УНИПОЛЯРНАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА С ОСЕВЫМИ КОНТАКТАМИ
UNIPOLAR DC MACHINE WITH AXIAL CONTACTS

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам постоянного тока, и может быть использовано в качестве двигателя постоянного тока. Из предшествующего уровня техники известен класс униполярных двигателей (УД) постоянного тока [1], характеризующихся тем, что они имеют непрерывное и некоммутируемое соединение с внешней цепью, что приводит к постоянному, независящему от угла поворота, вращательному моменту.
В основе большинства УД лежит дисковая униполярная машина, называемая также диском Фарадея, главным недостатком которой является то, что один из токосъемных контактов расположен на периферии диска, в точке высокой линейной скорости, что приводит к проблеме создания надежного контакта, а также затрудняет объединение однотипных секций с целью увеличения вращательного момента и мощности двигателя. Из предшествующего уровня техники также известна униполярная машина Н. Теслы [2], выбранная в качестве прототипа, где для преодоления указанного недостатка применяются два вращающихся диска, расположенные на отдельных осях и связанные электрически токопроводящим ремнем, причем внешние токосъемные контакты располагаются на осях обоих дисков. Недостатком данной униполярной машины является наличие двух несоосных дисков и токопроводящего ремня, что приводит к усложнению конструкции и также затрудняет объединение однотипных секций с целью увеличения вращательного момента и мощности УД.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в преодолении указанных недостатков и создании изделий с высокой надежностью. Поставленная задача решается тем, что предлагаемая конструкция позволяет применять осевые контакты и секционно наращивать УД для достижения большей мощности. Техническим результатом заявленного изобретения являются улучшение электромеханических характеристик УД, повышение надежности в работе, увеличение износостойкости, упрощение конструкции, повышение мощности, а также расширение области его применения.
Конструкция предлагаемого УД изображена на фиг. 1 и состоит из вала, состоящего из двух однотипных магнитопроводов 1, выполненных из электротехнической стали, где каждый магнитопровод состоит из оси и двух дисков 2 и 3, совместно с осью образующих магнитопровод. Между дисками расположены кольцевые магниты 4, 5 со встречно направленными полями. Оба магнитопровода объединены в один общий вал через диэлектрическую прокладку 8. К осям через подвижные электрические контакты 7 любым известным способом, например посредством шарикоподшипниковых соединений, присоединяется токопроводящая рамка 6, подвижная относительно магнитопроводов и физически представляющая собой один сплошной короткозамкнутый виток. УД подключается к внешним цепям через осевые контакты К1 и К2, т.е. в точках с низкой линейной скоростью, причем в отличие от прототипа контакты находятся на одной оси, что дает возможность простого объединения однотипных секций с целью повышения вращательного момента и мощности УД.
Принцип работы поясняется на фиг. 2. Ток i протекает слева направо через ось вала, далее, разветвляясь, проходит через рамку 6, затем из рамки попадает снова на ось. Диэлектрическая вставка 8 препятствует прохождению тока из одного магнитопровода в другой, минуя рамку. Рамку 6 пересекают магнитные потоки Ф. Взаимодействие токов (вектор i) и магнитных потоков (вектор В) приводит к возникновению силы F, вектор которой определяется по правилу левой руки. Для верхней половины рамки силы будут направлены от наблюдателя и, наоборот, на нижней половине рамки - к наблюдателю. Таким образом, образуется вращательный момент рамки. При изменении направления тока вращательный момент изменится на противоположный. Величина вращательного момента пропорциональна значению магнитной индукции, силы тока и диаметра магнитопровода. Мощность УД пропорциональна вращательному моменту и скорости вращения вала. В зависимости от конкретных технических решений роль статора (ротора) могут выполнять как рамка, так и вал.
Увеличение крутящего момента и, соответственно, мощности двигателя достигается за счет модульного наращивания однотипных секций. На фиг. 3 показан УД, образованный из N однотипных секций, таких как на фиг. 1.
Библиография
1. Под ред. Суханова Л.А. Электрические униполярные машины. ВНИИЭМ, Москва, 1964 г.
2. Патент США US 406968.