МНОГОДИСКОВАЯ УНИПОЛЯРНАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА С ДВУМЯ ВАЛАМИ
MULTIDISK UNIPOLAR DIRECT CURRENT MACHINE WITH TWO SHAFTS

Изобретение относится к области электрических машин постоянного тока, в частности к униполярным машинам (УМ) постоянного тока. Более близким аналогом предложенной машины является УМ с дисковым ротором со скользящими электрическими щеточными контактами. Наличие у названного аналога не менее двух скользящих щеточных контактов на один электропроводящий диск ротора не только снижает ее износостойкость, но и затрудняет повышение рабочего напряжения.
Чтобы несколько повысить его, необходимо либо повысить угловую скорость ротора, либо в якорную электрическую цепь последовательно включать еще как минимум один диск с двумя скользящими щеточными контактами и со своей магнитной системой, что, конечно, не только дополнительно ухудшает ее электромеханические характеристики, но и существенно снижает надежность ее в работе.
Техническим результатом изобретения является существенное увеличение износостойкости, улучшение электромеханических характеристик и заметное повышение рабочего напряжения, а значит, расширение области ее применения.
Технический результат достигается прежде всего тем, что в предложенной конструкции УМ отсутствуют скользящие щеточные контакты, и тем, что в ее электрическую якорную цепь относительно просто можно последовательно включать несколько дисков посредством электропроводящих ремней и полых цилиндров с общей магнитной системой.
Предложенная многодисковая униполярная машина постоянного тока с двумя валами, содержащая подвижные два ротора, одного общего неподвижного статора из двух частей, разделенных воздушными зазорами, выполненная в виде двух, с общей магнитной системой, униполярных машин с дисковыми роторами, отличающаяся тем, что ее статор состоит из двух постоянных магнитов с отверстиями, для свободного прохождения валов вращения, в серединах их цилиндрических четырех полюсов, между каждыми двумя, принадлежащими разным магнитам и с противоположными полярностями, из которых, на каждом валу, друг за другом, жестко и подшипниками установлены по одной группе электропроводящих и ферромагнитных роторных дисков, электрически последовательно соединенных несколькими электропроводящими замкнутыми ремнями, плотно насаженными на валы электропроводящими полыми цилиндрами, крайние из которых, одного из них, через роликовые подшипники соединены, соответственно, положительной и отрицательной клеммами ее эл. вывода.
Продольный и поперечный разрезы предложенной УМ показаны на фиг.1 и 2. На фигурах приняты следующие обозначения: 1 - первый вал вращения, 2 - электропроводящий полый цилиндр, 3 - электропроводящий и ферромагнитный диск, 4 - постоянный магнит статора, 5 - электропроводящий ремень, 6 - второй вал вращения, 7 - крайний электропроводящий полый цилиндр, 8 - электропроводящий роликовый подшипник.
Валы вращения 1 и 6 всегда вращаются в противоположные стороны. Это можно обеспечить или отдельными внешними двигателями, или каким-либо общим реверсивным механизмом.
Если считать на фиг.1 слева направо, то все нечетные диски 3 верхней группы на валу 6 установлены жестко и опоясаны общими электропроводящими ремнями 5 с нечетными дисками 3 нижней группы, установленными на вал 1 подшипниками. Все верхние четные диски 3 установлены на вал вращения 6 через подшипники и опоясаны также общими электропроводящими ремнями 5 в свою очередь с четными дисками 3, установленными уже на нижний вал вращения 1 жестко.
Предложенная УМ постоянного тока с двумя валами может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.
я
При вращении валов вращения 1 и 6 в генераторном режиме двумя внешними двигателями в противоположные стороны с угловыми скоростями соответственно -ω и +ω, нечетные диски 3 обеих групп начнут вращаться по часовой стрелке, а четные - против часовой стрелки. В этом случае, в силу явления электромагнитной индукции, в нечетных дисках 3 верхней группы индуцируются ЭДС с направлениями, определяемыми правилом правой руки, от центров к перифериям, в четных - направлениями с периферии к их центрам, так как все они находятся в магнитном поле статора. А в дисках 3 нижней группы возникнут ЭДС направлениями точно наоборот, так как силовые линии индукции магнитного поля их пронизывают в обратном направлении. Тогда все названные ЭДС складываются, и на электрическом выводе машины будет результирующее постоянное напряжение =U. При подключении к нему определенную электрическую нагрузку, через все диски 3, электропроводящие ремни 5, полые цилиндры 2 и 7 и роликовые подшипники потекут токи якоря i с направлениями, указанными на фигурах.
я
В двигательном режиме предложенная УМ работает следующим образом. При подаче на электрический вывод постоянное напряжение =U, вдоль радиуса всех дисков 3 обеих групп потекут токи якоря i с направлениями, указанными на фиг.1. Так как диски 3 верхней группы пронизываются силовыми линиями индукции магнитного поля статора слева направо, то на них действуют электромагнитные пондеромоторные силы, направления которых определяются правилом левой руки. Точно так же на нижние диски 3 будут действовать такие же силы, с направлениями, противоположными первым, так как их пронизывают линии индукции магнитного поля статора, направлениями справа налево. В этом случае диски 3 нижней группы, жестко насаженные на вал 1, то есть четные, начнут вращаться по часовой стрелке с угловыми скоростями +ω, как и сам вал вращения 1. По часовой стрелке начнут вращаться и четные диски 3 верхней группы, так как они насажены на вал 6 через подшипники. А нечетные диски 3 обеих групп начнут вращаться против часовой стрелки, как и вал вращения 6 с угловыми скоростями -ω. При этом все указанные пондеромоторные силы при этом суммируются и создадут результирующий вращательный момент сил, действующий на оба вала вращения 1 и 6.
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. Костенко М.П. и др. Эл. машины - ч.2. - Л.: Энергия, 1973.