УНИПОЛЯРНАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА С ВЫСОКИМ НАПРЯЖЕНИЕМ
UNIPOLAR DC MACHINE OF HIGH VOLTAGE

Изобретение относится к электрическим машинам постоянного тока, в частности к униполярным машинам постоянного тока. Более близким к ней прототипом является униполярная машина (УМ) постоянного тока с дисковым ротором.
Названная УМ, наряду с известными достоинствами обладает и некоторыми недостатками, в том числе и присутствие в ее конструкции скользящих контактов, снижающих ее надежность в работе. Другим существенным недостатком является достаточно низкое напряжение на электрическом выводе, что сужает область ее применения.
Техническим результатом предложенного изобретения является увеличение надежности в работе и существенное повышение напряжения выхода и соответственно расширение области ее применения.
Технический результат достигается тем, что вместо скользящих контактов применяются роликовые токосъемы и электропроводящие конические реверсивные механизмы, которые не только позволяют рядом стоящим дискам ротора вращаться в противоположных направлениях, но и последовательно их включать в якорную электрическую цепь и, соответственно, повысить выходное напряжение вновь изобретенной машины и существенно расширить области ее применения.
Предложенная униполярная машина постоянного тока с высоким напряжением, содержащая статор и ротор, разделенные воздушными зазорами, выполненная в виде униполярной машины с дисковым ротором, отличающаяся тем, что статор состоит из намагниченного вдоль образующих с круглыми отверстиями в центре ферромагнитными основаниями полого цилиндрического постоянного магнита со сквозными по бокам, через каждые 90°, несколькими отверстиями, через которые проходят диэлектрические оси подвижных электропроводящих конусов, вершинами направленных к его оси, а ротор состоит из нескольких электропроводящих и ферромагнитных, со скошенными попарно друг к другу краями и контактирующих с образующими названных конусов, дисков, установленных на вал с изоляцией друг за другом таким образом, что нечетные из них, если их считать слева направо на фиг.1, - жестко, а четные - подшипниками, электрически соединенными с центрами первых посредством электропроводящих колец, причем центры крайних из них соединены соответственно с положительной и отрицательной клеммами электрического ее вывода через плотно надетые на вал с изоляцией металлические полые цилиндры и установленные на них роликовые подшипники.
Продольный и поперечный разрезы показаны на фигурах 1 и 2. На фигурах приняты следующие обозначения: 1 - вал вращения, 2 - изоляция вала, 3 - металлический полый цилиндр, 3' - электропроводящее кольцо, 4 - ферромагнитное основание, 5 - полый цилиндрический постоянный магнит статора, 6 - электропроводящий конус, 7 - нечетные электропроводящие ферромагнитные диски ротора, 8 - четные электропроводящие, ферромагнитные диски ротора, 9 - диэлектрическая ось конуса, 10 - электропроводящий роликовый подшипник.
Униполярная машина постоянного тока с высоким напряжением в генераторном режиме работает следующим образом. При вращении внешним двигателем вал 1 по направлению часовой стрелки номинальной скоростью ω, как это показано на фигурах, жестко установленные на него нечетные, если их считать слева направо, электропроводящие и ферромагнитные диски 7 ротора начнут вращаться в ту же сторону и с такой же скоростью. Так как их скошенные края фрикционно соприкасаются с образующими электропроводящих подвижных конусов 6, размещенных на внутренней стороне цилиндрического статора, то и они начнут вращаться, закручивая также соприкасающиеся с ними нечетные диски 8 ротора, установленные на вал подшипниками, но уже в обратную сторону, т.е. против часовой стрелки.
я
Поскольку все диски находятся в магнитном поле постоянного магнита 5 статора, силовые линии индукции которого перпендикулярно пронизывают их плоскости, то в силу явления электромагнитной индукции в них индуцируются ЭДС в радиальных направлениях, у нечетных - от центров к краям, у четных - к центру, как это показано на фиг.1. Электрически указанные диски соединены меж собой через указанные конусы и электропроводящие кольца 3' таким образом, что наведенные в них ЭДС суммируются и на электрическом выводе предложенной УМ будет поддерживаться результирующее постоянное напряжение = U. При подключении к его клеммам определенной электрической нагрузки в обмотке якоря потечет некоторый постоянный ток якоря I. Причем, чем больше скорость вращения вала и больше количество установленных на него пар электропроводящих и ферромагнитных дисков ротора, тем выше будет результирующее постоянное электрическое напряжение на выводе машины.
я
В двигательном режиме предложенная униполярная машина постоянного тока с высоким напряжением работает в следующем порядке. При подаче на ее электрический вывод некоторого постоянного напряжения = U по обмотке ротора, в том числе по электропроводящим его дискам, потечет ток якоря I. Тогда их токи, идущие в радиальных направлениях, у нечетных - от центров к краям, у четных - к центрам от краев, начинают взаимодействовать с магнитным полем постоянного магнита 5 статора, у которого силовые линии, как видно из фиг.1, направлены слева направо и перпендикулярно пронизывают их плоскости. Тогда по правилу левой руки на нечетные диски 7 ротора будут действовать электромагнитные пондеромоторные силы в одном направлении, на четные 8 - в другом направлении, так как в них токи текут в другом направлении. Тем не менее, реверсивный механизм машины позволяет суммироваться указанным силам и создать результирующий максимальный вращательный момент, действующий на вал ротора. Вследствие этого вал 1 начнет вращаться против часовой стрелки с угловой скоростью - ω.
При этом необходимо отметить, что в качестве реверсивного механизма служат те же электропроводящие, парамагнитные конусы 6 со своими диэлектрическими осями, у каждого из которых образующие соприкасаются косыми краями соответствующих пар четных и нечетных дисков ротора и образуют не только электрические контакты между ними, но и фрикционную передачу, способствующую вращению рядом стоящих дисков ротора в противоположные стороны.
Источники информации
1. Бертинов А.И. Специальные электрические машины. - М.: Энергия. 1982 г.
2. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. - М.: ВШ. 1990 г.
3. Иванов-Смоленский. Электрические машины. - М.: Энергия, 1980 г.
4. Копылов И.П. Электрические машины. - М.: Энергоатомиздат, 1986 г.
5. Костенко М.П. и др. Электрические машины. - Ч.2. - Л.: Энергия, 1973 г.