АДАПТИВНЫЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к электротехнике, а более конкретно, к электромеханическим преобразователям, генерирующим тепловую и механическую энергию.
Известен теплогенерирующий электромеханический преобразователь (RU №65335, H05B 6/10, F25B 29/00, 27.07.2007), содержащий первичную обмотку, магнитопровод и вращающуюся короткозамкнутую вторичную обмотку, выполненную в виде полого цилиндра. Вращающаяся вторичная обмотка и магнитопровод разделены дополнительным теплоизолирующим элементом из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию радиального и/или упорного подшипника скольжения и составляющего единое целое с магнитопроводом и первичной обмоткой, а на внутренней поверхности вторичной обмотки сформированы и жестко связаны с ней напорные лопасти, которые осуществляют перекачку теплоносителя.
Известен теплогенерирующий электромеханический преобразователь (RU №87855, H05B 6/10, 20.10.2009), выбранный в качестве прототипа и содержащий первичную обмотку, уложенную на наружной боковой поверхности магнитопровода цилиндрической формы. Внутри магнитопровода расположена вращающаяся короткозамкнутая вторичная обмотка, выполненная в виде полого цилиндра. Вращающаяся вторичная обмотка и магнитопровод разделены дополнительным теплоизолирующим элементом из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию радиально-упорного подшипника скольжения и составляющего единое целое с магнитопроводом и первичной обмоткой. На внутренней поверхности вторичной обмотки сформированы и жестко связаны с ней напорные лопасти. Магнитопровод охвачен наружным кожухом, при этом внешняя поверхность магнитопровода и внутренняя поверхность наружного кожуха образуют канал для теплоносителя.
Недостатками данных устройств является высокий пусковой ток преобразователя, обусловленный большим моментом сопротивления, создаваемым теплоносителем при пуске.
Задача полезной модели - снижение пускового тока адаптивного электромеханического преобразователя за счет использования изменения размерных соотношений напорных лопастей при изменении температуры теплоносителя.
Технический результат достигается тем, что в адаптивном электромеханическом преобразователе, содержащем первичную обмотку, уложенную на наружной боковой поверхности магнитопровода цилиндрической формы, внутри которого расположена вращающаяся короткозамкнутая вторичная обмотка, имеющая вид полого цилиндра, причем вращающаяся вторичная обмотка и магнитопровод разделены дополнительным теплоизолирующим элементом из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию радиально-упорного подшипника скольжения и составляющего единое целое с охваченным наружным кожухом магнитопроводом и первичной обмоткой, при этом внешняя поверхность магнитопровода и внутренняя поверхность наружного кожуха образуют канал для теплоносителя, а на внутренней поверхности вторичной обмотки сформированы и механически связаны с ней напорные лопасти, которые выполнены в виде жестко связанных между собой элементов из материалов с различными коэффициентами теплового линейного расширения (КТЛР).
На фиг. 1 показан общий вид адаптивного электромеханического преобразователя, на фиг. 2 - поперечный разрез вторичной обмотки адаптивного электромеханического преобразователя в пусковом режиме, на фиг. 3 - поперечный разрез вторичной обмотки адаптивного электромеханического преобразователя в рабочем установившимся режиме.
Адаптивный электромеханический преобразователь содержит наружный кожух 1 (фиг. 1), внутри которого размещен магнитопровод цилиндрической формы 2. На наружной боковой поверхности магнитопровода 2 уложена первичная обмотка 3. Внутри магнитопровода 2 расположена вторичная обмотка 4, выполненная из электропроводящего материала, например, из алюминия, имеющая форму полого цилиндра, на внутренней поверхности которого сформированы и механически связаны с ней напорные лопасти 5. Внешняя поверхность магнитопровода 2 и внутренняя поверхность наружного кожуха 1 образуют канал 6, предназначенный для перемещения теплоносителя, например, воды или трансформаторного масла. Стрелками на фиг. 1 показано направление движения теплоносителя. Торцевые части вторичной обмотки 4 и магнитопровода 2 разделены элементом 7 из самосмазывающегося неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию подшипника скольжения и обеспечивающего свободное вращение вторичной обмотки 4 в тангенциальном направлении, но ограничивающим ее осевое перемещение относительно магнитопровода 2. Напорные лопасти 5 жестко прикреплены к внутренней поверхности вторичной обмотки 4. Напорные лопасти 5 состоят из жестко соединенных между собой элементов 8 и 9 (фиг. 2 и 3), выполненных из материалов с различными КТЛР, например, из алюминия и инвара. При изготовлении напорные лопасти 5 ориентированы радиально, а первым в направлении вращения вторичной обмотки 4 располагается элемент 9 из материала с меньшим КТЛР.
Адаптивный электромеханический преобразователь работает следующим образом.
На первичную обмотку 3 (фиг. 1) подается напряжение от электрической сети переменного тока. Проходящий при этом по обмотке 3 ток создает намагничивающую силу и переменное магнитное поле, наводящее на основании закона электромагнитной индукции во вторичной обмотке 4 электродвижущие силы и обусловленные ими вторичные токи, взаимодействующие с первичным магнитным полем, созданным первичной обмоткой 3. Количество теплоты, выделяемое во вторичной обмотке 4, и ее производительность, т.е. количество нагреваемой и/или перемещаемой среды в единицу времени, зависят от величины тока, наведенного во вторичной обмотке 4. Вращающаяся вторичная обмотка 4 обеспечивает отбор тепла с внутренней поверхности магнитопровода 2 за счет закручивания нагреваемого и/или перемещаемого теплоносителя. Так как между торцевыми поверхностями магнитопровода 2 и вторичной обмотки 4 расположен элемент 7, выполненный из самосмазывающегося материала и представляющий собой подшипник скольжения, вторичная обмотка 4 приходит во вращение со скоростью, определяемой параметрами преобразователя. При вращении вторичной обмотки 4, выполненной в виде полого цилиндра, к внутренней поверхности которого жестко прикреплены напорные лопасти 5, теплоноситель перемещается по двум каналам - внутреннему и внешнему. Во внутреннем канале теплоноситель нагревается за счет отвода тепловой мощности вращающейся вторичной обмотки 4, а также механических, гидравлических и добавочных потерь. Во внешнем канале 6, образованном внешней поверхностью магнитопровода 2, в котором уложена первичная обмотка 3, и наружным кожухом 1, нагрев теплоносителя происходит за счет электрических потерь в первичной обмотке 3 и магнитных потерь.
Напорные лопасти 5 при пуске (фиг. 2), т.е. при низкой температуре теплоносителя ориентированы радиально и имеют форму, которая обеспечивает захват ими малого количества теплоносителя, находящегося внутри вторичной обмотки 4, что обеспечивает малый противодействующий момент со стороны теплоносителя вращению напорных лопастей 5 и, соответственно, снижение пускового тока.
По мере повышения температуры теплоносителя нагреваются элементы 8 и 9 напорных лопастей 5 (фиг. 3). Так как элементы 8 и 9 выполнены из материалов с разными коэффициентами теплового линейного расширения, причем первым по направлению вращения обмотки 4 расположен элемент 9 с меньшим КТЛР, на лопасти 5 действует момент, изгибающий лопасти 5 и делающий их вогнутыми по направлению вращения обмотки 4.
В случае прекращения работы адаптивного электромеханического преобразователя и снижении температуры теплоносителя, изгибающий момент, действующий на напорные лопасти, уменьшается и последние возвращаются в первоначальное положение.
Таким образом, изменение размерных соотношений напорных лопастей 5 адаптивного электромеханического преобразователя при изменении температуры теплоносителя в зависимости от режима работы обеспечивает снижение пускового тока преобразователя.