Униполярный электродвигатель

Униполярный электродвигатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ, СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК з(59 Н 02 К 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н- ABTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

В «1

f, II3

1,й= „Sily, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3226391/24-07 (22) 29. 12. 80 (46) 23.04,83. Бюл. Ю 15 (72) В.Г.Федосов (53) 621 ° 313,292(088.8) (56) 1 . Брускин Д.Э..и др. Электрические машины. И., 1979, ч. ft, с. 250.

2. Парселл Э. "Электричество и магнетизм", ЕКФ, т. 2. М., "Наука"., 1971, с. 339, 340, i (54)(57) УНИПОЛЯРНЦЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий статор с обмоткой и. кольцевым токосъемом и якорь с валом в подшипниках0 о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения скорости, якорь выполнен в виде диска, скрепленного с клиновид,ными изогнутыми стержнями, и наруж,ный радиус диска равен

1 ф .Д- К1

:„.SU„„ 14100 A а стержни изогнуты по кривой, описываемой в полярных координатах зависимостью где Й К вЂ” радиус окружности, опи са н-: ной во концам стержней

- текущее значение модуля ра". диус-вектора кривой, - угол поворота радиус-вектора, при этом концы стержней подвижно ус тановлены в дополнительно введенном промежуточном токосъемном кольце, соединенном через изолирующие нити Я и цапфы с.магнитным редуктором, „ кинематически связанным с валом,и обеспечивающим вращение промежуточного кольца в ту же сторону-, что и якорь со скоростью, меньшей скорости якоря.

1014100

Изобретение относится к электротехнике, а именно к специальным униполярным двигателям, роторы которых работают при больших окружных скоростях и ускорениях, и может быть S использовано в качестве специального высокоскоростного электродвигателя, преимущественно в сверхпроводящих машинах. Кроме того, возможно применение в качестве генератора и элек- 10 тромеханического аккумулятора энергии.

Известен электродвигатель, содержащий магнит-статор, диск-якорь, вал, обмотки, щетки и корпус 1).

Недостатком этого двигателя является невозможность получения значительных скоростей на периферии ротора из-.за непрочности крепления обмотки и высоких скоростей коммутации. 20

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является униполярный двигатель, содержащий статор с обмоткой, якорь, вал, опоры и токопроводящую систему из двух щеток, одна из которых присоединена к валу, а другая касается периферии диска ротора, причем к щеткам приложено напряжение (21, С помощью известного двигателя можно получить на роторе более высокие окружные скорости, чем у описанного в 1).

Однако недостатками двигателя являются отсутствие на роторе обжимающей силы, без которой невозможно получить скорость, превышающую достижимую за счет прочности ротора, и высокая скорость коммутации на концах щеток токоподводящей системы, чть40 также ограничивает скоростные возможности этого двигателя.

Цель изобретения - повышение окружной скорости.

Поставленная цель достигается тем,4> что в униполярном двигателе, содержащем статор с обмоткой и кольцевым токосъемом и якорь.с валом в подшипниках, якорь выполнен в виде диска, скрепленного с клиновидными изогнуты- 50 ми стержнями, и наружный радиус диска равен

9 тГ2 а стержни изогнутых по кривой, описываемой в полярных координатах зависимостью

k=Рк Bing где R - радиус диска;

В, — радиус окружности, описанной по концам стержней

R - текущие значения модуля радиус-вектора кривой, Ч вЂ” угол поворота радиус-вектора, причем концы стержней подвижно уста новлены в дополнительно введенном в промежуточном токосъемном кольце, соединенном через изолирующие нити и цапфы с магнитным редуктором, кинематически связанным с валом и обеспечивающим вращение промежуточного кольца в ту же сторону, что и якорь со скоростью, меньшей скорости якоря, Дополнительно диск ротора и токосъем снабжены полостями для циркуляции охлаждающей жидкости, На фиг. 1 схематически изображен униполярный электродвигатель, разрез; на фиг, 2 - униполярный двигатель со снятой крышкой, вид сверху.

Униполярный электродвигатель со" держит статор с обмоткой 1, вал-якорь

2, подшипниковые опоры 3, кольцевой токосъем 4, стержни якоря 5, промежу-. точное кольцо 6, вакуумированную по.лость 7, крышки 8, центральный диск

9 якоря, изолирующие нити 10, верхние и нижние цапфы 11 магнитного редуктора 12, полости 13, цилиндрические токопроводы 14.

Процесс работы предлагаемого электродвигателя разделяется на три режима: разгон, установившееся вращение в сверхскоростном диапазоне и торможение, В зависимости от режима имеются особенности его работы.

Путь тока в электродвигателе на всех режимах следующий: от положительного полюса источника тока к валу ротора.2, по валу к центральному-диску ротора 9, от диска ток расходится по стержням 5, через подвижный контакт клиновидных концов стержней с внутренней поверхностью кольца 6 ток идет на промежуточное кольцо 6, через подвижный контакт наружной -поверхности кольца с поверхностью токосъема 4, ток попадает на токосъем, с токосъе-ма,по цилиндрическому токопроводу

14, расположенному на внутренней стенке обмотки 1, ток идет на отрицательный полюс источника тока.

Разгон.

Достижимая скорость на концах стержней определяется из условий р .Г кр кт рз! 014100

В 4 гБ71Ф1&йк

Р3 у где Q — суммарная окружная скорость на концах стержней якоря относительно неподвижного стаS тора, gi - относительная окружная скоР рость между койдуктором и якорем, 1О

4k - относительная окружная скорость между промежуточным кольцом и токосьемом, Я - окружная скорость на концах стержней якоря, определяемая

1S из условия обжатия (03- допускаемые напряжения растяжения материала ветвей, 1 - плотность тока в стержнях якоря

Ь - индукция поля статора, P - плотность материала якоря.

С учетом этих условий разгондолжен осуществляться в два этапа.

Первый этап. При прохождениИ тока по стержням 5 и включении магнитного

2S поля в обмотке статора 1 происходит электромагнитное взаимодействие между. током в стержнях якоря и полем ататора, в результате чего якорь 2 начинает вращаться. Направление вращения Зв и обжатия стержней определится по правилу левой руки. При этом магнитный редуктор l2 сцепляет вал ротора 2 и нижнюю цапфу 11 кольца 6, Якорь вращается вместе с кольцом 6 ° При -до" стижении скорости, близкой к О т-, с помощью редуктора 12 уменьшается сцепление якоря с кольцом 6, разгон переходит во второй этап.

Второй этан, На втором этапе скорость & т поддерживается постоянной с помощью редуктора 12, но якорь 2 продолжает.разгоняться относитель" но кольца 6 до скорости О. кр. При достижении скорости, близкой к 9 режим разгона якоря заканчивается. ф

Режим установившегооя скоростного вращения.

При этом режиме в статоре наводится максимальное магнитное поле, на якорь подается наибольший ток, его стержни максимально обжимаются и работают при скоростях, близких gpy .

Существенный эффект обжатия возможей при индукции поля мутатора в )<10 t ?? ?????????????????? ???????? ?? ???????????? i ??100??>

Обмотка статора может быть сверхпроводящей, а охлаждение ротора и токосъема может производиться жидким азотом.

Торможение.

Для торможения и последующей остановки якоря без разрушения необходимо несколько увеличить нагрузку на валу якоря и при началеауменьшения окружной скорости якоря начать уменьшать ток в нем, не снимая нагрузки. Кольцо 6 при этом расцепляется с якорем и вращается по инерции. При достижении окружной скорости на стержнях, меньше допускаемой по условиям прочности, ток на якоре выключается, магнитное поле статора уменьшается и якорь самотормозится из-за наведения тока .индукции в стержнях.

Главным техническим эффектом предлагаемого двигателя является большая окружная скорость якоря, Как машина постоянного тока, предлагаемый двигатель обратим и может использоваться в качестве генератора. Применение

его в качестве генератора позволит увеличить удельную мощность, что особенно необходимо в микроэнергетичес- ких установках. Кроме того, применение предлагаемого устройства в качестве электромеханического аккумулятора энергии позволит получить более высокую энергоемкость по сравнению с супермаховиками и кольцевыми накопителями, так как предлагаемое устройство сочетает в себе разгоняющий, энергонакопительный и выдающий элементы.

Составитель A,Трепутнева

Редактор В, Лазаренко ТехредмА. Ач Корректор О. Билак

Заказ 3035/65 Тираж 685 Подписное

ВНИИПИ. Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5 филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4