Униполярная машина

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ1546066 Союз Советских Социалистических Республик(51) М.Кл,з Н 02 К 31 22) Заявлено 04,05.75 (21) 2130782/07 осударственныи комитет овета Министров СССР УДК 621,313,29(088.8) Бюллетень М сания 24.02.7 ло делам изобретен и открытий Авторизобретения Л. Алиевский 1 Заявител осковский ордена Ленина авиационный инстит имени Серго Орджоникидзе(61) Дополнительное к авт присоединением заявки -3) Приоритет -3) Опубликовано 05.02,775) Дата опубликования о Изобретение относится к электрическиммашинам, 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 источниковлитания.Известны также униполярные машины, содержащие сверхпроводниковый индуктор ипараллельные ветви стержневой обмотки наякоре, стержни которой соединены своимиконницами с двумя коллекторами. В каждойветви стержни включены последовательнопри помощи ряда неподвижных щеток, установленных на коллекторах через одну пластину, что повышает напряжение машин и даетвозможность использовать их в качестве электродвигателей при питании от источников снормальным напряжением 11. Недостаткамиизвестных машин являются пониженный к.п.д.и небольшой срок службы вследствие значительных потерь трения и износа неподвижныхщеток и коллекторов,Предлагаемая машина отличается повышенным к.п,д. и увеличенным сроком службыза 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 тса/К рад, где а - число пар параллельных ветвей обмотки; К - 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.З соединены с пластинами 4 коллекторов при помощи секторов а. С,последними стержни скреплены по типу 0 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 о (источником питания двигателя или сопротивлением нагрузки генератора) осуществлено скользящим контактом на базе неподвижных щеток 10, установленных в щеткодержатзлях (по две на каждую, параллельную ветвь). 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 - с 19. 5 10Для 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 стержневых проводников 7 должны быть направлены пз образующим поверхности кругового цилиндра (либо конуса или,радиуса 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 4 а коллекторным делениям. Практически при числе ветвей 2 а=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 - элект 45 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 со 60 ставляет несколько десятков (и может доходить до ста контактов и более), выполнены на элементах качения 8. Таким образом, и. 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 коммутацию стержней 3, 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 ла-. раллельную ветвь, начинающуюся на левой нижней щетке 10 (плюс), входят стержни 12 - 15. Данная ветвь заканчивается на левой верхней щетке 10 (минус), Стержни 1 б - 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 избежание скручивания соединительных проводников).Практическое использование предложенных машин предпочтительно в качестве сверхчроводниковых 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 изобретенияУниполярная 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 - число пластин на коллекторе. Источник информации, принятый во внимание при экспертизе.1, Патент Швейцарии470795, кл. Н 021 19/18, 1969.546066 Заказ 80/150ЦНИИПИ Изд,417 Тираня 899осударственного комитета Совета Миниспо делам изобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб д. 4/5 ПодписноеСССР ип. Харьк, фил, пред. Патент Составитель А. Трепутневаедактор И, Шейкин Техред Н. Сметанина Корректор В Гутман