МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к энергомашиностроению и может быть использована в автономных энергоустановках, использующих энергию текучей среды в том числе газов с преобразованием ее в электрическую энергию. Может применятся в любых отраслях промышленности, а также для транспортных средств, в том числе для летательных и космических аппаратов.
Известно «Роторная система магнитоэлектрической машины» (патент RU 2555100, опубликовано 10.07.2015 г.), выбрана в качестве прототипа, содержащая корпус турбинного блока, турбину на валу, установленном в подшипниках, корпус генератора, ротор, состоящий из равномерно размещенных постоянных магнитов, намагниченных в радиальном направлении с чередующейся полярностью, характеризующаяся тем, что турбина и ротор установлены на едином пустотелом валу, с возможностью прокачки хладагента через его полость насосом, установленным со стороны турбины, причем на конце пустотелого вала выполнены спиралевидные канавки, а пустотелый вал с ротором образуют цилиндр постоянного сечения, на внешней поверхности которого установлена бандажная оболочка из высокопрочного немагнитного материала. Подшипники могут быть выполнены: в виде бесконтактных газовых опор; в виде электромагнитных подшипников; в виде гибридных магнитных подшипников.
Недостатками прототипа являются: наличие выходных вращающихся деталей (вала), соответственно требуются надежные кольцевые уплотнения; необходимость охлаждения с помощью хладагентов, что соответственно усложняет конструкцию, а также требует дополнительных устройств для функционирования; возможность того что, часть хладагента может попасть в воздушный зазор между пустотелым валом с постоянными магнитами и статором, и тем самым привести к коррозии магнитов, бандажной оболочки и нарушению целостности изоляции обмоток. Предохраняющие канавки не являются достаточно надежным решением, да и выполняют они свои функции только при вращении вала.
Известно «Роторная система магнитоэлектрической машины», (патент RU 2475926, опубликовано 20.02.2013 г.) состоящая, по крайней мере, из двух коаксиальных роторов, содержащая наружный ротор, на котором равномерно размещены постоянные магниты, постоянные магниты намагничены в радиальном направлении, между постоянными магнитами имеются зазоры, в указанных зазорах размещены выполненные из немагнитного неэлектропроводящего материала удерживающие элементы, характеризующаяся тем, что, с целью повышения критических частот и повышения запаса прочности по напряжениям от центробежных сил, внешний ротор выполнен в виде пустотелого цилиндра из высокопрочного немагнитного, неэлектропроводящего материла, в котором закреплены постоянные магниты, полярность постоянных магнитов чередуется, а внутренний ротор выполнен в виде вала из магнитомягкого материала, зубчатого снаружи, при этом число зубцов внутреннего ротора равно числу постоянных магнитов, радиальные подшипники внешнего ротора располагаются за пределами сердечника статора, радиальные подшипники внутреннего ротора располагаются за пределами подшипников внешнего ротора, а в качестве осевого подшипника внешнего ротора используются осевые магнитные силы взаимодействия постоянных магнитов внешнего ротора, сердечника статора и вала.
При этом возможно: зубцов вала может быть больше двух; перемещение вала в осевом направлении может быть фиксировано осевым подшипником; вал может быть выполнен пустотелым, сплошным; высокопрочный неэлектропроводящий материал вала и удерживающих элементов - углепластик, стеклопластик; на валу находятся колеса турбины и компрессора; на валу находится шлицевое соединение; на валу находится зубчатое соединение; на валу находится вентилятор; в качестве радиальных подшипников используются газодинамические лепестковые подшипники скольжения, обеспечивающие подвес ротора за счет «газовой смазки»; между внешним ротором и статором расположена закрепленная на статоре гильза, герметизирующая полость ротора за счет магнитного уплотнения; внутренние подшипники находятся внутри полого вала; статор имеет высоковольтную обмотку с числом пазов на полюс и фазу q<1; статор имеет низковольтную обмотку с числом пазов на полюс и фазу q≥1.
Недостатками прототипа являются не герметичность устройства, а также сложность конструкции.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание устройства, не имеющего выходных движущихся элементов при этом обладающего энергетическими характеристиками выше чем у прототипа при уменьшении нужной для этого скорости вращения, при уменьшении тепловых нагрузок, а также обладающего возможностью долговременно и автономно функционировать по замкнутому циклу. В качестве такого устройства был выбрана магнитоэлектрическая машина, функционирующая посредством жидкости или газа в качестве рабочего тела при предельно минимальном расходовании последнего либо без такого расходования, а также, при той же конструкции, функционирующий посредством разряжения.
Техническая задача решается тем, что согласно полезной модели устройство «Магнитоэлектрическая машина» содержит корпус с внутренней проточкой, с двух сторон закрытый крышками, внутри корпуса, жестко, между крышек корпуса установлен статор роторной машины с каналами подвода и отвода рабочей среды, посредством подшипников на статоре роторной машины установлен ротор, внутренняя часть которого снабжена лопастями, а внешняя часть снабжена постоянными магнитами, намагниченными в радиальном направлении с чередующейся полярностью, поверх постоянных магнитов установлена бандажная оболочка из высокопрочного немагнитного материала причем, статор с обмотками установлены снаружи на корпусе, корпус выполнен из немагнитного материала, ротор является внешним по отношению к статору роторной машины.
Кроме того, в статоре роторной машины, каналы подвода рабочего тела к камере ротора могут быть выполнены тангенциально к оси статора роторной машины;
в статоре роторной машины могут быть выполнены каналы для замены смазки в подшипниках ротора; в статоре роторной машины могут быть выполнены каналы и полости для прокачки хладагента через них насосом;
корпус и крышки могут иметь каналы для прокачки через них хладагента насосом;
корпус и крышки могут иметь поверхности (ребра охлаждения), обеспечивающие увеличение охлаждаемой площади.
Техническим результатом является герметичность магнитоэлектрической машины за счет отсутствия в конструкции выходных вращающихся, выходных движущихся элементов, минимизация теплопередачи между элементами магнитоэлектрической машины, результатом чего является минимизация нагрева статора с обмотками, при обеспечении возможности концентрации давления на лопасть ротора со стороны входного канала при отсутствии сопротивления за лопастями, а также за счет обеспечения возможности регулирования давления в рабочей камере ротора.
Полезная модель поясняется фигурами. На фиг. 1 показано устройство в разрезе, на фиг. 2 разрез А-А (только ротор 6 и статор 4 роторной машины).
Устройство содержит корпус 1 с внутренней проточкой, с двух сторон закрытый крышками 2, 3. Корпус 1 выполнен из высокопрочного немагнитного неэлектропроводящего материла. Такими материалами могут быть композитные материалы, стеклопластик, углепластик. Внутри корпуса 1, жестко, между крышек 2, 3 корпуса установлен статор 4 роторной машины с каналами подвода и отвода рабочей среды. Конструктивно, по меньше мере, одна из крышек корпуса выполнена таким образом, что обеспечен доступ рабочей среды к каналам подвода и отвода в статоре роторной машины, а также фиксация статора роторной машины в корпусе. Вводное отверстие в статоре роторной машины, на канале подвода рабочего тела, может быть снабжено запорным или обратным клапаном. В зависимости от требований к температурному режиму, корпус 1, крышки 2, 3, статор 4 роторной машины могут иметь каналы и полости, через которые можно прокачивать охлаждающую жидкость. Снаружи, корпус 1, крышки 2, 3 могут иметь поверхности (ребра охлаждения), увеличивающие площадь охлаждения. Посредством подшипников 5 на статоре 4 роторной машины 4 установлен ротор 6. Ротор 6 содержит части, одна из которых, внутренняя, снабжена лопастями, другая, внешняя часть снабжена равномерно размещенными постоянными магнитами 7, намагниченными в радиальном направлении с чередующейся полярностью, поверх постоянных магнитов 7 установлена бандажная оболочка 8 из высокопрочного немагнитного материала. В устройстве может использоваться маховик. В этом случае ротор 6 конструктивно совмещен с маховиком. Маховик обеспечивает возможность балансировки связки маховик-ротор и повышает плавность хода, стабилизирует ход. В статоре 4 роторной машины могут быть выполнены каналы для замены смазки в подшипниках. Также подшипники могут быть выполнены в виде бесконтактных газовых опор, могут быть выполнены в виде электромагнитных подшипников, могут быть выполнены в виде гибридных магнитных подшипников. Внутренняя часть (снабженная лопастями) ротора 6 выполнена разъемной и является внешней по отношению к статору 4 роторной машины. Разъемной, внутренняя часть ротора 6 может быть по оси либо по диагонали. Внутренняя полость статора 4 роторной машины посредством каналов подвода рабочего тела, выполненных тангенциально к оси статора 4 роторной машины, связана с рабочей камерой ротора 6, а именно с объемом этой камеры, ограниченной внешней поверхностью статора 4 роторной машины и лопастями ротора 6. Каналы подвода или хотя один из них, выполнены таким образом, что рабочее тело имеет всегда, независимо от положения ротора 6, возможность поступления к лопастям ротора. Для концентрации давления на лопасть и во избежание потери давления, проточка в корпусе 1 и лопасти ротора 6 выполнены таким образом, чтобы обеспечить наилучшее прилегание друг к другу. Например, лопасти могут быть шарнирно закреплены на роторе и подпружинены. В канале отвода рабочего тела выполненном в статоре 4 роторной машины установлен редукционный клапан. В зависимости от требований к частоте вращения ротора 6, редукционный клапан может иметь соответствующие настройки для открытия и закрытия. Внешняя часть ротора 6 (снабженная равномерно размещенными постоянными магнитами 7) может представлять собой внешний и внутренний, пустотелые цилиндры из высокопрочного немагнитного неэлектропроводящего материла. Такими материалами могут служить стеклопластик, углепластик. Между кольцами равномерно размещены постоянные магниты, которые намагничены в радиальном направлении, полярность постоянных магнитов по окружности чередуется. Между постоянными магнитами имеются зазоры, в указанных зазорах размещены выполненные из немагнитного неэлектропроводящего материала, например, стеклопластика или углепластика, удерживающие элементы. Внешний и внутренний пустотелые цилиндры, удерживающие элементы, технологически представляют собой единое целое. Снаружи, на корпусе 1 установлен статор 9 с обмотками 10. С устройством может использоваться аккумулятор рабочего тела. Им может быть гидроаккумулятор или подобное устройство, помогает поддерживать наиболее оптимальное давление во всей системе роторной машины, блокирует гидроудары или удары другого рабочего тела, которые могут происходить в момент запуска или открытия клапанов, служит накопителем рабочего тела.
Устройство функционирует следующим образом.
Рабочее тело (газ или жидкость) под давлением превышающем атмосферное подается в каналы для подвода рабочего тела выполненные в статоре 4 роторной машины. Далее, по этим каналам рабочее тело попадает во внутреннюю полость статора 4 роторной машины. Через каналы, выполненные тангенциально к оси статора 4 роторной машины, рабочее тело попадает в рабочую камеру ротора 6, соответственно оказывая давление на каждую последующую лопасть ротора 6. Ротор 6 приводится во вращение. Маховик (при наличии) накапливает энергию, стабилизирует ход ротора. Непрерывное вращение ротора 6 обусловлено тем, что каждая следующая лопасть попадает под постоянное давление рабочего тела. При данной конструкции мы получаем нулевую потерю давления. Снижение технических характеристик может быть обусловлена только потерей текучей среды из-за износа сопрягаемых трущихся поверхностей устройства. Посредством редукционного клапана в рабочей камере ротора 6 на требуемой величине поддерживается давление рабочего тела. Поле постоянных магнитов 7, перемещающихся вместе с ротором, пересекает обмотку 10 статора 9, в которой наводится ЭДС и вырабатывается электрическая энергия.
Вращение ротора 6 также может обеспечивается и посредством разряжения. Через запорный или обратный клапан (если имеются) из полости статора 4 роторной машины удаляют (откачивают) воздух, другой газ или жидкость. Для приведения в движение ротора 6, в полости статора 4 роторной машины и соответственно в подводных каналах статора 4 роторной машины должно быть разряжение. При достижении разряжения в этой полости и каналах, достаточным для проворачивания ротора 6, последний приходит в движение в сторону разряжения, то есть в обратную сторону.