Униполярный электродвигатель
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована, в частности, в транспортных средствах, предназначенных для перевозки пассажиров и различных грузов. Униполярный электродвигатель содержит ротор, выполненный в виде пары дисков 1, 2 из электропроводного ферромагнитного материала, установленных на токопроводящей оси 3, размещенных на токопроводящих рельсах 6, 7 и индуктор, содержащий катушки 11, 12, охватывающие токопроводящую ось 3, выполненные с возможностью подключения к источнику электрического тока, токопроводящие рельсы 6, 7 изолированы от земли 8 и соединены с соответствующими полюсами источника тока, катушки 11, 12 размещены внутри дисков 1, 2 и электрически соединены между собой последовательно через токопроводящую ось 3, при этом свободные концы катушек 11, 12 электрически соединены с соответствующим диском 1, 2; диски 1, 2 могут быть установлены на токопроводящей оси 3 посредством подшипников 13, 14 скольжения или качения, при этом катушки 11, 12 электрически соединены с токопроводящей осью 3 через подшипники 13, 14. Обеспечивается постоянство и равенство крутящих моментов, приложенных к дискам и, соответственно, к концам токопроводящей оси и исключается, тем самым, ее деформация и скручивание или заклинивания дисков на рельсах при установке их на оси с помощью подшипников; кроме того, устраняется необходимость сооружения воздушной электрической линии, упрощается конструкция электродвигателя.
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована, в частности, в транспортных средствах, предназначенных для перевозки пассажиров и различных грузов.
Известен линейный электродвигатель, содержащий управляемый преобразователь, установленный на подвижной части и снабженный парой токосъемников, электрически контактирующих с неподвижными тоководами, выполненными в виде профилей, проложенных вдоль траектории движения и установленных отдельными изолированными друг от друга по длине участками, при этом подвижная часть содержит также источник магнитного поля; подвижная часть снабжена силовым тоководом с дополнительной парой токосъемников на концах, которые электрически контактируют с неподвижными тоководами, причем последние изолированы как от земли, так и от любых неподвижных источников питания; источник магнитного поля выполнен двухсекционным и расположенным по обе стороны от силового токовода, причем нижняя часть источника магнитного поля выполнена сужающейся в поперечном сечении двигателя в направлении от силового токовода; верхняя часть неподвижных тоководов набрана из отдельных изолированных друг от друга пластин, размещенных своей плоскостью в поперечном сечении неподвижных тоководов и электрически, а также механически связанных с их нижними частями, выполненными сплошными; подвижная часть снабжена колесами с ограничителями, перемещающимися по рельсам, проложенным параллельно неподвижным тоководам; параллельно неподвижным тоководам на заданном расстоянии от источника магнитного поля проложены профили сверхпроводящего материала, RU 2076440.
Недостатком данного технического решения является сложность конструкции, а именно избыточное количество скользящих токосъемников, которые представляют собой источник искрения, требуют постоянного контроля их состояния ввиду обгорания, а также создают интенсивные электромагнитные помехи.
Известен униполярный электродвигатель, содержащий ротор, выполненный в виде пары дисков из электропроводного материала, установленных на токопроводящей оси, размещенных на токопроводящих рельсах, и индуктор, содержащий катушки, охватывающие токопроводящую ось, выполненные с возможностью подключения к источнику электрического тока; индуктор, являющийся статором, выполнен в виде двух пар магнитов, установленных свободно на оси, каждая из которых охватывает соответствующий ей диск ротора с двух сторон, SU 412656.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа настоящей полезной модели. Его недостатки состоят в следующем.
Каждая катушка индуктора питается через независимую электрическую магистраль. Для регулирования тока, проходящего от токосъемника через катушки и роторы к заземленным токопроводящим рельсам, предусмотрены регулировочные реостаты. Однако обеспечение одинакового значения тока в независимых питающих магистралях с помощью регулировочных реостатов, практически невозможно, особенно ввиду непостоянства электрического сопротивления по контакту токопроводящий рельс - земля на всем протяжении каждого рельса. В результате к концам токопроводящей оси приложены разные и при этом непостоянные по величине крутящие моменты, что приводит как к заклиниванию дисков на рельсах, так и к деформации оси.
Кроме того, следует указать, что существенным недостатком прототипа является необходимость сооружения воздушной электрической линии, что не везде и не всегда возможно, например, в метрополитене, а также сопряжено с дополнительными затратами.
Конструкция прототипа усложнена наличием магнитов и весьма мощных реостатов, рассчитанных на сотни ампер.
Задачей настоящей полезной модели является обеспечение постоянства и равенства крутящих моментов, приложенных к дискам и, соответственно, к концам токопроводящей оси и исключение тем самым ее деформации и скручивания или заклинивания дисков на рельсах при установке их на оси с помощью подшипников; кроме того, решается задача устранения необходимости сооружения воздушной электрической линии, а также упрощение конструкции электродвигателя.
Согласно полезной модели униполярный электродвигатель содержит ротор, выполненный в виде пары дисков из электропроводного ферромагнитного материала, установленных на токопроводящей оси, размещенных на токопроводящих рельсах и индуктор, содержащий катушки, охватывающие токопроводящую ось, выполненные с возможностью подключения к источнику электрического тока, токопроводящие рельсы изолированы от земли и соединены с соответствующими полюсами источника тока, катушки размещены внутри дисков и электрически соединены между собой последовательно через токопроводящую ось, при этом свободные концы катушек электрически соединены с соответствующим диском; диски могут быть установлены на токопроводящей оси посредством подшипников скольжения или качения, при этом катушки электрически соединены с токопроводящей осью через подшипники.
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели условию патентоспособности «Новизна».
Поскольку токопроводящие рельсы изолированы от земли, а катушки индуктора размещены внутри дисков ротора и соединены между собой последовательно через токопроводящую ось, электрический ток идет по непрерывной цепи от одного рельса к другому через катушки и токопроводящую ось, что позволяет исключить необходимость сооружения воздушной электрической линии, упрощается конструкция устройства. При этом при одинаковом количестве витков в катушках индуктора к концам токопроводящей оси приложены одинаковые и постоянные по величине крутящие моменты.
Это объясняется следующим. В заявленном униполярном двигателе с N витками каждой катушки индуктора крутящие моменты, действующие на диски, составляют:
,
где:
L1 - индуктивность отдельного витка катушки индуктора;
N - количество витков в каждой катушке индуктора;
- ЭДС источника тока;
R - сопротивление цепи, включающее внутреннее сопротивление источника тока, суммарное сопротивление катушек индуктора и сопротивление токопроводящей оси и рельсов.
Поскольку R=const, моменты М, действующие на каждый из дисков и концы токопроводящей оси одинаковы. В результате исключается деформация и скручивание токопроводящей оси в варианте по независимому пункту формулы изобретения или заклинивание дисков на рельсах при установке их на оси посредством подшипников.
Таким образом, реализация отличительных признаков полезной модели обеспечивает достижение указанного технического результата. Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображено:
на фиг.1 - схематическое изображение разреза по центральной оси симметрии токопроводящей оси;
на фиг.2 - диск ротора с частичным разрезом в увеличенном масштабе;
на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2;
на фиг.4 - то же, что на фиг.1, вариант по п.2 формулы полезной модели;
на фиг.5 - то же, что на фиг.2, вариант по п.2 формулы полезной модели;
на фиг.6 - то же, что на фиг.3, вариант по п.2 формулы полезной модели.
Униполярный электродвигатель содержит ротор, выполненный в виде пары дисков 1, 2 из электропроводного ферромагнитного материала, в частности, стали марки Ст3. Диски 1, 2 в варианте по п.1 формулы изобретения жестко укреплены на токопроводящей оси 3, выполненной из стали Ст3, посредством кожухов 4, 5, жестко соединенных с нею посредством крепежных элементов. Кожухи 4, 5 выполнены из прочного неэлектропроводного материала, например, текстолита. В варианте по п.2 формулы изобретения диски 1, 2 укреплены на оси 3 посредством подшипников 13, 14, соответственно. В конкретном примере использованы подшипники качения. Диски 1, 2 размещены на токопроводящих рельсах 6, 7, которые изолированы от земли 8 с помощью прокладок 9, 10, в конкретном примере, выполненных из армированной резины. Индуктор содержит катушки 11, 12, выполненные в конкретном примере из медной ленты. Катушки 11, 12 размещены внутри дисков 1, 2 и электрически соединены между собой последовательно через токопроводящую ось 3 (вариант по п.1 формулы изобретения) или через токопроводящую ось 3 и укрепленные на ней подшипники 13, 14 (вариант по п.2 формулы изобретения). Витки катушек 11, 12 изолированы с помощью изоляции 15.
Устройство работает следующим образом.
Электрический ток от положительного полюса источника тока (на чертежах не показан) проходит к его отрицательному полюсу по цепи: токопроводящий рельс 6, диск 1 ротора, катушка 11 индуктора, токопроводящая ось 3, катушка 12 индуктора, диск 2 ротора, токопроводящий рельс 7. При протекании электрического тока по виткам катушек 11, 12 согласно закону Био-Савара-Лапласа внутри катушек 11, 12 возникает магнитное поле, направление которого определяется так называемым «правилом буравчика». В результате воздействия индукции магнитного поля на концы оси 3 она стремится перемещаться поступательно и при этом вращается вместе с дисками 1, 2. Вследствие этого диски 1, 2 катятся по рельсам 6, 7. В том случае, когда диски 1, 2 установлены на токопроводящей оси 3 посредством подшипников 13, 14, магнитное поле катушек 11, 12 воздействует на токи, протекающие в дисках 1, 2 в радиальном направлении, создавая крутящие моменты, поворачивающие диски 1, 2, заставляя их катиться по рельсам 6, 7. При этом ось 3 перемещается поступательно без вращения.
Изготовлены и испытаны опытные образцы электродвигателя.
1. Униполярный электродвигатель, содержащий ротор, выполненный в виде пары дисков из электропроводного ферромагнитного материала, установленных на токопроводящей оси, размещенных на токопроводящих рельсах, и индуктор, содержащий катушки, охватывающие токопроводящую ось, выполненные с возможностью подключения к источнику электрического тока, отличающийся тем, что токопроводящие рельсы изолированы от земли и соединены с соответствующими полюсами источника тока, катушки размещены внутри дисков и электрически соединены между собой последовательно через токопроводящую ось, при этом свободные концы катушек электрически соединены с соответствующим диском.
2. Униполярный двигатель по п.1, отличающийся тем, что диски установлены на токопроводящей оси посредством подшипников скольжения или качения, при этом катушки электрически соединены с токопроводящей осью через подшипники.
