Униполярная машина

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«»546066

Союз Советских

Социалистических

Республик!

1 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 04.05.75 (21) 2130782/07 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 05.02,77. Бюллетень Ке 5 (45) Дата опубликования описания 24.02.77 (51) М. Кл.- Н 02 К 31/ 00

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий (53) УДК 621,313.291 (088.8) (72) Автор изобретения

Б. Л. Алиевский (71) Заявитель

Московский ордена Ленина авиационный институт имени Серго Орджоникидзе (54) УНИ ПОЛЯРНАЯ МАШИНА

Изобретение относится к электрическим машинам, в особенности к униполярным машинам, постоянного тока со сверхпроводниковыми индукторами.

Известны униполярные машины с контактами качения на сплошных проводящих якорях. Недостатком этих машин является низкое напряжение, что сужает область их применения, в частности, как электродвигателей, из-за необходимости специальных источников литания.

Известны также униполярные машины, содержащие сверхпроводниковый индуктор и параллельные ветви стержневой обмотки на якоре, стержни которой соединены своими концами с двумя коллекторами. В каждой ветви стержни включены последовательно при помощи ряда неподвижных щеток, установленных на коллекторах через одну пластину, что повышает напряжение машин и дает возможность использовать их в качестве электродвигателей при питании от источников с нормальным напряжением (1). Недостатками известных машин являются пониженный к. п.д. и небольшой срок службы вследствие значительных потерь трения и износа неподвижных щеток и коллекторов. Предлагаемая машина отличается повышенным к.п,д. и увеличенным сроком службы за счет того, что в ней на свободных коллекторных пластинах через одну ламель установлены контакты качения, а стержни обмотки размещены на якоре под углом, равным

8 ла/К рад, где а — число пар параллельных ветвей обмотки; К вЂ” число пластин на коллекторе. Из общего числа пластин каждого коллектора, занятых контактами, только на двух установлены неподвижные щетки, подключенные к внешней цепи.

На фиг. 1 показана описываемая униполярная машина с ротором цилиндрического исполнения, продольный разрез; на фиг. 2— схема — развертка обмотки якоря.

Машина выполнена со сверхпроводниковым индуктором, состоящим из двух катушек

1, размещенных в гелиевом криостате 2.

Стержни обмотки якоря.8 соединены с пластинами 4 коллекторов при помощи секторов

5. С,последними стержни скреплены по типу шпилечного соединения при сборке через отверстия в каппе б, насаженной на вал,ротора.

Электрическая схема обмотки (фиг. 2) образована посредством стержневых проводников 7 с роликовыми щетками 8, жестко соединенными с концами этих проводников. Проводники 7 размещены в самосмазывающихся ,подшипниках 9 скольжения (или качения), электрически изолированных от корпуса криостата. Соединение якоря с внешней цепью

З0 (источником питания двигателя или сопро546066 тивлением нагрузки генератора) осуществлено скользящим контактом на базе неподвижых щеток 10, установленных в щеткодержатзлях (по две на каждую, параллельную

"-.åTçü). Контактное нажатие роликов щеток производится за счет упругости стержневых проводников 7 или посредством специальных пружин, как и у щеток 10 (пружины на чертеже не показаны). Отводы 11 от щеток 10 проходят сквозь радиальное отверстие в криостате. Обмотка якоря содержит, например, стержни 12 — с19.

1о

Для того, чтобы можно было применить роликовые подвижные контакты качения, поверхности обкатывания обоих коллекторов обращены внутрь машины к средней плоскости якоря. Это лозволяет приблизить указанные поверхности к катушкам 1 и увеличить эффективность использования магнитного потока возбуждения. Поскольку оси стержневь х проводникбв 7 должны быть направлены пз образующим поверхности кругового цилиндра (либо конуса или,ра диуса круга в дисковых машинах), в обмотке якоря с паралл. льными ветвями стержни размещены,под углом, равным 8 ла/К рад. Это означает, что конец стержня на коллекторе сдвинут относительно его начала (на другом коллекторе) на угол, соответствующий 4а коллекторным делениям. Практически при числе ветвей 2а=2 сдвиг составляет четыре, деления. Такой сдвиг обеспечивает правильную схему соединений обмотки.

Работает машина следующим образом.

В соединенные последовательно сверхпроводниковые катушки 1 индуктора, магнитно включенные встречно, от источника питания подается ток, который создает магнитный поток возбуждения. При подключении отводов

11 к,источнику питания силовой цепи машина

;работает как двигатель, а при вращении ротора от приводного устройства — как генератор. К валу двигателя можно присоединить механическую нагрузку, к отводам 11 — элект45 рическое сопротивление нагрузки генератора.

При вращении, ротора проводники 7 также вращаются под.влиянием сил трения между коллекторами и роликовыми щетками 8.

Электрический подвижный контакт качения имеет значительно меньше потери на трение и обусловливает меньший износ щеток и коллекторов. В предложенной машине контакт скольжения имеет место только у четырех не:подвижных щеток 10, расположенных по две (через одну, пластину) на каждом коллекторе. Они необходимы для подключения к вращающемуся якорю внешней неподвижной цепи. Все остальные подвижные контакты, общее число которых,в крупных машинах со60 ставляет несколько десятков (и может доходить до ста контактов и более), выполнены на элементах качения 8. Таким образом, к. п. д, и срок службы предложенной машины будут существенно выше, чем у прототипа (при одинаковых числах подвижных контактов) .

В процессе вращения ротора подвижные контакты на коллекторах осуществляют ком";óòàöèþ стержней 8, при .которой в параллельную ветвь обмотки периодически включаются последовательно отдельные стержни или их пары при перекрытии щетками 8 и 10 двух соседних пластин коллектора. На фиг. 2 демонстрируется в качестве примера мгно.венная схема соединений, на которой в лараллельную ветвь, начинающуюся на левой нижней щетке 10 (плюс), входят стержни

12 — 15. Данная ветвь заканчивается на левой верхней щетке 10 (минус). Стержни 1б — 19 входят в другую параллельную ветвь.

Во избежание появления в стержнях недопустимо оольших реактивных э. д. с. при коммутации роликовыми щетками коллекторные пластины 4 можно выполнить с некоторым скосом разделительных дорожек, чтобы увеличить время контактирования ролика с двумя соседними пластинами. При относительно больших токах якоря для увеличения площади контактной, поверхности можно применять двформируемые элементы качения, например, из токопроводящих пластмасс или ,резин.

Подобным же образом можно выполнить и дисковый якорь униполярной машины с .роликовыми контактами качения, радиальным (или по образующим конуса) расположением стержневых соединительных проводников и скосом стержней обмотки на указанный угол (8 ла/К рад). При этом коллекторы на периферии и в центральной части диска ротора должны иметь, разную осевую длину, а ролики на концах проводников — соответственно разные диаметры, чтобы обеспечивались одинаковые угловые скорости, роликов на обоих коллекторах (во из бежание скручивания соединительных проводников).

Практическое использование предложенных машин предпочтительно в качестве сверхлроводникîBых униполярных двигателей для тихоходных приводов прокатных станов; гребных винтов на морских судах; крупных водяных насосов;:шаровых углеразмолочных мельниц. Как генераторы предложенные машины могут использоваться в соответствующих системах Г-Д.

Формула изобретения

Униполярная машина, содержащая сверхпрозодниковый индуктор, параллельные ветви стержневой обмотки на якоре, стержни которой соединены своими концами с двумя коллекторами, и две неподвижные щетки на каждом коллекторе, установленные через одну коллекторную пластину и подключенные к внешней цепи, отличающаяся тем, что, с целью повышения к. п, д. и увеличения срока службы, на свободных коллекторных пластинах через одну ламель установлены контакты качения, а стержни обмотки размещены на якоре под углом, равным 8 па/К рад, где а — число,пар параллельных ветвей обмотки, К вЂ” число пластин на коллекторе.

Источник информации, принятый во внимание при экспертизе.

1. Патент Швейцарии № 470795, кл. Н 02k

19/18, 1969. р ! ) 546066

ЧЬг. 2

Составитель А. Трепутнева

Техред Н. Сметанина

Редактор И, Шейкин

Корректор В. Гутман

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Заказ 80/150 Изд. № 417 Тираж 899 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5