Униполярная машина

(0888)США Р 3.383.532,идетельство СССК 31/00,1961. тлио в роторенесквозные еждусквоэныГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ САНИЕ ИЗОБ СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54)(57) 1. УНИПО жащая ротор:с кол дами токосьемных центральным и бо ярмом, катушками косъемными узлам щ а я с я тем,ч щения массо-габа ЛЯРНАЯ МАШИНА, соде ьцевыми электро- узлов и статор.с овыми полюсами, возбуждения и то- отличаюо, с целью улучитных и энергетических показателей машины путемпредотвращения насыщения магнитопровода полем якоря, в центральном полюсв статора и в роторе выполнены сквозные прорези, проходящие через ось, и осевой размерпрорезей ротора больше расстояниямехду токосъемными узлами, номеньшей длины цилиндра ротра,а осевой размер прорезей статвране меньше расстояния между токосьемными узлами, при этом числапрорезей н роторе и статоре больше двух и не имеют общих делителейкроме единицы.2. Машина по п. 1, оч а ю щ а я с я тем, чтвыполнены дополнительныепрорези, расположенные мми прорезями,сыщения ротора и статора поперечным магнитным полем якоря,укаэанная цель достигается тем,что в униполярной машине, содержащей ротор с кольцевыми электродами5 токосъемных узлов и статор с центральным и боковыми полюсами, ярмом,катушками возбуждения и токосъемнымиузлами, в центральном полюсе статора и в роторе выполнены сквозные10 прорези, проходящие через центральнуюось, и осевой размер прорезей ротора больше расстояния между токосъемными узлами, но меньше длины цилиндра ротора, а осевой размер про 15 резей в статоре не меньше расстояниямежду токосъемными узлами, при этомчисла прорезей в роторе и статоребольше двух и не имеют общих делитетелей, кроме единицы.В роторе также могут быть допол,нительно выполнены несквозные про 25 е 30 35 40 45 50 55 60 65 Недостатки этой конструкции УМ сос тоят в том, что( вставки существенно не доходят до оси ротора, а это приводит к насыщению его центральной час ти полем якоря; вставки установлены под углом к радиусу, поэтому изготовление ротора вызывает технологические трудности статор не имеет вставок или компенсационных шин и подвержен насыщению полем якоря.Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является УИ с иемагнитной вставкой, проходящей через ось вращения ротота, выполненного из ферромагнитных полуцилиндров ( 2 )В известной УИ снижено насыцение ротора (и его центральной части включительно), так как вставка проходит через весь диаметр, Вставка имеет протяженность вдоль всей осевой длины цилиндра, поэтому ротор выполнен из двух отдельных частей, стя нутых кольцевыми бандажамй. Данный ротор имеет низкую прочность, что ограничивает его применение только типом тихоходных УИ; для быстроходных УИ с высокими окружными скоростями такой рОтор не пригоден. Статор известной УИ насыщен поперечным полем якоря, что ослаб,ляет рабочий магнитный поток возбуждения и снижает ЭДС машины. Кроме того, при больших токах якоря одной немагнитной вставки, разделяющей полуцилиндры,может оказаться недостаточно для необходимого уменьшения насыщения ротора полем якоря.Цель изобретения - улучшение массо-габаритных и энергетических показателей УИ путем снижения наИзобретение относится к электрическим машинам постоянного тока,а именно к униполярным машинам (УМ).Эти машины используются в электромеханических установках тока в качестве генераторов, а также в системах низкого напряжения в качестведвигателей,Для УИ характерны большие токиякоря, магнитное поле которых (поцереиная реакция якоря) проявляется в сильном насыщении магнитопро"вода, отрицательно влияющем намассо-габаритные и энергетическиепоказатели этих машин из-за необходимости увеличивать размеры магнитопровода и катушек возбужденияи иэ-за возрастания. потребляемоймощности навозоуждение.Известна конструкция УИ,позволяющая снизить продольно-размагничивающий эффект поперечной реакцииякоря за счет применения ряда равноммерно распределенных по окружностинемагнитных проводящих вставок в роторе 1). рези, расположенные между сквозными прорезями. Для увеличения прочностиротора кольцевые электродй токосъемных узлов служат бандажами, Возможнотакже заплавление прорезей немагнитным металлом или сплавом,На фиг. 1 схематично показанаУМ, продольный разрез; на фиг, 2 -то же, поперечное сечение,УИ содержит цилиндрический ротор1 из ферромагнитного материала, токосъемы 2,3 и статор, включающий сдвоенный средний полюс 4 с ярмами 5,6 идва боковых полюса 7, 8 из ферромагнитного материала, а также катушки9 и 10 возбуждения, Детали 1, 4 - 6образуют магнитопровод машины, Роторимеет кольцевые ЭлектродЫ 11 и 12токосъемных узлов и вал 13, которыйможет изготавливаться с ротором какодно целое, Вал установлен в подшипниках 14 и 15. В средней части ротора1 выполнено несколько равномерно расположенных сквозных диайетральных прорезей 16,осевая протяженность которыхпревышает расстояние между плоскос-тями токосъемов, но меньше длины цилиндра ротора, Кольцевые электроды 11,12 служат бандажами цилиндра ротора,Ротор может быть снабжен дополнитель-:ными несквозными прорезями 17, расположенными между прорезями 16 (фиг.2).Сквозные радиальные прорези 18 в статоре, проходящие в его среднем полюсе4 и ярмах 5 и 6, имеют осевую протяженность не меньше расстояния междуплоскостями токосъемов. Прорези 16.17 и 18 могут быть заплавлены немагнитным металлом (сплавом) или заполне.ны укрепленными в них немагнитнымивставками.При работе УМ ротор 1 пересекаетпродольный рабочий магнитный потоквозбуждения фо, создаваемый катушками 9,10 и наводящий в роторе ЭДС,В ре.жиме нагрузки по цепи якоря черезподвижные токосъемы 2 и 3 протекает ток З , обслуживающий поперечный магнитный поток реакции якоря. Линии этого потока замыкаются по кон-. центрическим окружностям в статоре (Фг) и роторе ( ФР ) в плоскостях, 5 отогональных к плоскостям линий потока катушек возбужедения (фиг.2).Магнитный поток реакции якоря может также замыкаться в роторе в пределах каждого сектора (ф ). При наличии, 10 дополнительный прорезей 17 появится ток ( ),Прорези (или немагнитные вставки) существенно увеличивают магнитное сопротивление потокам ф и ФР, тем . 15 самым уменьшая их и предотвращая насыщение ими соответствующих участков ротора и статора. Поток ф также снижается с увеличением числа диаметраль. ных прорезей в роторе. При наличии до 20 полнительных прорезей суммарный поток ,в каждом секторе ротораф +ф будет9 Р треше меньше, Осевая протяженность про,резей в статоре равна расстоянию между плоскостями токосъемов, т.е. определяется длиной среднего полюса и участков двух ярм, подверженных иааыщаему магнитному воздействию поля якоря, или больше этого расстояния.Осевая протяженность прорезей в роторе теоретически должна быть пе-ременной, уменьшаясь к периферии в оответствии с картиной распределения (растекания) тока Э в массиве цилиндра ротора, Изготовление прорезей переменной протяженности по радиусу на практике технологически затруднительно, поэтому длина прорезей в периферийной части ротора увеличена (по сравнению с теоретически необходимой их длиной), и 40 прщези в пределах всего диаметра имеют. постоянную осевую протяженность, которая больше расстояния между плоскостями токосъемников,но меньше длины цилиндра ротора Такая 45 конструкция, ротора позволяет выполнить его как одно целое. Эти роторы допустимо применять в быстроходных УМ. Определенный выбор числа прорезей в роторе и статоре, заключающийся 50 в том, чтобы эти числа не имели общих делителей, кроме единицы, значительно снижает пульсации потока возбуждения, связанные с периодическим иэь.знением магнитной проводимости воздушного зазора под средним полюсом УМ из-за влияния прорезей, При произвольных числах прорезей в роторе и статореУ например, равных или кратных, могут возникать болыаие пульсации, которые обусловили бы потери мощности в стали магнитопровода, а также наличие переменных составляющих в ЭДС якоря,На практике, в некомпенсированной УМ при обычных плотностях тока в якоре (больше 0,5 А/ми ) напряженность поперечного магнитного поля якоря существенно превышает напряженност пабочего поля катчаек возбуждения. Поэтому уменьшение поля якоря. за счет рациональной конфигурации прорезей в статоре и роторе обеспечивает приблизительно пропорциональное,уменьшение сечения катушек и мощности возбуждения, а также соответственное уменьшение размеров магнитопровода. Это приводит к снижению габаритов и массы машины и повышение ее КПД. Согласно приближенной оценке при наличии и полных радиальных прорезей в роторе напряженносТь поля якоря уменьшается в (+ /Л) раз.Сравнение предложенной машины с базовым объектом-машиной с ГУ 160-24 У 4 (изготовитель - завод УЭТМ) показывает, что для уменьшения поля якоря до величины рабочего поля требуется 9 радиальных прорезей в статоре и 4 диаметральных прорез(,в роторе.Это позволит увеличить магнитную индукцию рабочего поля с 1 Т до 1,25 Т и соответственно уменьшить сечения магнитопровода и цртушек возбуждения, При этом потери мощности на возбуждение сократятся приблизительно в 2,5 раза. В .результате наружный диаметр машины уменьшится на 10,5, массана 20, а КПД увеличится на 0,2,.Ожидаемый зкономический эффект обусловлен улучшением массо-габаритных показателей и составит более 20 от стоимости основных материалов и затрат на изготовление машины.,В Ильин Заказ 37%9/48 Тираж 617 П ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Илсква, Ж, Раушская наб., писное илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная