Униполярная бесколлекторная машина

Автoр: Уппе Дмитрий Валерьевич

Изoбретение oтнocитcя к электрoтехнике и мoжет быть иcпoльзoванo в качеcтве привoда c регулируемoй чаcтoтoй вращения. Техничеcкий результат cocтoит в упрoщении кoнcтрукции и oбеcпечении рабoты в cиcтемах пocтоянного тока выcокого напряжения без коммутации рабочей обмотки c возможноcтью переключения обмоток cтатора в процеccе работы. Средство коммутации отсутствует. Средство для создания внешнего магнитного потока расположено на роторе. Статор имеет, по меньшей мере, одну рабочую обмотку, по меньшей мере, с одним витком, состоящую из активной и пассивной частей, и выполнен таким образом, что активная и пассивная части обмотки находятся в его теле и взаимодействует с магнитным потоком ротора. Пассивная часть обмотки изолирована материалом с малой магнитной проницаемостью либо магнитно-непроницаемым. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Настоящее изобретение относится к электрическим машинам, а более точно касается униполярных электрических машин и может быть использовано как в процессе производства электрической энергии, так и в процессе ее потребления. Рекомендуемое применение в качестве привода с регулируемой частотой вращения.

Известна униполярная электрическая машина, содержащая ротор, статор, установленный с зазором относительно ротора, образующий с ним единый магнитопровод и имеющий обмотку возбуждения, создающую внешний магнитный поток, воздействующий на ротор, и средство токовой коммутации, состоящее из щеток и проводников ротора, между которыми образуется непрерывный скользящий контакт (Специальные электрические машины. Под ред. Б.Л.Алиевского. М.: Энергоатомиздат, том 2, 1993 г. стр.67).

В результате такого конструктивного выполнения недостатком указанной униполярной электрической машины является наличие непрерывного скользящего контакта и то, что она может применяться только в системах постоянного тока низкого напряжения, что существенно сужает область ее применения.

Для повышения напряжения униполярной машины применяют коллектор, т.е. располагают на активной поверхности якоря ряд стержней, соединенных между собой последовательно так, что суммарная ЭДС униполярной машины получается равной ЭДС одного стержня, умноженной на число последовательно включенных стержней (Специальные электрические машины. Под ред. Б.Л.Алиевского. М.: Энергоатомиздат, том 2, 1993 г., стр.202).

Существенным недостатком коллекторных униполярных машин является большое количество последовательно включенных щеток, обеспечивающих по два скользящих контакта для каждого стержня, и то, что униполярную электрическую машину с токовой коммутацией принципиально нельзя сделать бесконтактной (там же, стр.67, 70, 203).

Изобретение решает следующую задачу - создание униполярной электрической машины, сравнительно простой по конструктивному выполнению, работающей в системах постоянного тока высокого напряжения без коммутации рабочей обмотки с возможностью переключения обмоток статора в процессе работы.

Поставленная задача достигается тем, что в униполярной электрической машине, содержащей ротор, статор установлен с зазором относительно ротора, образует с ним единый магнитопровод и имеет средство для создания внешнего магнитного потока, воздействующего на ротор и средство коммутации. Согласно изобретению средство коммутации отсутствует, а средство для создания внешнего магнитного потока расположено на роторе, статор имеет по меньшей мере одну рабочую обмотку по меньшей мере с одним витком, состоящую из активной и пассивной частей, и выполнен по форме таким образом, что активная и пассивная части обмотки находятся в теле статора и взаимодействуют с магнитным потоком ротора, причем пассивная часть обмотки изолирована материалом с малой магнитной проницаемостью либо магнитно-непроницаемым.

Ось рабочей обмотки пересекает ось обмотки ротора перпендикулярно, т.е. активная и пассивная части обмотки расположены на одном диаметре статора.

Ось рабочей обмотки с осью обмотки ротора не пересекаются, но составляют в проекции угол девяносто градусов, т.е. активная и пассивная части обмотки расположены на разных диаметрах статора. На обмотку ротора напряжение подается посредством кольцевых контактов и щеток.

Подключение обмоток статора возможно варьировать, изменяя подключение с последовательного на параллельное.

Вышеприведенная совокупность существенных признаков является новой и представляет собой существенные отличия, которые соответствуют такому критерию изобретения, как новизна. Новые существенные признаки неизвестны из патентной и технической литературы.

Использование приведенных новых существенных признаков с известными признаками, присущими прототипу заявляемого изобретения, реализует поставленную задачу, причем многократное количество раз, что позволяет сделать вывод о соответствии представляемого технического решения критерию изобретения «промышленная применимость».

Далее изобретение поясняется описанием конкретных примеров его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:

на фиг.1 изображена предлагаемая униполярная электрическая машина;

на фиг.2 - изображена одна из обмоток статора с изолятором;

на фиг.3 - изображен вариант, при котором активная и пассивная части обмотки расположены на одном диаметре статора;

на фиг.4 - изображен вариант, при котором активная и пассивная части обмотки расположены на разных диаметрах статора;

на фиг.5 - изображен вариант, при котором активная и пассивная части обмотки расположены на одном диаметре статора с предполагаемым взаимодействием магнитных полей;

на фиг.6 - изображен вариант, при котором активная и пассивная части обмотки расположены на разных диаметрах статора с предполагаемым взаимодействием магнитных полей.

Униполярная электрическая машина содержит статор 2 (фиг.1), ротор 1 с обмоткой возбуждения 3 и щеточным узлом 6.

Статор 2 имеет по меньшей мере одну рабочую обмотку 4 по меньшей мере с одним витком, состоящую из активной и пассивной частей, пассивная часть изолирована материалом 5 с малой магнитной проницаемостью либо магнитно-непроницаемым и расположена в теле статора:

- с осью рабочей обмотки, пересекающей ось обмотки ротора перпендикулярно, т.е. активная и пассивная части обмотки расположены на одном диаметре статора (фиг.3);

- с осью рабочей обмотки, не пересекающейся с осью обмотки ротора, но составляющей в проекции угол девяносто градусов, т.е. активная и пассивная части обмотки расположены на разных диаметрах статора (фиг.4).

Принцип работы предлагаемой униполярной электрической машины заключается в следующем.

Магнитное поле в магнитопроводе предлагаемой машины наводится обмоткой возбуждения 3 (фиг.1), установленной в теле ротора 1, и взаимодействует с полем, образующимся вокруг рабочей обмотки 4. Пассивная (изолированная) и активная части обмотки взаимодействуют с магнитным полем обмотки возбуждения с противоположным направлением, т.е. при отсутствии изоляции пассивной части суммарная реакция обмотки равна нулю, но т.к. пассивная обмотка изолирована, то реакция активной части обмотки будет по крайней мере на порядок больше, чем реакция пассивной. Данное утверждение поясняется на фиг.5 и 6. При взаимодействии магнитных полей ротора и статора магнитное поле ротора будет воздействовать на обмотку статора, "смещая" ее в сторону разряжения магнитного поля. Так как статор неподвижен, то в соответствии с третьим законом Ньютона действию всегда противостоит равное и противоположное ему противодействие, ротор начнет вращаться в противоположную сторону.

Преимущества данного изобретения:

- увеличение мощности на единицу массы;

- повышение КПД;

- расширение функциональных возможностей;

- повышение эксплуатационной надежности и технического ресурса предлагаемой машины;

- обеспечение возможности регулирования частоты вращения и потребляемой мощности.


Формула изобретения

1. Униполярная электрическая машина, содержащая ротор, статор, установленный с зазором относительно ротора, образующий с ним единый магнитопровод и имеющий средство для создания внешнего магнитного потока, воздействующего на ротор, и средство коммутации, отличающаяся тем, что средство коммутации отсутствует, а средство для создания внешнего магнитного потока расположено на роторе, статор имеет, по меньшей мере, одну рабочую обмотку, по меньшей мере, с одним витком, состоящую из активной и пассивной частей, и выполнен по форме таким образом, что активная и пассивная части обмотки находятся в теле статора и взаимодействует с магнитным потоком ротора, причем пассивная часть обмотки изолирована материалом с малой магнитной проницаемостью либо магнитно-непроницаемым.

2. Униполярная электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что ось рабочей обмотки пересекает ось обмотки ротора перпендикулярно, т.е. активная и пассивная части обмотки расположены на одном диаметре статора.

3. Униполярная электрическая машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что ось рабочей обмотки с осью обмотки ротора не пересекаются, но составляют в проекции угол 90°, т.е. активная и пассивная части обмотки расположены на разных диаметрах статора.

4. Униполярная электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что на обмотку ротора напряжение подается посредством кольцевых контактов и щеток.

5. Униполярная электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что подключение обмоток статора возможно варьировать, изменяя подключение с последовательного на параллельное.