SU1737590A1 - Вращающийс трансформаторный токосъемник - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике . Цель изобретени  - повышение КПД. Вращающийс  трансАорматорный токосъемник неподвижный 1 и вращающийс  2 магнитопроводы с кольцевыми обмотками 2 и 4. Вращающа с  обмотка 4 пропитана высокотемпературным св зующим с порошковым ферромагнитным наполнителем. Концентраци  порошкового наполнител  измен етс  от минимальной в сло х, обращенных к неподвижной обмотке, до максимальной в сло х, удаленных от указанной обмотки. Концентраци  порошкового наполнител  может мен тьс  по линейному закону. 1 з.п, Ь-лы, 1 ил. i (/)

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  бесконтактной передачи энергии питани  различных устройств, расположенных на вращающемс  объекте, и выходных сигналов этих устройств на стационарную аппаратуру при экстре альных услови х работы (рабоча  температура до 400°С, линейные ускорени  до 30 тыс.§, вибрации в диапазоне частот до 2,5 Гц - до 30 g).

Известны устройства дл  бесконтактной передачи электрической энергии на

вращающийс  объект, использующие принцип электромагнитной индукции и содержащие вращающуюс  и неподвижную обмотки, расположенные внутри соответствующих вращающегос  и неподвижного магнитопроводов. Подобные- устройства работоспособны при указанных выше услови х, однако имеют весьма низкий КПД (на уровне нескольких про ( центов). Эго объ сн етс  наличием воздушного зазора между вращающейс 

и неподвижной част ми индуктивного токосъемника (или, что эквивалентно,

vj

00

-J

СЛ

со

вращающегос  трансформаторного токосъемника ) , а также тем, что в силу высоких требований к механической прочности такого токосъемника при одновременно посто нно действующем требовании к миниатюризации габаритных размеров , магнитопроводы токосъемников, как правило, выполн ютс  из нешихтованного материала. Наличие значительных вихревых токов в материале магни- топроводов дополнительно снижает КПД вращающегос  трансформаторного токосъемника , причем во многих случа х их вли ние ок зываетс  ощутимее вли ни  воздушного зазора. Снижение КПД вращающихс  трансформаторных токосъемников , магнитопроводы которых выполнены из сплошных материалов, происходит также и вследствие наличи  суще- ственного поверхностного эффекта, особенно значимого при повышенных частотах (сотни герц - единицы килогерц). При этом магнитное сопротивление магнитного пути, по которому замык ютс  магнитные потоки, определ етс  глубиной проникновени  магнитного потока в материал согласно формуле

VMnKC.f

(1)

где d - максимально возможна  глубина проникновени  магнитного потока в материал, MMJ р - удельное сопротивление материала , Ом ММ2/м;

jUg - магнитна  проницаемость материала , Гн/м} f - частота, Гц. При этом, начина  с некоторого значени  частоты, дальнейшее ее увеличение нецелесообразно, так как приводит к увеличению потоков рассе ни  и дальнейшему снижению КПД. Между тем, повышение частоты передаваемого через вращающийс  трансформаторный токосъемник сигнала весьма желательно , так как позвол ет снизить требовани  к входным фильтрам вращающихс  электронных узлов, в первую очередь, к сглаживающим конденсаторам,  вл ющимс  наименее надежными и крупногабаритными элементами.

Цепью изобретени   вл етс  повышение КПД вращающегос  трансформаторного токосъемника, предназначенного дл  работы в т желых услови х (температура - до 400°€, линейные ускорени  - до 30 тыс.в, вибрации - до 30 g

5

5

0

5

в диапазоне частот до 2,5 кГц). Ука- ( занна  цель достигаетс  за счет того, что в известном вращающемс  трансформаторном токосъемнике, содержащем концентрически расположенные подвиж- .ный и неподвижный магнитопроводы с {кольцевыми обмотками, которые размещены внутри магнитопроводов, его вращающиес  обмотки пропитаны высокотемпературным св зующим с порошковым ферромагнитным наполнителем. При этом концентраци  порошкового ферромагнитного наполнител  измен етс  от минимальной в сло х, обращенных к неподвижной обмотке, до максимальной в сло х, удаленных от неподвижной обмотки . Концентраци  порошкового ферромагнитного наполнител  в объеме вращающейс  обмотки измен етс  по линейному закону.

На чертеже приведен вращающийс  трансформаторный токосъемник.

Вращающийс  трансформаторный токосъемник содержит неподвижный магнито- провод 1 с намотанной на него неподвижной обмоткой 2 и вращающийс  магни- топровод 3 с намотанной на него

вращающейс  обмоткой 4. Вращающа с  обмотка 4 пропитана высокотемпературным св зующим с порошковым ферромагнитным наполнителем. Концентраци  порошкового Ферромагнитного наполнител  в обмотке 4 измен етс  от минимальной в сло х, обращенных к неподвижной обмотке 2, до максимальной в

. сло х, удаленных от неподвижной обмотки 2. В качестве высокотемпературного св зующего используютс  (в приведенной реализации) органосиликат- ные высокотемпературные клеи типа КГ-2 и КТ-28.

Вращающийс  трансформаторный токосъемник работает следующим образом. При протекании тока, генерируемого источником переменного тока, через неподвижную обмотку 2, размещенную внутри неподвижного магнитопровода 1, в последнем возникает магнитный поток

ФО, замыкающийс  по неподвижному 1 и, через зазоры, вращающемус  3 маг- нитопроводам и охватывающий вращающуюс  обмотку 4, При этом, в прототипе , выполненном по аналогичной схе

ме, вследствие наличи  воздушных зазоров между магнитопроводами 1 иЗ, а также вследствие малой глубины проникновени  магнитного потока в материал вращающегос  магнитопровода 3

(согласно формуле 1), Фактически определ ющей магнитную проводимость вращающейс  части вращающегос  транг- сформаторного токосъемника, значительна  часть магнитного потока замыкаетс  по воздушному промежутку между вращающимс  и неподвижным магнитопрово- дами и статором вращающегос  трансформаторного токосъемника и между щечками неподвижного магнитопровода , не охватыва  вращающейс  обмотки 4.

Благодар  пропитке в устройстве (вращающейс  обмотки 4 высокотемпературным св зующим с порошковым ферромагнитным наполнителем эквивалентна  магнитна  проводимость вращающей- с  части вращающегос  трансформаторного токосъемника (фиг, 1) существенно возрастает. Вследствие этого происходит перераспределение магнитного потока, генерируемого неподвижной обмоткой 2 таким образом,что значительна  его часть, ранее замыкающа с  между щечками неподвижного магнитопровода 1 и не охватывающа  вращающуюс  обмотку 4, теперь пронизывает витки вращающейс  обмотки 4.

Одновременно с этим снижаютс  потери , вызываемые вихревыми токами в сплошном материале вращающегос  маг- нитомровода 3, уменьшаетс  действие короткозамкнутого витка, в качестве которого можно рассматривать сам вращающийс  магнитопровод 3, представл ющий собой, по сути, замкнутое электропроводное кольцо, помещенное в магнитое поле (активное сопротивление такого кольца - пор дка сотых - тыс чных долей ома), расшир етс  частотный диапазон передаваемых сигналов, что, как было указано выше, позвол ет снизить требовани  к параметрам вращающихс  электронных блоков, дл  питани  которых предназначен вращающийс  трансформаторный токосъемник,уменьшить их габариты, повысить надежность и обеспечить получение дополнительной информации за счет увеличени  числа информационных каналов,

Распределение концентрации ферромагнитного порошкового наполнител  в объеме вращающейс  обмотки 4 то линейному закону таким образом, что минимальна  концентраци  ферромагнитного порошкового наполнител  осуществл етс  в прилегающих к неподвижной обмотке 2 сло х вращающейс  обмотки 4 (на фиг. 1 - в сло х вращающейс 

5

10

15

го

5

0

5

0

5

0

обмотки 4 наименьшего диаметра), а максимальна  - в сло х вращающейс  обмотки 4, наиболее удаленных от неподвижной обмотки 2 (на Лиг. 1 - в сло х вращающейс  обмотки 4 наибольшего диаметра), приводит к тому, что магнитный поток ФО равномерно пронизывает все витки вращающейс  обмотки 4, не концентриру сь только во внутренних сло х вращающейс  обмотки 4.

Такое распределение магнитного потока в теле вращающейс  обмотки 4 позвол ет существенно снизить потери от действи  вихревых токов и коротко- замкнутого витка (вращающегос  магнитопровода 3), уменьшить долю магнитного потока, замыкающегос  вне обмотки 4, а следовательно, повысить КПД вращающегос  трансформаторного iiroKoсъемника. Известные способы, позвол ющие достичь того же эффекта, такие как шихтование магнитопровода или изготовление его из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением и приемлемыми магнитными свойствами (например, ферритов), дл  указанных выше условий, работы оказываютс  непригодны в силу невозможности обеспечить весь комплекс требований , предъ вл емых к механической прочности и габаритам подобных устройств ,

Claims (2)

1. Вместе с тем, получаемый в результате использовани  предлагаемого устройства эффект можно рассматривать как сверхсуммарный, так как ни один из существенных признаков по отдельности не позвол ет достичь поставленной цели - повышени  КПД вращающегос  трансформатора, предназначенного дл  работы в т желых температурных и механических услови х, в минимально возможных габаритах. Проведенные экспериментальные исследовани  вы вили увеличение КПД.исследуемого вращающегос  трансформаторного токосъемника , предназначенного дл  работы в системе тензометрировани  роторов ГТД при указанных выше услови х и при обеспечении всех предъ вленных к нему требований, более чем в 2 раза (с 10% у устройства, выполненного по схеме прототипа, до 26% у устройства, выполненного в соответствии с -предлагаемым техническим решением), Формула изобретени 

   1, Вращающийс  трансформаторный токосъемник, содержащий концентричес7173

   ки расположенные подвижный и неподвижный магнитопроводы с кольцевыми обмотками, которые размещены внутри магнитопроводов, отлипающий- с   тем, что, с целью повышени  КПД, его вращающа с  обмотка пропитана высокотемпературным св зующим с порошковым йеррбмагнитным наполнителем , причем концентраци  порошкового

   8

   наполнител  измен етс  от минимальной в сло х, обращенных к неподвижной обмотке, до максимальной в сло х, удаленных от неподвижной обмотки.
2. 2. Токосъемник по п. 1, о т л и - чающийс  тем, что концентраци  порошкового ферромагнитного наполнител  в объеме вращающейс  обмотки мен етс  по линейному закону.