Бесконтактный генератор постоянного тока
Изобретение относится к электротехнике, к бесконтактным электрическим машинам постоянного тока. Технический результат состоит в упрощении конструкции, повышении надежности, отказе от использования полупроводниковых приборов. Бесконтактный генератор постоянного тока содержит якорь с печатной обмоткой и ротор, разделенные двойными воздушными зазорами. Примыкающий с внешним своим краем к внутренней стенке цилиндрического и магнитного корпуса в средней его части якорь выполнен неподвижным в виде кругового кольца, печатная обмотка которого расположена на верхнем и нижнем его секторах. Ротор выполнен в виде тороидального соленоида, разделенного по его диаметру на две половины, являющиеся электромагнитами возбуждения. Их противоположные полюса отстоят друг от друга на небольшие расстояния для свободного прохождения между ними активных проводников обмотки якоря, плотно зажатые между двумя шинами вала. Он является общим и для ротора специального возбудителя с неподвижным статором, обмотка якоря которого электрически соединена с обмотками двух половин тороидального соленоида. Магнитное поле тороидальных соленоидов с электрическим током существует только внутри их тел и в зазорах между магнитными полюсами их половин. А в ближайших от них окрестностях оно отсутствует. Полярности магнитных полюсов половин тороидальных соленоидов меняются тогда, когда они находятся вне зоны активных частей обмотки якоря. 3 ил.
Изобретение относится к области электротехники, конкретно к бесконтактным электрическим машинам постоянного тока (БЭМ).
Наиболее близким по конструкции и технической сущности к предлагаемому генератору является бесконтактная вентильная электрическая машина с вращающимся полупроводниковым выпрямителем. В обоих конструкциях обмотки возбуждения установлены на ротор и выполнены подвижными, якоря - неподвижными и на общих валах насажены специальные возбудители.
Однако наличие у БЭМ полупроводниковых выпрямителей как на роторе, так и на статоре усложняет ее конструкцию, снижает надежность ее работы, ухудшает ее электромеханические характеристики и ведет к удорожанию ее исполнения.
Технический результат заявленного изобретения - улучшение электромеханических характеристик, упрощение конструкции, увеличение надежности ее работы и уменьшение ее себестоимости.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом генераторе индуцирование в обмотках якоря электродвижущей силы (ЭДС) одной полярности происходит без применения полупроводниковых выпрямителей и инверторов как на статоре, так и на роторе. В процессе участвуют только подвижные и неподвижные проводники электрического тока и магнитного потока.
Предложенный бесконтактный генератор постоянного тока, содержащий якорь с печатной обмоткой и ротор, разделенные двойными воздушными зазорами, отличается тем, что примыкающий с внешним своим краем к внутренней стенке цилиндрического и магнитного корпуса в средней его части якорь выполнен неподвижным в виде кругового кольца, печатная обмотка которого расположена на верхней и нижней его секторах, а ротор выполнен в виде тороидального соленоида, разделенного по его диаметру на две половины, являющиеся электромагнитами возбуждения, смежные противоположные полюса которых отодвинуты друг от друга на небольшие расстояния для свободного прохождения между ними активных проводников обмотки якоря, плотно зажатые между двумя шинами комбинированного вала, который является общим и для ротора специального возбудителя с неподвижным статором, обмотка якоря которого электрически соединена с обмотками двух половин расчлененного тороидального соленоида.
На фиг.1 и 2, 3 показаны соответственно продольный и поперечный разрезы предложенного генератора.
На фигурах приняты следующие обозначения: 1 - комбинированный вал из немагнитного материала, 2 - ферромагнитный сердечник первой половины тороидального возбудителя, 3 - якорь с печатной обмоткой в виде кругового кольца, 4 - фиксирующий брусок из немагнитного материала, 5 - вторая половина тороидального соленоидального возбудителя, 6 - соединительный эл. провод, 7 - магнитные полюса статора специального возбудителя, 8 - якорь возбудителя с обмоткой, 9 - пусковая обмотка, 10 - внешняя и внутренняя направляющие пассивной части якоря генератора, 11 - цилиндрический магнитопровод статора возбудителя.
Бесконтактный генератор постоянного тока работает следующим образом. В начале подается постоянное напряжение на обмотку статора специального возбудителя таким знаком, чтобы в них протекал ток по направлению, показанному на фиг.1 и 3. Тогда при вращении общего комбинированного вала посторонним двигателем против часовой стрелки, как это показано на фиг.3, согласно правилу правой руки наведенный при этом ток якоря специального возбудителя потечет по направлению, показанному на тех же фигурах. В этом случае в начале вращения всего ротора концы двух половин раздвоенного тороидального соленоида становятся магнитными полюсами соответствующей полярности, как это показано на фиг.1. Так как магнитные силовые линии, идущие от северных к южным полюсам соленоида и перпендикулярные к активным проводам обмотки якоря генератора, начинают перемещаться относительно последних и в перпендикулярном к ним направлении, в них наведется ЭДС с таким знаком, что ток неподвижного основного якоря потечет по направлению, показанному на фиг.1 и 2. Такой ток сохранится до тех пор, пока обмотка якоря специального возбудителя находится в зоне электромагнитных полюсов его статора.
Когда активные провода обмотки якоря возбудителя выйдут из зоны полюсов, то токи в них перестают течь и, соответственно, в тороидальных обмотках основного возбудителя генератора. Через четверть оборота ротора активные части контура обмотки якоря специального возбудителя начинают входить в полюсные зоны его статора, но уже в противоположном первому направлении. Вследствие этого в обмотках его якоря ток в свою очередь потечет в противоположном первоначальному направлении. Тогда в противоположном направлении первоначальному потечет и ток в обмотках основного возбудителя генератора, который меняет местами полярность противоположных магнитных полюсов соленоидальных его электромагнитов. При этом те полюса, которые находились в начале в зоне верхнего сектора печатной обмотки основного якоря, оказываются в зоне нижнего ее сектора. А те, которые были в последней зоне, окажутся в зоне верхнего сектора. Такое изменение полярностей магнитных полюсов каждой половины основного тороидального возбудителя на противоположное через каждые полоборота приводит к тому, что в каждый раз активных проводников верхних и нижних секторов печатной обмотки основного якоря пересекают силовые линии магнитной индукции одного направления и в одном и том же направлении. В результате этого в каждый раз на обмотке якоря индуцируется ЭДС одного знака и ток основного якоря будет течь только в одном направлении.
Чтобы меньше было пульсаций тока основного якоря, можно, например, установить еще один такой же разделенный на две половины тороидальный возбудитель на плоскости, перпендикулярной плоскости первой их пары. Кроме того, на одном и том же валу можно установить несколько перпендикулярно размещенных рядом пар тороидальных возбудителей.
Пульсацию тока якоря можно уменьшить и путем увеличения скорости вращения ротора.
Предложенный бесконтактный генератор постоянного тока может работать и в двигательном режиме. Для этого в его конструкции предусмотрена пусковая обмотка. В этом режиме вначале подается на печатную обмотку неподвижного основного якоря постоянное напряжение. После этого подается постоянное напряжение и на обмотку статора специального возбудителя. В момент, когда возрастает в ней ток, в пусковых обмотках наведется индуцированный ток в противоположном первому направлении. В этом случае ротор специального возбудителя начинает двигаться с места, т.к. эти пусковые обмотки размещены соответствующим образом на нем. Тогда наведется ток и на обмотке якоря специального возбудителя, что способствует появлению магнитного поля в зоне активных проводов обмотки основного якоря, на которую, как мы уже знаем, подано постоянное напряжение. Вследствие взаимодействия магнитного поля основного возбудителя с токами активных проводов обмотки основного якоря ротор начинает приобретать устойчивое вращательное движение. Это способствует периодическому наведению в дальнейшем токов в обмотке якоря специального возбудителя, что обеспечивает самовозбуждение машины в двигательном режиме.
Источники информации
1. Костенко М.П., Петровский Л.М. Электрические машины. - Л.: Энергия, 1973.
2. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. - М.: Высшая школа, 1990.
3. Бертинов А.И. и др. Униполярные электрические машины с жидкометаллическими токосъемами. - М.-Л.: Энергия, 1966.
4. Бертинов А.И. Специальные электрические машины. - М.: Энергия, 1982.
5. Авторское свидетельство СССР № 762100, кл. Н02К 29/00.
Бесконтактный генератор постоянного тока, содержащий якорь с печатной обмоткой и ротор, разделенные двойными воздушными зазорами, отличающийся тем, что примыкающий внешним своим краем к внутренней стенке цилиндрического и магнитного корпуса в средней его части якорь выполнен неподвижным в виде кругового кольца, печатная обмотка которого расположена на верхней и нижней его секторах, а ротор выполнен в виде тороидального соленоида, разделенного по его диаметру на две половины, являющиеся электромагнитами возбуждения, смежные противоположные полюса которых отодвинуты друг от друга на небольшие расстояния для свободного прохождения между ними активных проводников обмотки якоря, плотно зажатые между двумя шинами комбинированного вала, который является общим и для ротора специального возбудителя с неподвижным статором, обмотка якоря которого электрически соединена с обмотками двух половин расчлененного тороидального соленоида.
