УНИПОЛЯРНАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА С КОМБИНИРОВАННЫМИ ДИСКАМИ
UNIPOLAR DC MACHINE WITH COMBINED DISCS

Изобретение относится к области электрических машин постоянного тока, в частности к униполярным машинам постоянного тока. Наиболее близким ее аналогом является униполярная машина (УМ) постоянного тока с дисковым ротором.
УМ данного класса наряду с имеющимися достоинствами обладают и определенными недостатками, заключающимися в том, что они, как правило, низковольтные. Это связано, прежде всего, с тем, что их якорные обмотки в основном одновитковые. Увеличивать их число проблематично, прежде всего, из-за того, что для этого на каждый следующий виток требуется как минимум два скользящих контакта, которые не только дополнительно загромождают ее конструкцию, но и ухудшают надежность их в работе и ведут к интенсивному износу движущихся ее частей. Все это существенно сужает область их применения
Техническим результатом предложенного изображения является заметное увеличение выходного напряжения, увеличение износостойкости подвижных частей УМ и, соответственно, расширение области ее применения. Технический результат достигается тем, что вместо скользящих контактов применяются электропроводящие реверсивные механизмы, позволяющие достаточно просто последовательно подключать к якорной цепи ряд дисков, причем величина индуцируемой ЭДС в отличие от аналогов, где она зависит от размеров радиусов их дисков, зависит в данном случае от величин диаметров этих дисков.
Предложенная униполярная машина постоянного тока с комбинированными дисками, состоящая из статора и ротора, разделенных между собой воздушными зазорами, отличается с тем, что статор состоит из двух с отверстиями в серединах для свободного прохождения вала вращения несколько отодвинутых друг от друга постоянных магнитов, между полюсами с противоположными полярностями которых на указанном валу друг за другом установлены жестко и подшипниками через одного несколько разделенных диэлектрическими спицами с прямоугольными сечениями на отдельные ферромагнитные секторы и с общими немагнитными центральными частями комбинированных дисков, по внешним верхней и нижней частям краев которых расположены электропроводящие подвижные элементы реверсивного механизма, причем крайние верхние из них соединены через роликовые подшипники соответственно положительной и отрицательной клеммами электрического ее вывода.
Продольный и поперечный разрезы предложенной УМ показаны на фигурах 1 и 2. На фигурах приняты следующие обозначения: 1 - вал вращения, 2 - постоянный магнит, 3 - немагнитная часть диска, 4 - ферромагнитный сектор диска, 5 - часть корпуса УМ, 6 - электропроводный конус с осью, 7 - упорный роликовый подшипник, 8 - соединительный провод, 9 - диэлектрическая спица.
Как видно из фигур, в качестве элемента реверсивного механизма в данном случае служат электропроводящие вращающиеся конические токосьемы. Они позволяют не только включать последовательно нижние и верхние секторы всех дисков в якорную электрическую цепь, но и вращаться соседним дискам в противоположные стороны, т.к. каждый последующий обязательно установлен на вал подшипником, если предыдущий установлен на него жестко.
В качестве реверсного механизма и подвижного токосъема наряду с названными могут служить и токопроводящие шкивы с фрикционной передачей, электропроводящие гусеницы и возможны другие варианты.
я
я
я
Предложенная УМ постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и двигателя. При подключении соответствующие клеммы электрического вывода в режиме двигателя к источнику внешнего постоянного напряжения = U, то с положительной клеммы ток якоря j через конический токосъем 6 потечет сверху вниз по всему диаметру первого диска, жестко установленного на вал вращения, если считать их на фигуре 1 слева направо. Далее он через нижний такой же токосъем 6 по нижнему и верхнему ферромагнитным секторам через немагнитную часть 3 следующего комбинированного диска ротора, установленного на вал подшипниками, но уже снизу вверх. Далее таким же путем сверху вниз, снизу вверх и т.д. В конечном счете ток якоря j потечет снизу верх по всему диаметру последнего диска таким же путем к отрицательной клемме вывода УМ. Поскольку верхние и нижние секторы 4 названных дисков пронизываются силовыми линиями магнитного поля статора соответствующих направлений, то токи якоря j, протекающие по ним, начинают взаимодействовать с последним. Тогда на верхние секторы 4 установленных на вал жестко дисков будут действовать пондеромоторные силы в одном направлении, на нижние - в другом, определяемые по правилу левой руки, вследствие чего все эти диски вместе с валом 1 начнут вращаться по часовой стрелке. А диски, установленные на этот же вал подшипниками, начнут вращаться в обратную сторону, т.е против часовой стрелки, т.к. по их диаметрам токи идут снизу вверх, а силовые линии поля пронизывают их в том же направлении, что и первых. В таком случае все электромагнитные силы, действующие на все диски, суммируются и создадут результирующий момент сил максимальной величины, способствующий набору вала вращения 1 до номинальной величины угловой скорости ω.
я
В генераторном режиме при вращении вала 1 внешним двигателем с угловой скоростью -ω, т.е. в обратном направлении, чем это показано на чертежах, то рядом стоящие диски ротора начнут вращаться в разные стороны. Так как все их верхние секторы при этом пронизываются силовыми линиями одного направления, а нижние - линиями другого направления, то ЭДС, индуцируемые в соседних дисках, направлены в противоположные стороны - одни вверх, другие вниз. Тем не менее, поскольку все диски подключены в якорную цепь последовательно, то все ЭДС, возникающие в их верхних и нижних секторах сложатся и на клеммах электрического вывода УМ будет поддерживаться постоянное напряжение =U, пока вращается вал с постоянной угловой скоростью ω. При подключении к ним определенной электрической нагрузки, по всем дискам вдоль их диаметров потекут токи якоря j.
Источник информации
1. Бертинов А.И. и др. УМ с жидкометаллическим токосъемом. - М-Л.: Энергия, 1966.
2. Бертинов А.И. Специальные эл. машины. - М.: Энергия, 1982.
3. Бут Д.А. Бесконтактные эл. машины. М.: ВШ, 1990.
4. Иванов - Смоленский. Эл. машины. - М.: Энергия, 1980.
5. Копылов И.П. - М.: Энергоатомиздат, 1986.
6. Костенко М.П. и др. Эл. машины - Ч.2. - Л.: Энергия, 1973.