Униполярная вставка машины переменного тока

 

Изобретение относится к регулируемым электрическим машинам, включающим в себя униполярные машины с жидкометаллическими контактами. Сущность изобретения: узел якоря униполярной машины и индуктора разноименно полюсной магнитной системы в виде самостоятельного конструктивного узла униполярной вставки. Герметичная камера 1 образована шихтованным магнитопроводом 2, снабженным внешним полым цилиндром 3, жестко скрепленным с неподвижной частью скользящего контакта в виде третьего полого ферромагнитного цилиндра 4 с электропроводящими немагнитными стержнями 15 и торцевыми короткозамыкающими кольцами 13 и 16 и внутренним полым цилиндром 5 с торцевыми кольцами. Свободное торцевое кольцо 13 третьего цилиндра 4 установлено концентрично торцевому кольцу внутреннего полого цилиндра 6 и электрически от него изолировано. В камере размещены первый 9 и второй 8 ферромагнитные цилиндры - якори униполярной машины. Свободное пространство заполнено жидким металлом. Внутренний полый цилиндр 6 в аксиальном направлении разделен на две части, одна часть 18 установлена на длине первого ферромагнитного цилиндра 9 и выполнена из ферромагнитного материала, вторая часть 19- на длине второго ферромагнитного цилиндра 8 и выполнена из немагнитного материала. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к регулируемым электрическим машинам, включающим униполярные машины с жидкометаллическими контактами.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, в котором узел якоря униполярной машины и индуктора магнитной системы разноименных полюсов содержит обмотку якоря униполярной машины в виде первого полого ферромагнитного цилиндра с немагнитными электропроводящими стержнями, жестко связанную с ней обмотку индуктора разноименно полюсной магнитной системы в виде второго полого ферромагнитного цилиндра с числом полюсом, равным числу полюсов индуктора, электрически соединенные между собой и неподвижными частями скользящего контакта 2-х полярностей, установленные в заполненной жидким металлом герметичной камере, образованной шихтованным магнитопроводом спинки индуктора разноименной полюсной магнитной системы и внутренним полым цилиндром с торцовыми кольцами.

Это устройство имеет следующие недостатки.

Наличие жидкого металла требует организации нового производства, не характерного для электротехнических предприятий, и связано со значительными затратами по организации технологического процесса с химически высокоактивными жидкими металлами и требует специализированного производства.

Обеспечение качественной герметизации камеры, выполняемой в статоре электрической машины, с необходимостью исключения возможного контакта с обмотками возбуждения униполярных машин составляет весьма сложную задачу с учетом неопределенности способов контроля отдельных стыковочных узлов камеры, что в конечном случае ведет к снижению надежности машины.

Машина практически неремонтопригодна в условиях эксплуатации, так как невозможно обеспечить безопасность ремонта камеры и технологию заправки ее жидким металлом.

Цель изобретения - повышение надежности, технологичности и ремонтопригодности.

Цель достигается тем, что в узле якоря униполярной машины и индуктора разноименнополюсной магнитной системы, содержащем обмотку якоря униполярной машины в виде первого полого ферромагнитного цилиндра с немагнитными электропроводящими стержнями и жестко связанную с ней обмотку индуктора разноименно полюсной магнитной системы в виде второго ферромагнитного цилиндра с числом полюсов, равным числу полюсов индуктора, электрически соединенные между собой и неподвижными частями скользящего контакта двух полярностей, установленные в заполненной жидким металлом герметичной камере, образованной шихтованным магнитопроводом спинки индуктора разноименно полюсной магнитной системы и внутренним полым цилиндром с торцевыми кольцами, согласно изобретению герметичная камера с обмоткой якоря униполярной машины и индуктором магнитной системы выполнена в виде униполярной вставки, образующий ее шихтованный магнитопровод снабжен внешним полым цилиндром, жестко скрепленным с неподвижной частью скользящего контакта, выполненного в виде третьего полого ферромагнитного цилиндра с электропроводящими немагнитными стержнями и торцевыми короткозамыкающими кольцами, свободное торцевое кольцо третьего цилиндра установлено концентрично торцевому кольцу внутреннего полого цилиндра и электрически изолировано от него, внутренний полый цилиндр в аксиальном направлении разделен на две части, одна часть установлена на длине первого ферромагнитного цилиндра и выполнена из ферромагнитного материала, другая - на длине второго ферромагнитного цилиндра и выполнена из немагнитного материала, а второй ферромагнитный цилиндр выполнен электропроводным и разделен вдоль образующей на изолированные части, образующие одновитковые катушки с числом, равным числу полюсов индуктора. Торцевая внутренняя цилиндрическая поверхность шихтованного магнитопровода и внутренняя цилиндрическая поверхность третьего ферромагнитного цилиндра могут быть снабжены слоем антифрикционного покрытия.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема униполярной вставки; на фиг. 2 - развертка цилиндрической поверхности второго цилиндра; на фиг. 3 - сечение А - А на фиг. 1.

Униполярная вставка включает герметичную камеру 1, образованную шихтованным магнитопроводом 2 с внешним полым цилиндром 3, жестко скрепленным с неподвижной частью скользящего контакта, выполненного в виде третьего ферромагнитного цилиндра 4, внутренним полым цилиндром 5 с торцевыми кольцами 5 и 7, второй ферромагнитный цилиндр 8 индуктора разноименно полюсной магнитной системы, первый ферромагнитный цилиндр 9 обмотки якоря униполярной машины с немагнитными электропроводящими стержнями 10 (фиг.3) и короткозамыкающими кольцами 11 и 12, жидкий металл, заполняющий герметичную камеру 1, и неподвижные кольца двух разноименных полярностей 13 и 6. Третий ферромагнитный цилиндр 4 снабжен немагнитными электропроводящими стержнями 15 и короткозамыкающими кольцами 13 и 16. Свободное торцевое кольцо 13 установлено концентрично торцевому кольцу внутреннего полого цилиндра 6 и снабжено изоляционным слоем 17. Внутренний полый цилиндр 5 разделен на две части, одна часть 18 установлена на длине первого ферромагнитного цилиндра 9 и выполнена из ферромагнитного материала, другая часть 19 - на длине второго ферромагнитного цилиндра 8 и выполнена из немагнитного материала. Торцевая часть внутренней цилиндрической поверхности шихтованного магнитопровода 2 и внутренняя цилиндрическая поверхность третьего ферромагнитного цилиндра снабжены слоем антифрикционного покрытия 20 и 21. Второй ферромагнитный цилиндр 8 разделен вдоль образующей на изолированные (фиг. 2) части, При этом торцы одних частей замкнуты кольцом одной полярности 22, а торцы других частей замкнуты кольцом другой полярности 11, изолированные друг от друга.

Устройство работает следующим образом (двигательный режим работы униполярной вставки).

При подаче напряжения на кольца 13 и 6 по первому 9 и второму 8 цилиндрам потечет постоянный ток, который возбудит в индукторе разноименно полюсной системы магнитный поток с числом пар полюсов, равным числу изолированных частей. Если внутри полого цилиндра 5 будет находиться приводной ротор с зубчатым магнитопроводом то магнитная система придет в неподвижное (относительно ротора) зацепление с ротором. Если установить кольцевую обмотку возбуждения, создающую кольцевой магнитный поток одноименной полюсности. пересекающий первый ферромагнитный цилиндр 9, то он придет во вращение с частотой, определяемой величиной напряжения на контактах 6 и 13 и величиной униполярного магнитного потока. Ферромагнитные цилиндры 8 и 9 будут вращаться в среде жидкого металла, где опорными поверхностями будут цилиндрические поверхности с антифрикционным покрытием. В механическом отношении униполярная вставка работает как опора скольжения, где смазывающей жидкостью является жидкий металл.

Выполнение униполярной вставки в виде автономного узла, включающего все силовые токовые элементы униполярной машины, способствует созданию условий надежного контроля за качеством герметизации камеры, а следовательно, и повышению ее надежности, кроме того, улучшается технологичность производства подобных изделий. Включение в узел униполярной вставки неподвижного скользящего контакта в виде ферромагнитного цилиндра, имеющего противоположное направление тока относительно якоря униполярной машины, позволяет полностью скомпенсировать реакцию якоря униполярной машины, тем самым уменьшить величину требуемого тока возбуждения униполярной обмотки возбуждения, а следовательно, снизить ее нагрев и повысить надежность.

Производство униполярных вставок может быть размещено на специализированном предприятии, занимающимся вопросами металловедения, что способствует качественному изготовлению этих узлов. В условиях эксплуатации вопросы ремонта регулируемых машин с униполярными вставками могут решаться простой заменой неисправного узла униполярной вставки, оставляемого в виде запасной части.

Преимущества предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом заключаются в повышении надежности, так как создаются условия объективного контроля за качеством изготовления, появляется возможность размещения производства узлов униполярных вставок на специализированном (не электротехническом) предприятий, что обеспечивает качество изготовления изделий, создаются простые технологичные условия ремонта машин с униполярными вставками практически при любых условиях эксплуатации.

Формула изобретения

1. Узел якоря униполярной машины и индуктора разноименно полюсной магнитной системы, содержащий обмотку якоря униполярной машины в виде первого полого ферромагнитного цилиндра с немагнитными электропроводящими стержнями и жестко связанную с ней обмотку индуктора разноименно полюсной магнитной системы в виде второго ферромагнитного цилиндра с числом полюсов, равным числу полюсов индуктора, электрически соединенные между собой и неподвижными частями скользящего контакта двух полярностей, установленные в заполненной жидким металлом герметичной камере, образованной шихтованным магнитопроводом спинки индуктора разноименно полюсной магнитной системы и внутренним полым цилиндром с торцевыми кольцами, отличающийся тем, что герметичная камера с обмоткой якоря униполярной машины и индуктором магнитной системы выполнены в виде униполярной вставки, образующий ее шихтованный магнитопровод снабжен внешним полым цилиндром, жестко скрепленным с неподвижной частью скользящего контакта, выполненного в виде третьего полого ферромагнитного цилиндра с электропроводящими немагнитными стержнями и торцевыми короткозамыкающими кольцами, свободное торцевое кольцо третьего цилиндра установлено концентрично торцевому кольцу внутреннего полого цилиндра и электрически изолировано от него, внутренний полый цилиндр в аксиальном направлении разделен на две части, одна часть установлена на длине первого ферромагнитного цилиндра и выполнена из ферромагнитного материала, другая часть на длине второго ферромагнитного цилиндра и выполнена из немагнитного материала, а второй ферромагнитный цилиндр выполнен электропроводным и разделен вдоль образующей на изолированные части, образующие одновитковые катушки с числом, равным числу полюсов индуктора.

2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что торцевая внутренняя цилиндрическая поверхность шихтованного магнитопровода и внутренняя цилиндрическая поверхность третьего ферромагнитного цилиндра снабжены слоем антифрикционного покрытия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3