ОДНОВЕНТИЛЬНАЯ БЕСКОНТАКТНАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА
SINGLE-VALVE CONTACT-FREE DC MACHINE

Изобретение относится к области электрических машин, в частности к бесконтактным электрическим машинам постоянного тока (БМПТ). Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой машине является бесконтактная машина постоянного тока с возбуждением от вращающихся постоянных магнитов. Наличие полупроводникового блока коммутатора, чувствительных элементов (датчиков ЭДС Холла) у названной машины не только усложняет ее конструкцию, снижает надежность, ухудшает электромеханические характеристики, но и ведет к повышенной ее стоимости. Кроме того, в ней результирующая ЭДС содержит пульсирующую составляющую.
Технический результат заявленного решения - заметное упрощение конструкции машины, улучшение электромеханических характеристик, увеличение ее надежности и существенное снижение ее себестоимости.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемой конструкции одновентильной бесконтактной машины постоянного тока обмотка якоря является только однофазной и к ней подключен только один простой полупроводниковый вентиль (диод), а индуктором является вращающая группа простых стержневых магнитов.
Предложена одновентильная бесконтактная машина постоянного тока, содержащая якорь и индуктор, отличающаяся тем, что якорь, состоящий из двух тороидальных электрически согласно соединенных меж собой обмоток с ферромагнитными сердечниками, общий вывод которых через вентиль подключен к источнику постоянного напряжения, выполнен неподвижным, а индуктор - подвижным и представляет из себя полый цилиндрический магнитопровод, на концах которого в крестообразном порядке насажены с вогнутыми полюсами по четыре стержневых постоянных магнита, выпуклые северные полюса первых четырех из них отделены небольшими зазорами от внутренней поверхности одной тороидальной обмотки, а такие же южные полюса второго квартета магнитов отделены такими же зазорами от такой же поверхности другой его обмотки.
На фиг.1 и 2 показаны соответственно продольный и поперечный разрезы предложенной одновентильной бесконтактной машины постоянного тока (ОБМПТ). На них не указаны корпус и торцевые крышки корпуса машины. На фигурах приняты следующие обозначения:
1 - полый цилиндрический магнитопровод;
2 - вал вращения индуктора (ротора);
3 - тороидальные обмотки;
4 - ферромагнитные тороидальные сердечники;
5 - стержневые постоянные магниты.
Рассмотрим работу ОБМПТ в генераторном режиме. Когда вал ротора начинает вращаться вокруг оси о÷о' от постороннего двигателя, северные и южные полюса стержневых постоянных магнитов - 5 индуктора начинают перемещаться относительно ближайших частей витков соответствующих тороидальных обмоток якоря - 3 и их ферромагнитных сердечников - 4. При этом близлежащие к магнитным полюсам области сердечника - 4 начинают намагничиваться, и возрастает величина магнитной индукции относительно ближайших витков обмоток - 3 якоря, вследствие чего в них начинает наводиться электродвижущая сила (ЭДС) одного направления. Поскольку магнитные полюса находятся в движении, то возрастание величины магнитной индукции в каждый раз происходит относительно последующих витков обмотки якоря - 3, в которых в свою очередь наводится та же ЭДС. В то же время в первых витках она спадает до нуля.
Таким образом, за один оборот индуктора во всех витках обмоток якоря - 3 четырежды последовательно индуцируется ЭДС одного направления. В итоге на выводах предложенной ОБМПТ результирующее напряжение будет постоянное как по величине, так и по знаку.
Во время прохождения каждого магнитного полюса областей зазоров незамкнутых тороидальных сердечников - 4 в обмотке якоря наводится кратковременный импульс ЭДС обратной величины с большой амплитудой. Однако она не пропускает имеющиеся на общем выводе обмоток якоря вентилем во внешнюю цепь. При этом одновременно происходит перемагничивание ферромагнитных сердечников - 4 тороидальных соленоидов. При необходимости во внешнюю цепь можно пропускать только эти обратные кратковременные импульсы ЭДС, если выводы вентиля в цепи обмотки якоря поменять местами. Величина индуцируемой ЭДС будет зависеть от величины скорости вращения индуктора.
В двигательном режиме предложенная ОБМПТ работает в следующем порядке. При подаче на общие выводы тороидальных обмоток якоря - 3 постоянного напряжения по виткам обмоток - 3 якоря потекут электрические токи одного направления. Тогда результирующее магнитное поле, созданное стержневыми постоянными магнитами - 5 индуктора, начинает взаимодействовать с токами постоянного направления, протекающими по частям витков обмоток якоря - 3, лежащих на их внутренних сторонах. Вследствие этого подвижный индуктор (ротор) начинает вращаться вокруг оси о÷о'.
По частям витков, лежащих на внешней стороне тороидальных обмоток - 3, в свою очередь текут те же токи, но в противоположном направлении, первыми. Однако при этом обратного взаимодействия магнитного поля индуктора этими частями не последует, т.к. между ними и магнитными полюсами находятся соответствующие ферромагнитные сердечники, которые в этом случае для первого являются магнитными экранами. Скорость и направление вращения можно менять изменением величины и знака подаваемого в обмотки якоря напряжения.
Источники информации
1. Бертинов А.И. и др. Униполярные эл. 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. Боков В.А. Физика магнетиков. - С.Пб. Невский диалект, 2002.
5. Иродов И.А. Электромагнетизм. - М.: Бином, 2003.
6. Калашников С.Г. Электричество. - М.: Наука, 1985.
7. Мишин Д.Д. Магнитные материалы. - М.: Высшая школа, 1981.
8. Тигадзуми С. Физика ферромагнетизма. - М.: Мир, 1987.