Многовитковый бесконтактный униполярный генератор постоянного тока

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам постоянного тока. Технический результат состоит в упрощении конструкции, повышении надежности, улучшении электромеханических характеристик. Многовитковый бесконтактный униполярный генератор постоянного тока содержит якорь и индуктор. Якорь выполнен неподвижным и состоит из тороидальной многовитковой обмотки с полым сердечником прямоугольного сечения, внутренняя с канавкой по периметру для бус стенка которого изготовлена из ферромагнитного материла. Две боковые стенки и незамкнутая с канавкой по периметру внешняя выполнена из немагнитных материалов. Размещенный в полости якоря индуктор выполнен подвижным и представляет собой несколько стержневых постоянных магнитов, южные полюса которых примкнуты к ферромагнитному внутреннему кольцу, а северные - к внешнему немагнитному кольцу с канавками. Стержневые постоянные магниты индуктора имеют возможность свободно двигаться на бусах внутренней и внешней стенок сердечника якоря посредством фрикционной связи внешнего кольца-обода индуктора с ведомой и ведущей шестернями редуктора, расположенного в области отверстия тела якоря, находящегося на внешней его стороне. 2 ил.

 

Изобретение относится к области электрических машин, в частности к электрическим машинам постоянного тока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому генератору является машина постоянного тока с тороидальной граммовской обмоткой якоря, каждый виток которого присоединен к коллекторной пластине (см. л.7, стр.295, рис.5.1).

Наличие у названной машины скользящих контактов и коллекторных пластин не только усложняет ее конструкцию, но и снижает надежность в работе, ухудшает электромеханические характеристики и ведет к удорожанию ее себестоимости исполнения, а также не позволяет расширить область ее применения.

Технический результат заявленного изобретения - улучшение электромеханических характеристик, увеличение его надежности в работе, уменьшение себестоимости его исполнения и расширение области его применения.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом генераторе постоянного тока отсутствуют скользящие щетки и коллекторные пластины. В то же время он обходится и без полупроводниковых выпрямителей и инвертора. Кроме того, предлагаемый генератор имеет преимущество и перед существующими униполярными электрическими машинами постоянного тока. Все существующие машины такого типа бывают низковольтные. Это связано с тем, что в ней на каждый виток якоря необходимо устанавливать пару скользящих контактов, что затрудняет увеличение их числа.

Предложенный многовитковый бесконтактный униполярный генератор постоянного тока, содержащий якорь и индуктор, отличается тем, что якорь выполнен неподвижным, который состоит из тороидальной обмотки с полым сердечником прямоугольного сечения, внутренняя с канавкой по периметру для бус стенка которого изготовлена из ферромагнитного материала, две боковые стенки и незамкнутая с круглой канавкой по периметру, внешняя - из немагнитных материалов, а размещенный в его полости индуктор - подвижным и представляет из себя несколько стержневых постоянных магнитов, южные полюса которых примкнуты к ферромагнитному внутреннему кольцу, а северные - к внешнему немагнитному кольцу с канавками, имеющие возможность свободно двигаться на бусах внутренней и внешней стенок сердечника якоря посредством фрикционной связи внешнего кольца (обода) индуктора с ведомой и ведущей шестернями редуктора, расположенного в области отверстия тела якоря, находящегося на внешней его стороне.

На фиг.1 и 2 показаны соответственно поперечный и продольный разрезы предложенного многовиткового бесконтактного униполярного генератора постоянного тока. На чертежах приняты следующие обозначения: 1 - внешние части витков тороидальной обмотки якоря.

2 - незамкнутая немагнитная внешняя сторона полого сердечника якорной обмотки.

3 - немагнитное внешнее кольцо индуктора (возбудителя).

4 - внешняя секция бус.

5 - стержневые постоянные магниты.

6 - внутреннее ферромагнитное кольцо индуктора.

7 - внутренняя секция бус.

8 - немагнитные боковые стенки полого сердечника якоря.

9 - внутренняя ферромагнитная стенка сердечника якоря.

10 - внутренние части обмотки якоря.

11 - ведомая шестерня фрикционного редуктора.

12 - ведущая шестерня редуктора.

Многовитковый бесконтактный униполярный генератор постоянного тока работает следующим образом. Когда ведущая шестерня 12 фрикционного индуктора начинает вращаться от стороннего двигателя со скоростью ω, то ведомая шестерня 11 начинает вращать весь индуктор через внешнее немагнитное его кольцо 3, размещено на внешней секции бус 4. Тогда силовые линии индукции, направленные от северных полюсов стержневых постоянных магнитов 5, начинают перемещаться относительно внешних частей витков тороидальной обмотки якоря 1 в одном направлении. В этом случае в частях витков, находящихся близко к северным полюсам постоянных магнитов, возникают электродвижущие силы (ЭДС) одной полярности. По мере движения (вращения) индуктора в частях витков, удаляющихся от магнитных полюсов, величина ЭДС падает от максимальной ее величины до нуля. В частях же витков, к которым приближаются северные полюса постоянных магнитов, ЭДС начинает возрастать от нуля до максимальной величины.

Поскольку все витки обмотки якоря соединены последовательно, и они постоянно пронизываются силовыми линиями магнитной индукции одной полярности и величины, то результирующая ЭДС будет все время постоянной величины и знака, и на электрических выводах генератора будет постоянное напряжение как по величине, так и по знаку, пока вращается индуктор.

Изменяя скорость вращения индуктора, можно регулировать величину выходного напряжения от нуля до максимального ее значения. Для изменения знака напряжения достаточно менять направление вращения индуктора на противоположное. При этом внутренняя ферромагнитная стенка 9 полого сердечника якоря, как магнитный экран, не допускает возникновения на внутренних частях витков обмотки якоря 10 ЭДС противоположного знака.

На внутреннем ферромагнитном кольце индуктора 6, непосредственно примыкающем к южным полюсам постоянных магнитов, замыкаются все силовые линии магнитной индукции, имеющие противоположное направление первым, и не могут пронизывать (пересекать) внутренние части витков обмотки якоря, что дополнительно позволяет избежать возникновения противоЭДС+ на внутренних частях витков обмотки якоря генератора.

Многовитковый бесконтактный униполярный генератор постоянного тока может работать и в режиме двигателя. Для этого достаточно на обмотку якоря подать постоянный ток. Тогда токи, протекающие по внешним частям витков обмотки якоря 1, начинают взаимодействовать с магнитным полем, созданным северными полюсами постоянных стержневых магнитов 5 индуктора, вследствие чего последний начинает вращаться на бусах внешней и внутренней стенок полого сердечника якоря.

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.П.Невский диалект, 2002.

5. Иродов И.А. Электромагнетизм. - М.: Бином, 2003.

6. Калашников С.Г. Электричество. - М.: Наука, 1985.

7. Копылов И.П. Электрические машины. - М.: Энергоатомиздат, 1986.

Многовитковый бесконтактный униполярный генератор постоянного тока, содержащий якорь и индуктор, отличающийся тем, что якорь выполнен неподвижным и состоит из тороидальной многовитковой обмотки с полым сердечником прямоугольного сечения, внутренняя с канавкой по периметру для бус, стенка которого изготовлена из ферромагнитного материла, две боковые стенки и незамкнутая с канавкой по периметру внешняя - из немагнитных материалов, а размещенный в его полости индуктор - подвижным и представляет из себя несколько стержневых постоянных магнитов, южные полюса которых примкнуты к ферромагнитному внутреннему кольцу, а северные - к внешнему немагнитному кольцу с канавками, имеющие возможность свободно двигаться на бусах внутренней и внешней стенок сердечника якоря посредством фрикционной связи внешнего кольца (обода) индуктора с ведомой и ведущей шестернями редуктора, расположенного в области отверстия тела якоря, находящегося на внешней его стороне.