Униполярная машина постоянного тока с осевыми контактами

Изобретение относится к области электротехники, в частности к униполярному двигателю постоянного тока. Технический результат - улучшение электромеханических характеристик, повышение надежности в работе, увеличение износостойкости, упрощение конструкции, повышение мощности. Униполярный двигатель содержит вал, состоящий из двух однотипных магнитопроводов, выполненных из электротехнической стали, где каждый магнитопровод состоит из оси и двух дисков, совместно с осью образующих магнитопровод. Между дисками расположены кольцевые магниты со встречно направленными полями. Оба магнитопровода соединены в один общий вал через диэлектрическую прокладку. К осям через подвижные электрические контакты присоединяется токопроводящая рамка, подвижная относительно магнитопроводов. Устройство подключается к внешним цепям через осевые контакты, т.е. в точках с низкой линейной скоростью. Расположение контактов на одной оси дает возможность простого объединения однотипных секций с целью повышения вращательного момента и мощности униполярного двигателя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

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.

1. Униполярный электрический двигатель постоянного тока, состоящий из источника постоянного магнитного поля, магнитопровода, токопроводящего элемента и скользящих контактов, предназначенных для непрерывного и некоммутируемого подведения электрического тока в неизменяемой при вращении полярности, отличающийся тем, что содержит два полностью идентичных осесимметричных стальных магнитопровода, зеркально симметрично объединенных в один общий вал через диэлектрическую прокладку, где каждый из магнитопроводов выполнен в виде оси и двух расположенных на ней дисков, между которыми расположены кольцевой магнит и кольцевой воздушный зазор, в который помещается токопроводящая рамка, подвижная относительно магнитопроводов и соединенная скользящими контактами с осями обоих магнитопроводов, к которым присоединены внешние скользящие контакты для подведения электрического тока.

2. Униполярный электрический двигатель постоянного тока по п. 1, отличающийся тем, что состоит из 2-х и более однотипных секций, как в п. 1, соединенных соосно.