КОЛЛЕКТОР МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИМИ РЕМНЯМИ
COLLECTOR OF DIRECT CURRENT MACHINE WITH ELECTRICALLY CONDUCTING BELTS

Изобретение относится к области электротехники, в частности к коллекторам машины постоянного тока, далее МПТ. Более близким аналогом предложенному коллектору является коллектор со скользящими щетками по контактным пластинам.
Названный коллектор обладает рядом недостатков. Это, прежде всего, скользящие щеточные контакты по электропроводящим коллекторным пластинам и изоляторам между ними. От трения скольжения они быстро изнашиваются, из-за чего резко повышаются переходные сопротивления. А это ведет к искрению в щеточной области и к повышению температуры всего коллектора, а значит - к нагреву МПТ.
В целях устранения названных недостатков была разработана и создана бесконтактная машина постоянного тока (БЭМ=тока), в конструкции которой отсутствует коллектор. Он заменен полупроводниковым выпрямителем или инвертором.
Однако это не только усложнило конструкцию машины, но и существенно понизило ее надежность в работе. Поэтому он используется, как правило, только в машинах малых и средних мощностей.
Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости коллектора, надежности его в работе, существенное расширение области применения МПТ с таким коллектором.
Технический результат достигается путем отказа как от скользящих щеточных контактов, так и от полупроводниковых выпрямителей. В предложенной конструкции коллектора МПТ вместо коллектора со скользящими щетками применяются два замкнутых электропроводящих ремня, каждый из которых плотно прилегает с двух сторон к внешней поверхности коллекторного цилиндра.
Противоположные места соприкосновения одного ремня с поверхностью цилиндра с коллекторными пластинами отодвинуты на 90 градусов по его окружности от тех же мест соприкосновения другого ремня.
Предложенный коллектор машины постоянного тока с электропроводящими ремнями, выполненный в виде коллекторного узла машины постоянного тока с двумя парами полюсов, содержащий скользящие по пластинам коллектора четыре группы токосъемных щеток, отличается тем, что вместо щеток используется пара охватывающих коллектор с двух сторон и контактирующих поочередно с его пластинами электропроводящих ремней, натянутых соответствующими электропроводящими шкивами, оси которых погружены в электропроводящие жидкости, находящиеся в двух металлических герметичных емкостях, соединенные соответственно с положительной и отрицательной клеммами электрического вывода машины, причем плоскости вращения ремней смещены относительно друг друга.
На фигурах 1 и 2 показаны продольный и поперечный разрезы предложенного коллектора МПТ:
1 - ось электропроводящего шкива
2 - электропроводящий шкив
3 - якорь МПТ с обмоткой (ротор)
4 - обмотка электромагнитных полюсов статора МПТ
5 - пластина коллекторного цилиндра
6 - электромагнитный полюс статора
7 - электропроводящий ремень
8 - магнитопровод статора
9 - изоляционная втулка коллекторного цилиндра
10 - общий вал коллекторного цилиндра и ротора МПТ
11 - емкость жидкостного токосъема
12 - электропроводящая жидкость
На фигурах направления токов якоря, проходящих через коллектор, таковы, что МПТ вследствие этого работает в режиме двигателя. В этом режиме ток 1 потечет по обмотке якоря 3 от внешнего источника постоянного напряжения и преобразуется в нем в переменный. В результате взаимодействия этого тока с постоянным магнитным полем электромагнитных полюсов 6 статора (полем возбуждения) появятся электромагнитные силы Fэм, создающие на якоре 3 электромагнитный момент М, вращающий вал 10 ротора. Коллектор с электропроводящими ремнями 7 в этом случае в любой момент времени обеспечивает такое распределение тока по обмотке якоря, при котором под электромагнитными полюсами 6 разной полярности располагаются проводники с противоположным направлением тока. При таком распределении тока названные электромагнитные силы всех проводников якоря 3 будут действовать согласованно, что позволяет двигателю создавать наибольший вращающий момент.
Когда МПТ переходит в генераторный режим, его коллектор с электропроводящими ремнями будет работать следующим образом. При вращении якоря 3 (ротора) в проводниках его обмоток индуцируются ЭДС, направление которых в начальный момент определяется по правилу правой руки. При дальнейшем вращении якоря 3 в его обмотках уже индуцируются переменные ЭДС, вызывающие в свою очередь в их проводниках переменные токи, так как каждый из них при этом поочередно обходит, в течение одного оборота, электромагнитные полюсы обоих полярностей. Эти токи в последующем выпрямляются коллектором с электропроводящими ремнями 7, посредством которых через металлические шкивы 2 их осей и металлические герметичные емкости с электропроводящей жидкостью 12 и потекут во внешнюю сеть в постоянном виде.
Таким образом, при использовании в коллекторном узле электропроводящих ремней можно существенно повысить износостойкость соприкасающихся электропроводящих частей машины из-за отсутствия трения скольжения и соответственно - искрения между ними, что позволяет несколько повысить диаметр коллекторного цилиндра и соответственно площади их соприкосновения.
Кроме того, электропроводящие замкнутые ремни позволяют создавать оптимальное давление на пластины коллектора за счет определенного их натяжения, что в свою очередь улучшает контакт между ними.
И наконец, предложенная конструкция коллекторного узла с электропроводящими узлами позволяет использовать жидкостные токосъемы с электропроводящих осей вспомогательных шкивов. Они не имеют тех недостатков, которые имеются у периферийных кольцевых жидкостных токосъемов.
Источники информации
1. Бертинов А.И. и др. Униполярные электрические машины с жидкометаллическими токосъемами. - М.-Л.: Энергия, 1966.
2. Бертинов А.И. Специальные электрические машины. - М.: Энергия, 1982.
3. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. - М: Высшая школа, 1990.
4. Калашников С.Г. Электричество. - М.: Наука, 1985.
5. Копылов И.П. Электрические машины. - М.: Энергоатомиздат, 1986.
6. Матвеев А.Н. Механика и теория относительности. - М.: Высшая школа, 1986.
7. Токарев Б.Ф. Электрические машины. - М.: Энергоиздат, 1990.