крайних левых полюсов 12, причем в пазах центральных полюсов 9, находящихся по центру ротора цилиндрического типа, помещена многовитковая волновая обмотка якоря 13, концы которой подсоединены к медным контактным кольцам 8, расположенным на валу 6, обмотки возбуждения 2 и 3 соединены таким образом, что магнитные потоки, создаваемые ими, направлены в одну сторону.
Униполярный электрический генератор работает следующим образом. Обмотки возбуждения 2, 3, питаемые постоянным током, создают магнитные потоки Ф1 и Ф2 (показано на фиг 1 пунктиром), которые замыкаются через разные полюса ротора цилиндрического типа. Магнитный поток обмотки возбуждения 3 Ф.1.. замыкается через крайние правые полюса ротора 11, центральный полюс 10 и центральную часть статора; а поток обмотки возбуждения 2 Ф2 замыкается через левые крайние полюса ротора 12, центральный полюс 10 и центральную часть статора.
При вращении ротора цилиндрического типа во всех активных частях многовитковой волновой обмотки якоря 13 наводится однонаправленная ЭДС. Величина ЭДС многовитковой волновой обмотки якоря зависит от величины магнитных потоков возбуждения Ф1 и Ф2, частоты вращения ротора цилиндрического типа и числа витков многовитковой волновой обмотки якоря, т.е. напряжение униполярной электрической машины будет значительно выше по сравнению с прототипом, где выходная обмотка представляет собой поверхность ротора, т.е. один виток.
Кроме того, повышение КПД униполярной электрической машины по сравнению с прототипом достигается за счет уменьшения трения в скользящем контакте между графитовыми щетками и медным контактным кольцам, это связано с уменьшением диаметра скользящего контакта при расположении контактных колец на валу, а не на самом роторе как в прототипе.