UA69720A

UA69720A - Unipolar direct-current electric machine

Info

Publication number: UA69720A
Application number: UA20031110581A
Authority: UA
Inventors: Valentyn Danylovych Flora; Yurii Valentynovych Flora
Original assignee: Univ Zaporizhia Nat Technical
Priority date: 2003-11-24
Filing date: 2003-11-24
Publication date: 2004-09-15

Abstract

The proposed unipolar direct-current electric machine contains a stator with an armature core, a rotor, and an excitation system. The armature core is designed as two sleeves made of ferromagnetic material that are concentrically arranged relative each other, with an air gap between the sleeves. The excitation system consists of permanent magnets or electromagnets that are mounted at the rotor and generate the excitation magnetic flux of the machine.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до, галузі електричних машин постійного струму, застосовуваних в електроприводах та 2 джерелах живлення, використовуваних у різних галузях техніки.The invention relates to the field of direct current electric machines used in electric drives and 2 power sources used in various fields of technology.

Відомі уніполярні електричні машини постійного струму з ковзаючими, рідиннометалевими контактами в якірному ланцюзі, з використанням плазми замість твердих провідників (МГД-генератори) і т. і. (Костенко М.Unipolar DC electric machines with sliding, liquid-metal contacts in the armature circuit, using plasma instead of solid conductors (MHD generators), etc., are known. (Kostenko M.

П., Пиотровский Л. М. Злектрические машинь. Ч.1.-М.-Л.: Знергия, 1964.-544с.|.P., Piotrovsky L. M. Electric machines. Ch. 1.-M.-L.: Znergia, 1964.-544 p.|.

Прототипом вибрано відому конструкцію уніполярної електричної машини з ковзаючими контактами в 70 якірному ланцюзі (Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Злектрические машинь. Ч.1.М.-Л.: Знергия, 1964. -544с..The well-known construction of a unipolar electric machine with sliding contacts in a 70-arm circuit was chosen as the prototype (M.P. Kostenko, L.M. Piotrovsky Zlectricheskie mashin. Ch.1.M.-L.: Znergia, 1964. -544p..

В конструкції машини якірна обмотка складається з провідників, розташованих на обертовому в магнітному полі нерухомих магнітів якорі та з'єднуваних з навантаженням через ковзаючи контакти.In the design of the machine, the armature winding consists of conductors located on the armature rotating in the magnetic field of fixed magnets and connected to the load through sliding contacts.

Недоліками відомої конструкції є: а) використання електричного контакту (в цьому випадку - ковзаючого) обертової та нерухомої частин 79 силового електричного ланцюга; б) неможливість виконання електричної машини на середні та високі напруги (сотні - тисячі вольт) якірного ланцюга.The disadvantages of the known design are: a) the use of electrical contact (in this case - sliding) of rotating and stationary parts 79 of the power electrical circuit; b) the impossibility of making an electric machine for medium and high voltages (hundreds - thousands of volts) of the anchor chain.

Тому в номінальному режимі роботи досягаються лише напруги менші від 100В при великих (від кількох до сотень кА) струмах якоря, великих швидкостях обертання (кілька тисяч об/хв) та індукціях, створюваних полюсами (до 4-6Тл й більше в кріогенних електромагнітах).Therefore, in the nominal mode of operation, only voltages less than 100V are achieved at large (from several to hundreds of kA) armature currents, high rotation speeds (several thousand rpm) and inductions created by the poles (up to 4-6T and more in cryogenic electromagnets).

В основу винаходу поставлене завдання розробки уніполярної електричної машини постійного струму, в якій не використовувався б у якірному ланцюзі контакт між рухомими й нерухомими вузлами електричного ланцюга і яку можна було б виконувати на широко застосовувані в електроприводі та електромашинних джерелах живлення параметри: струми, напруги, швидкості обертання, потужності, індукції і т. і., що досягається застосуванням відповідних конструкцій магнітного ланцюга машини та її якірної обмотки, виконанням нерухомого « якоря та обертового індуктора зі збудженням постійними магнітами циліндричного типу з осьовим намагнічуванням або електромагнітами з обертовими навколо своєї осі циліндричними обмотками збудження (в цьому разі необхідна відома конструкція ковзаючого контакту з кілець зі щітками для живлення обмотки збудження). оThe invention is based on the task of developing a unipolar direct current electric machine, in which contact between moving and stationary nodes of the electric circuit would not be used in the anchor circuit and which could be performed on the parameters widely used in electric drives and electric machine power sources: currents, voltages, speeds rotation, power, induction, etc., which is achieved by using the appropriate designs of the magnetic circuit of the machine and its armature winding, the execution of a stationary "armature" and a rotating inductor with excitation by permanent magnets of the cylindrical type with axial magnetization or electromagnets with cylindrical excitation windings rotating around their axis (in this case, a known design of a sliding contact from rings with brushes is required to power the excitation winding). at

Вирішення цього завдання досягається тим, що осердя якоря розташовується на статорі і виконане з двох Га концентричне розташованих циліндрів з немагнітним зазором між ними, на внутрішній внутрішнього та зовнішній зовнішнього поверхнях яких у пазах розташовується кільцева обмотка якоря, а система збудження - розташовується на роторі, причому для створення потрібних напрямків магнітних потоків вал та проміжні опори Ге») виконуються з немагнітного матеріалу, й складається з двох незалежних магнітних ланцюгів зі своїми постійними 39 або електромагнітними джерелами магнітних потоків, причому внутрішній циліндр магнітопроводу якоря ее, увімкнений в один магнітний ланцюг, а зовнішній - в інший, створюючи таку полярність у повітряних зазорах між осьовими поверхнями циліндрів якоря та магнітними ланцюгами ротора, при якій ЕРС, індукована у зовнішніх та внутрішніх активних частинах витків кільцевої обмотки якоря, і ЕРС всіх витків підсумовуються, збільшуючи « сумарну ЕРС. З 50 Використання такої конструкції уніполярної електричної машини дозволяє без контактів у якірному с електричному ланцюзі виконувати її на різні струми та напруги, швидкості обертання зі звичайно з» застосовуваними в електромашинобудуванні індукціями та іншими електромагнітними й електромеханічними параметрами.The solution to this problem is achieved by the fact that the core of the armature is located on the stator and is made of two concentrically located cylinders with a non-magnetic gap between them, on the inner and outer surfaces of which the ring winding of the armature is located in the grooves, and the excitation system is located on the rotor, and to create the required directions of magnetic fluxes, the shaft and intermediate supports Ge") are made of non-magnetic material, and consist of two independent magnetic circuits with their own constant 39 or electromagnetic sources of magnetic fluxes, and the inner cylinder of the armature magnet wire ee is included in one magnetic circuit, and the outer - in the other, creating such a polarity in the air gaps between the axial surfaces of the armature cylinders and the magnetic circuits of the rotor, in which the EMF induced in the outer and inner active parts of the turns of the ring winding of the armature and the EMF of all turns are summed up, increasing the "total EMF. With 50, the use of such a design of a unipolar electric machine allows you to perform it without contacts in the anchor electric circuit at different currents and voltages, rotation speeds with inductions usually used in electrical engineering and other electromagnetic and electromechanical parameters.

Ідея винаходу пояснюється кресленням, де наведена конструктивна схема уніполярної електричної машини постійного струму. б Уніполярна електрична машина постійного струму вміщує кільцеву обмотку якоря 1, розташовану в пазах (се) циліндричних осердь 2, З; немагнітні неструмопровідні опори 4, 5, які кріплять осердя до підшипникового щита 6; другий підшипниковий щит 7; станину 8; немагнітний вал 9, на якому закріплені циліндричні постійні магніти це. або обмотки електромагнітів 10, .11 з магнітопроводами 12, 13 та 14, 15; щитків для електричних затискачів ка 20. 416, 17; розпірних немагнітних неелектропровідних кілець 18, 19; немагнітного неелектропровідного опорного диска 20; підшипників котіння 21, 22, 23, 24; контактних кілець (при електромагнітному збудженні) 25,26; с струмознімальних щіток 27, 28; затискачів постійного струму обмоток збудження 29, 30 та якірного ланцюга 31, 32.The idea of the invention is explained by a drawing showing the construction diagram of a unipolar DC electric machine. b The unipolar DC electric machine contains the ring winding of the armature 1, located in the grooves (se) of the cylindrical cores 2, Z; non-magnetic, non-conductive supports 4, 5, which fasten the cores to the bearing shield 6; second bearing shield 7; bed 8; non-magnetic shaft 9, on which cylindrical permanent magnets are fixed. or windings of electromagnets 10, 11 with magnetic conductors 12, 13 and 14, 15; of shields for electric clamps ka 20. 416, 17; spacer non-magnetic non-conductive rings 18, 19; non-magnetic non-conductive support disc 20; rolling bearings 21, 22, 23, 24; contact rings (with electromagnetic excitation) 25,26; with current-collecting brushes 27, 28; DC clamps of excitation windings 29, 30 and armature circuit 31, 32.

Заявлена уніполярна електрична машина постійного струму функціонує таким чином. Джерело магнітного 29 потоку 10 створює магнітний потік, який проходить магнітним ланцюгом 12-3-13 через два повітряні зазори: між в. 12 ї З та між 13 ії 3. При цьому на боковій поверхні 12 створюється одна магнітна полярність (наприклад, М), а на поверхні З - інша (наприклад, 5).The claimed unipolar direct current electric machine functions as follows. The source of magnetic flux 29 10 creates a magnetic flux that passes through the magnetic circuit 12-3-13 through two air gaps: between 12 and 3 and between 13 and 3. At the same time, one magnetic polarity (for example, M) is created on the side surface of 12, and another (for example, 5) on the surface of З.

Джерело магнітного потоку 11 створює магнітний потік, який проходить магнітним ланцюгом 15-2-14 через два повітряні зазори: між 15 і 2 та між 14 і 2. При цьому на боковій поверхні 15 створюється одна магнітна 60 полярність (наприклад, М), а на поверхні 2 - інша (наприклад, 5). Таким чином, обидва циліндри якірного заліза 2 і З мають поверхні, на яких лежать у пазах активні боки витка, намагнічені однополярно (наприклад, 5). Тому при обертанні індуктора (генераторний режим) ЕРС зовнішнього (на зовнішній поверхні циліндра 2) та внутрішнього (на внутрішній поверхні циліндра З) боків витка обмотки якоря підсумовуються, причому результуюча ЕРС буде майже вдвічі більшою, ніж ЕРС одного провідника. Таким же чином додаються ЕРС усіх бо витків кільцевої обмотки якоря.The magnetic flux source 11 creates a magnetic flux that passes through the magnetic circuit 15-2-14 through two air gaps: between 15 and 2 and between 14 and 2. At the same time, one magnetic 60 polarity (for example, M) is created on the side surface 15, and on surface 2 - another (for example, 5). Thus, both armature iron cylinders 2 and З have surfaces on which the active sides of the turn lie in the grooves, magnetized unipolarly (for example, 5). Therefore, when the inductor rotates (generator mode), the EMF of the outer (on the outer surface of cylinder 2) and inner (on the inner surface of cylinder C) sides of the armature winding are summed up, and the resulting EMF will be almost twice as large as the EMF of one conductor. In the same way, the emfs of all the turns of the ring winding of the armature are added.

У двигуновому режимі, зберігаючи такою ж полярність джерел магнітного потоку, провідники зі струмом кільцевої обмотки якоря (оскільки до обмотки якоря підводиться електричний струм), взаємодіючи з магнітним полем індуктора, створюють обертовий момент уніполярної електричної машини.In the motor mode, while maintaining the same polarity of the magnetic flux sources, the conductors with the current of the armature ring winding (since an electric current is supplied to the armature winding), interacting with the magnetic field of the inductor, create a torque of a unipolar electric machine.

Використання винаходу дозволить суттєво спростити системи керування двигунами електроприводів та електромашинними джерелами постійного струму в різних галузях промисловості, причому надійність та експлуатаційні якості таких електричних машин будуть вищими, ніж електричних машин змінного струму, у зв'язку з відсутністю завантаження мережі реактивними струмами, високою керованістю при більш простих схемах керування електричною машиною без ковзаючих або інших контактів у якірному ланцюзі. 5 4 24 В 1 т з 23 в тої ще ЩЕ '7 ще ДЖЕ КТ ЕЕ Е ТЕ ТЕ й т ї ринви и тв 1 шшша син чи 165 ей х / НА тних покра дн ли чем 1 дже - ж-The use of the invention will make it possible to significantly simplify the control systems of motors of electric drives and electric machine sources of direct current in various branches of industry, and the reliability and operational qualities of such electric machines will be higher than those of alternating current electric machines, due to the absence of loading the network with reactive currents, high controllability at simpler schemes for controlling an electric machine without sliding or other contacts in the anchor circuit. 5 4 24 In 1 t of 23 in that one more '7 more JE KT EE E TE TE i t rynvy i tv 1 shshsha syn chi 165 ei x / NA tnyh popra dni ly chem 1 je - zh-

У. сь а нь ух ; тоU. s a n uh ; then

Ее ; ик лини ли, хх шт шкірне ни ет ЕЕ пот я Кк -2й 1 с ть риття ше Щ ш я що . . . - . . - шк ШУ нити тання ГЕ зв по | Дитя 0 Ве 5 | СУА ЩЕ отEe ; ik lyny li, xx st skin ni et EE pot i Kk -2y 1 st rytya she Sh sh i what . . . - . - shk SHU threads cheap GE zv po | Child 0 Ve 5 | SUA is still here

Тйе т : речі На гі. 1, ІГTye t : things Na gi. 1, IG

ЕЙ. с. пити с й рок 7 тт пк г т с ад, касі реикклі нн хи и їй г І" й т ов т. аHEY. with. drink s y rok 7 tt pk g t s ad, kasi reikkli nn hi i ila g I" y t ov t. a

КИ рай ї - ЗІ. . . НН я 7 ЩЕ ті ІKI rai i - ZI. . . NN I 7 SCHE those I

З що ги пи лат, В вія л ї а я - щу - «5 12 тд: що ле й " пл молрре | : ви - : г й 16 ср сесій нен Ж жор не - 4, «From what gy pi lat, In viya l i a i - schu - «5 12 td: what le y " pl molrre | : you - : g y 16 sr session nen Z zhor ne - 4, "

СЕ понині інфін ; Я но т ХЕ. пор, зання зна льльо т т нен ср КО. тра и ли, я Ох п й ек ил и і - плини А ДИ ОАЕ МИ дути ик пи ри и, (ав) зо ШЕ ря шани нт тля се 2 Ід щі З а - (о)SE is now infinitive; I don't know. cf. zna llyo t t nen sr KO. tra y ly, I Oh p y ek il y i - currents A DY OAE WE duty ik py ry y y, (av) zo SHE rya shany nt tlia se 2 Id schi Z a - (o)

Фіг. (Се)Fig. (Se)

Claims

The formula of the invention "

A unipolar direct current electric machine consisting of a stator and a rotor, which differs in

with the fact that the armature core is located on the stator and is made of two concentrically located ferromagnetic

"» cylinders with a non-magnetic gap between them, on the inner surface of the inner cylinder and the outer surface

" of the outer cylinder, the ring winding of the armature is located in the grooves, and the excitation system is located on the rotor, and to create the necessary directions of magnetic flows, the shaft and non-conductive intermediate supports are made of non-magnetic material, and consists of two independent magnetic circuits with their permanent

(22) or by electromagnetic sources of magnetic fluxes, and the inner cylinder of the armature magnetic circuit is connected to one magnetic circuit, and the outer one to another, with the creation of such a polarity in the air gaps between the axial surfaces of the cylinders of the armature cores and the magnetic circuits of the rotor, when the emf , induced by

- on the outer and inner active sides of the turns, and the EMF of all turns are summed up, increasing the total EMF of the 20 ring winding of the armature.

m) Official Bulletin "Industrial Property". Book 1 "Inventions, useful models, topographies of integrated microcircuits", 2004, M 9, 15.09.2004. State Department of Intellectual Property of the Ministry of Education and Science of Ukraine.

60 b5