RU2471281C1

RU2471281C1 - Multi-disc unipolar dc electric machine

Info

Publication number: RU2471281C1
Application number: RU2011120368/07A
Authority: RU
Inventors: Михаил Федорович Ефимов; Юрий Петрович Пичугин; Илья Андреевич Польков; Николай Аркадьевич Столяров
Original assignee: Михаил Федорович Ефимов; Николай Аркадьевич Столяров
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2012-12-27
Also published as: RU2011120368A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: in a unipolar DC machine (UM) there are no sliding mechanical-electrical brush contacts, instead of which on each two discs installed on adjacent shafts of rotation, one electroconductive belt is applied, which makes it possible to both electrically and serially connect them and their neighbouring discs. In the generator mode of operation of the proposed UM during rotation of an external motor of a driving shaft, due to effect of electromagnetic induction, in each sector of each electroconductive disc EMFs are induced with directions that depend on directions of rotations of the latter and directions of power lines of field induction of fixed permanent magnets of the inductor. The specified EMFs between themselves are summed up, and when summed, create at the electric output of the UM a resulting permanent voltage = U. When connecting a certain electric load to the output, an anchor current I_a will flow along each disc. In the motive mode, when external permanent voltage = U is connected to the electric output of the proposed UM, the anchor current I_a will flow from its positive terminal to the negative one serially via all discs, electroconductive belts and connecting wires. Since all 4 groups of electroconductive and ferromagnetic discs are in magnetic fields of permanent magnets of a fixed inductor, then currents passing in their sectors start interacting with these fields. It results in rotation of both shafts with a rated angular speed in clockwise direction. At the same time all electromagnet forces that arise in all 4 sections act in concord according to the left-hand rule.

EFFECT: considerable increase of voltage of the proposed unipolar DC machine, its increased wear resistance and accordingly expanded field of its application.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области электрических машин, в частности к униполярным машинам постоянного тока (УМ). Более близким аналогом предложенной машины является УМ с дисковым ротором со скользящими щеточными электрическими контактами. Но наличие у нее как минимум двух таких контактов на один диск не позволяет получить на электрическом выводе необходимое большое напряжение, что существенно сужает область ее применения и ведет к заметному износу ее частей.The invention relates to the field of electrical machines, in particular to unipolar DC machines (PA). A closer analogue of the proposed machine is a PA with a disk rotor with sliding brush electrical contacts. But the presence of at least two such contacts on one disk does not allow to obtain the necessary large voltage on the electrical output, which significantly narrows the scope of its application and leads to a noticeable wear of its parts.

Техническим результатом заявленного изобретения является существенное повышение напряжения, увеличение износостойкости и соответственно расширение области ее применения.The technical result of the claimed invention is a significant increase in voltage, increase in wear resistance and, accordingly, the expansion of its scope.

Технический результат достигается тем, что в предложенной конструкции УМ отсутствуют скользящие механо-электрические щеточные контакты. Вместо них в данном случае на каждые два диска, установленные на соседних валах вращения, применяются по одному электропроводящему ремню, что позволяет не только электрически последовательно их соединить, но и соседние им диски.The technical result is achieved by the fact that in the proposed design of the PA there are no sliding mechano-electric brush contacts. Instead, in this case, for every two disks installed on adjacent rotation shafts, one electrically conductive belt is used, which allows not only to electrically connect them in series, but also their neighboring disks.

Предложена многодисковая униполярная машина постоянного тока, состоящая из двух валов вращения, выполненная в виде двух, с общими магнитными системами, пар униполярных электрических машин с дисковыми роторами, отличающаяся тем, что ее неподвижный индуктор состоит из двух пар постоянных магнитов с цилиндрическими полюсами, между каждыми двумя с противоположными полярностями из которых на соответствующих валах параллельно размещены уплотненные диэлектрическими магнитопроводами четыре группы из нескольких электропроводящих ферромагнитных дисков ее якоря, электрически последовательно соединенных несколькими электропроводящими замкнутыми ремнями и проводниками, проходящими по серединам названных валов, причем середины правых дисков двух верхних их групп соединены через проводники, погруженные в металлические емкости с электропроводящими жидкостями соответственно с положительной и отрицательной клеммами электрического вывода машины.A multi-disk unipolar DC machine consisting of two shafts of rotation, made in the form of two, with common magnetic systems, pairs of unipolar electric machines with disk rotors, characterized in that its stationary inductor consists of two pairs of permanent magnets with cylindrical poles, between each two with opposite polarities of which four groups of several electrically conductive ferromagnets are sealed in parallel on the respective shafts itnyh drive its armature electrically connected in series multiple electrically closed belts and conductors extending in the middle of said shaft, wherein the middle right-hand drives the upper two groups of them are connected through conductors immersed in a metal container with conductive fluids, respectively with positive and negative terminals of the electrical machine output.

На фиг.1 и 2 показаны соответственно продольный и поперечный разрезы. На них приняты следующие обозначения: 1 - металлическая емкость с электропроводящей жидкостью, 2 - постоянный магнит индуктора, 3 - ведущий вал вращения, 4 - электропроводящий ферромагнитный диск, 5 - электропроводящий ремень, 6 - диэлектрический магнитопровод, 7 - соединительный электропровод, 8 - ведомый вал вращения.Figures 1 and 2 show longitudinal and transverse sections, respectively. The following notation is used on them: 1 - a metal container with an electrically conductive liquid, 2 - a permanent magnet of the inductor, 3 - a drive shaft of rotation, 4 - an electrically conductive ferromagnetic disk, 5 - an electrically conductive belt, 6 - a dielectric magnetic circuit, 7 - a connecting electric wire, 8 - a slave rotation shaft.

В генераторном режиме предложенная УМ работает следующим образом. При вращении внешним двигателем ведущий вал 3 против часовой стрелки с угловой скоростью ω начнут вращаться с такой же скоростью все четыре группы и электропроводящих ферромагнитных дисков 4, в том числе и находящиеся на ведомом валу 8. При этом в силу явления электромагнитной индукции в каждом секторе каждого диска наводятся ЭДС с направлениями, зависящими от направлений вращений последних и направлений силовых линий индукции полей неподвижных постоянных магнитов индуктора. Причем направления ЭДС на всех дисках одной группы одинаковые, а направления ЭДС дисков соседних групп как на одном валу, так и на соседнем - противоположны. Середины дисков соседних групп соединены электрическими проводами таким образом, что указанные ЭДС между собой складываются и, суммируясь, создают на электрическом выводе УМ результирующее постоянное напряжение = U. Если при этом к выводу подключить некоторую электрическую нагрузку, то по каждому диску потечет ток якоря I_я по направлениям, указанным на фиг.1.In the generator mode, the proposed PA operates as follows. When the external motor rotates the drive shaft 3 counterclockwise with an angular velocity ω, all four groups of electrically conductive ferromagnetic disks 4, including those on the driven shaft 8, begin to rotate at the same speed. Moreover, due to the phenomenon of electromagnetic induction in each sector of each EMF are induced with directions depending on the directions of rotation of the latter and the directions of the lines of force of induction of the fields of the stationary permanent magnets of the inductor. Moreover, the directions of the EMF on all the disks of the same group are the same, and the directions of the EMF of the disks of the neighboring groups on the same shaft and on the neighboring one are opposite. The midpoints of the disks of neighboring groups are connected by electric wires in such a way that the indicated EMFs add up to each other and, summing up, create the resulting constant voltage = U on the electrical output of the UM. If, at the same time, some electrical load is connected to the output, then the armature current I will flow through each disk I _I in the directions indicated in figure 1.

В двигательном режиме она работает следующим образом. При подключении к ее электрическому выводу внешнего постоянного напряжения = U ток якоря I_я потечет от положительной его клеммы к отрицательной последовательно через все диски 4, электропроводящие ремни 5 и соединительные провода 7. Так как все четыре группы электропроводящих и ферромагнитных дисков 4, уплотненные с диэлектрическими магнитопроводами 6, находятся в магнитных полях постоянных магнитов 2 неподвижного индуктора, то токи, протекающие по их секторам, начинают взаимодействовать с этими полями. Это приводит к вращению обоих валов с номинально угловой скоростью ω по направлению часовой стрелки, противоположно указанному на чертежах. При этом все электромагнитные силы, возникающие на всех четырех участках, действуют согласованно в соответствии правилу левой руки.In motor mode, it works as follows. When external DC voltage = U is connected to its electrical output, the armature current I _I will flow from its positive terminal to the negative in series through all disks 4, electrically conductive belts 5 and connecting wires 7. Since all four groups of electrically conductive and ferromagnetic disks 4 are sealed with dielectric magnetic circuits 6 are located in the magnetic fields of the permanent magnets 2 of the fixed inductor, then the currents flowing through their sectors begin to interact with these fields. This leads to the rotation of both shafts with a nominal angular velocity ω in the clockwise direction, opposite to that indicated in the drawings. Moreover, all electromagnetic forces arising in all four sections act in concert in accordance with the rule of the left hand.

Источники информацииInformation sources

1. Бертинов А.И. и др. Униполярные эл. машины с жидкометаллическими токосъемами. - М. - Л.: Энергия, 1966.1. Bertinov A.I. and others. Unipolar el. machines with liquid metal current collectors. - M. - L .: Energy, 1966.

2. Бертинов А.И. Специальные электрические машины. - М.: Энергия, 1982.2. Bertinov A.I. Special electric cars. - M .: Energy, 1982.

3. Калашников С.Г. Электричество. - М.: Наука, 1985.3. Kalashnikov S.G. Electricity. - M.: Science, 1985.

4. Копылов И.П. Электрические машины - М.: Энергоатомиздат, 1986.4. Kopylov I.P. Electric machines - M .: Energoatomizdat, 1986.

5. Матвеев А.Н. Механика и теория относительности - М.: ВШ, 1986.5. Matveev A.N. Mechanics and Theory of Relativity - M .: VSh, 1986.

Claims

A multi-disk unipolar DC machine, consisting of two rotation shafts, made in the form of two pairs of unipolar electric machines with disk rotors with common magnetic systems, characterized in that its stationary inductor consists of two pairs of permanent magnets with cylindrical poles, between each two with opposite 4 groups of several electrically conductive ferromagnetic disks its yak They are electrically connected in series by several electrically conductive closed belts and conductors passing through the middle of the said shafts, and the middle of the right disks of the two upper groups are connected through conductors immersed in metal containers with electrically conductive liquids, respectively, with the positive and negative terminals of the electrical output of the machine.