RU2672909C2

RU2672909C2 - Unipolar dc machine with axial contacts

Info

Publication number: RU2672909C2
Application number: RU2016113031A
Authority: RU
Inventors: Александр Львович Нехаев
Original assignee: Александр Львович Нехаев
Priority date: 2016-04-05
Filing date: 2016-04-05
Publication date: 2018-11-21
Also published as: RU2016113031A

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, in particular to a unipolar DC motor. Unipolar motor contains a shaft consisting of two identical magnetic circuits made of electrical steel, where each magnetic circuit consists of an axle and two discs forming the magnetic circuit together with the axle. Between the discs there are annular magnets with oppositely directed fields. Both magnetic circuits are interconnected into a single common shaft through a dielectric gasket. To the axles through movable electrical contacts a current conducting frame movable relative to the magnetic circuits is connected. Device is connected to external circuits through axial contacts, i.e. at points with a low linear velocity. Arrangement of the contacts on one axis makes it possible to simply combine the same type sections in order to increase the torque and the power of the unipolar motor.EFFECT: improving the electromechanical characteristics, improving the operating reliability, increasing the wear resistance, simplifying the design, increasing the power.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам постоянного тока, и может быть использовано в качестве двигателя постоянного тока. Из предшествующего уровня техники известен класс униполярных двигателей (УД) постоянного тока [1], характеризующихся тем, что они имеют непрерывное и некоммутируемое соединение с внешней цепью, что приводит к постоянному, независящему от угла поворота, вращательному моменту.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to electric DC machines, and can be used as a DC motor. From the prior art, a class of unipolar DC motors [1] is known [1], characterized in that they have a continuous and non-commutated connection to an external circuit, which leads to a constant torque, independent of the angle of rotation.

В основе большинства УД лежит дисковая униполярная машина, называемая также диском Фарадея, главным недостатком которой является то, что один из токосъемных контактов расположен на периферии диска, в точке высокой линейной скорости, что приводит к проблеме создания надежного контакта, а также затрудняет объединение однотипных секций с целью увеличения вращательного момента и мощности двигателя. Из предшествующего уровня техники также известна униполярная машина Н. Теслы [2], выбранная в качестве прототипа, где для преодоления указанного недостатка применяются два вращающихся диска, расположенные на отдельных осях и связанные электрически токопроводящим ремнем, причем внешние токосъемные контакты располагаются на осях обоих дисков. Недостатком данной униполярной машины является наличие двух несоосных дисков и токопроводящего ремня, что приводит к усложнению конструкции и также затрудняет объединение однотипных секций с целью увеличения вращательного момента и мощности УД.Most UDs are based on a unipolar disk machine, also called a Faraday disk, the main disadvantage of which is that one of the collector contacts is located on the periphery of the disk, at a point of high linear speed, which leads to the problem of creating a reliable contact, and also makes it difficult to combine similar sections in order to increase the torque and engine power. The unipolar N. Tesla machine [2] is also known from the prior art, selected as a prototype, where two rotating disks located on separate axes and connected by an electrically conductive belt are used to overcome this drawback, with external current collecting contacts located on the axes of both disks. The disadvantage of this unipolar machine is the presence of two misaligned disks and a conductive belt, which complicates the design and also makes it difficult to combine the same sections in order to increase the torque and power of the UD.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в преодолении указанных недостатков и создании изделий с высокой надежностью. Поставленная задача решается тем, что предлагаемая конструкция позволяет применять осевые контакты и секционно наращивать УД для достижения большей мощности. Техническим результатом заявленного изобретения являются улучшение электромеханических характеристик УД, повышение надежности в работе, увеличение износостойкости, упрощение конструкции, повышение мощности, а также расширение области его применения.The problem to which the claimed invention is directed is to overcome these drawbacks and create products with high reliability. The problem is solved in that the proposed design allows the use of axial contacts and sectionally increase the DD to achieve greater power. The technical result of the claimed invention is to improve the electromechanical characteristics of UD, increase reliability in operation, increase wear resistance, simplify the design, increase power, and also expand the scope of its application.

Конструкция предлагаемого УД изображена на фиг. 1 и состоит из вала, состоящего из двух однотипных магнитопроводов 1, выполненных из электротехнической стали, где каждый магнитопровод состоит из оси и двух дисков 2 и 3, совместно с осью образующих магнитопровод. Между дисками расположены кольцевые магниты 4, 5 со встречно направленными полями. Оба магнитопровода объединены в один общий вал через диэлектрическую прокладку 8. К осям через подвижные электрические контакты 7 любым известным способом, например посредством шарикоподшипниковых соединений, присоединяется токопроводящая рамка 6, подвижная относительно магнитопроводов и физически представляющая собой один сплошной короткозамкнутый виток. УД подключается к внешним цепям через осевые контакты К1 и К2, т.е. в точках с низкой линейной скоростью, причем в отличие от прототипа контакты находятся на одной оси, что дает возможность простого объединения однотипных секций с целью повышения вращательного момента и мощности УД.The design of the proposed DD is shown in FIG. 1 and consists of a shaft, consisting of two magnetic cores of the same type 1, made of electrical steel, where each magnetic circuit consists of an axis and two disks 2 and 3, together with the axis forming the magnetic circuit. Between the disks are ring magnets 4, 5 with opposing fields. Both magnetic circuits are combined into one common shaft through a dielectric gasket 8. A current-conducting frame 6 is attached to the axes through movable electrical contacts 7, for example by means of ball-bearing connections, movable relative to the magnetic cores and physically representing one continuous short-circuited turn. UD is connected to external circuits through the axial contacts K1 and K2, i.e. at points with a low linear speed, and in contrast to the prototype, the contacts are on the same axis, which makes it possible to simply combine the sections of the same type in order to increase the torque and power of the UD.

Принцип работы поясняется на фиг. 2. Ток i протекает слева направо через ось вала, далее, разветвляясь, проходит через рамку 6, затем из рамки попадает снова на ось. Диэлектрическая вставка 8 препятствует прохождению тока из одного магнитопровода в другой, минуя рамку. Рамку 6 пересекают магнитные потоки Ф. Взаимодействие токов (вектор i) и магнитных потоков (вектор В) приводит к возникновению силы F, вектор которой определяется по правилу левой руки. Для верхней половины рамки силы будут направлены от наблюдателя и, наоборот, на нижней половине рамки - к наблюдателю. Таким образом, образуется вращательный момент рамки. При изменении направления тока вращательный момент изменится на противоположный. Величина вращательного момента пропорциональна значению магнитной индукции, силы тока и диаметра магнитопровода. Мощность УД пропорциональна вращательному моменту и скорости вращения вала. В зависимости от конкретных технических решений роль статора (ротора) могут выполнять как рамка, так и вал.The principle of operation is illustrated in FIG. 2. The current i flows from left to right through the axis of the shaft, then, branching, passes through the frame 6, then from the frame again falls on the axis. The dielectric insert 8 prevents the passage of current from one magnetic circuit to another, bypassing the frame. Frame 6 is crossed by magnetic fluxes F. The interaction of currents (vector i) and magnetic fluxes (vector B) gives rise to a force F, the vector of which is determined by the rule of the left hand. For the upper half of the frame, the forces will be directed from the observer and, conversely, in the lower half of the frame to the observer. Thus, the torque of the frame is formed. When the current direction changes, the rotational moment will be reversed. The magnitude of the torque is proportional to the value of magnetic induction, current strength and diameter of the magnetic circuit. Power UD is proportional to the torque and shaft rotation speed. Depending on the specific technical solutions, the role of the stator (rotor) can be performed by both the frame and the shaft.

Увеличение крутящего момента и, соответственно, мощности двигателя достигается за счет модульного наращивания однотипных секций. На фиг. 3 показан УД, образованный из N однотипных секций, таких как на фиг. 1.The increase in torque and, accordingly, engine power is achieved due to the modular build-up of sections of the same type. In FIG. 3 shows a DD formed from N sections of the same type, such as in FIG. one.

БиблиографияBibliography

1. Под ред. Суханова Л.А. Электрические униполярные машины. ВНИИЭМ, Москва, 1964 г.1. Ed. Sukhanova L.A. Electric unipolar machines. VNIIEM, Moscow, 1964

2. Патент США US 406968.2. US patent US 406968.

Claims

1. Unipolar direct current electric motor, consisting of a constant magnetic field source, magnetic circuit, conductive element and sliding contacts, designed for continuous and unswitched supply of electric current in unchanged during rotation of the polarity, characterized in that it contains two completely identical axisymmetric steel magnetic circuit, mirror symmetrically combined into one common shaft through a dielectric gasket, where each of the magnetic cores is made in the form of an axis and two disks located on it, between which there is an annular magnet and an annular air gap into which a conductive frame is placed, movable relative to the magnetic cores and connected by sliding contacts to the axes of both magnetic cores, to which external sliding contacts are connected to supply electric current.

2. Unipolar DC electric motor according to claim 1, characterized in that it consists of 2 or more sections of the same type, as in paragraph 1, connected coaxially.