ТУРБОЭЛЕКТРОКОМПРЕССОР (ВАРИАНТЫ)

Предлагаемое техническое решение относится к области машиностроения, в частности, к двигателям внутреннего сгорания с нагнетателями, попеременно приводимыми в действие энергией выхлопа и другим приводом, а также к электротехнике, к синхронным машинам с возбуждением от постоянных магнитов.
Уже известен турбоэлектрокомпрессор в вариантном исполнении, содержащий последовательно размещенные на едином роторе в общем корпусе турбину, электрическую машину и компрессор, при этом ротор электрической машины выполнен в виде цилиндрического ярма., непосредственно установленного на едином роторе турбокомпрессора / по первому варианту исполнения известного технического решения - фиг.3 патента США №6085527/, снабженном кольцевым упором, расположенным между турбиной и ближайшим к ней торцом ротора электрической машины, соосно с ним, закрепленного на едином роторе с возможностью совместного с ним вращения и выполненного с углубленными продольными плоскими гранями на его наружной поверхности, разделенными перегородками, и снабженного четырьмя полюсными парами постоянных сегментообразных магнитов, равномерно с зазором установленных по окружности в поперечном сечении ярма плоскостью, перпендикулярной продольной оси единого ротора турбоэлектрокомпрессора, и закрепленных на углубленных гранях ярма ротора с примыканием к ним своими плоскими сторонами, которые во взаимно перпендикулярных плоскостях указанного сечения выполнены одинаковой длины, а противолежащие плоские стороны магнитов - попарно параллельными. Наружная цилиндрическая поверхность магнитов охвачена удерживающим бандажом из магнитонепроводящего материала. Единый ротор турбоэлектрокомпрессора снабжен двумя установочными втулками, размещенными на нем с возможностью осевой фиксации ярма ротора электрической машины со стороны турбины и со стороны компрессора, причем одна из втулок расположена с примыканием к торцу ярма ротора со стороны компрессора, а другая установлена со стороны турбины с примыканием к кольцевому упору единого ротора турбоэлектрокомпрессора и к ближайшему к кольцевому упору торцу ярма ротора. Статор электрической машины жестко связан с корпусом турбоэлектрокомпрессора в зоне принудительного охлаждения последнего и установлен на роторе электрической машины, соосно с ним.
Внутренняя поверхность цилиндрического ярма ротора по второму варианту исполнения известного технического решения - /фиг.4. патента США №6085527/ выполнена с двумя кольцевыми поясками, разделенными цилиндрической выемкой в средней части ярма.
По третьему варианту исполнения известного технического решения - /фиг.5 патента США №6085527/
ярмо ротора установлено посредством связанной с ним термоизоляционной гильзы на едином роторе турбоэлектрокомпрессора, соосно с ним и закреплено на нем с возможностью совместного вращения ярма, термоизоляционной гильзы и единого ротора турбоэлектрокомпрессора. /Патент США№6085527, F02B 37/14, опубл.2000 г./
Известное техническое решение наиболее близко к предлагаемому по существенным признакам и позволяет совместно использовать привод турбокомпрессора и от энергии отработавших газов двигателя внутреннего сгорания и от магнитоэлектрической машины, размещенной между турбиной и компрессором. Однако наличие только установочных втулок, фиксирующих торцы ярма ротора электрической машины, не позволяет точно сбалансировать единый вал турбоэлектрокомпрессора вместе со связанными с ним ярмом ротора электрической машины.
Для улучшения балансировки турбоэлектрокомпрессора и предотвращения перегрева в зоне электрической машины, работающей в ограниченном пространстве и высокотемпературных условиях эксплуатации, необходима оптимизация размеров электрической машины в зависимости от размеров единого ротора турбоэлектрокомпрессора.
Задача предлагаемого технического решения состоит в повышении эффективности работы турбоэлектрокомпрессора путем улучшения балансировки единого ротора турбоэлектрокомпрессора с установленным на нем ротором электрической машины, достигаемого дополнительной установкой балансировочных колец, а также путем снижения температуры нагрева деталей электрической машины, достигаемого оптимизацией размеров ее ярма, магнитов и габаритного наружного диаметра бандажной гильзы статора в зависимости от величины диаметра единого ротора турбоэлектрокомпрессора.
Для решения поставленной задачи с достижением заявляемого технического результата в известном турбоэлектрокомпрессоре, содержащем последовательно размещенные на едином роторе в общем корпусе турбину, электрическую машину и компрессор, при этом ротор электрической машины выполнен в виде цилиндрического ярма, установленного на едином роторе турбоэлектрокомпрессора, соосно с ним и закрепленного на нем с возможностью совместного вращения, выполненного с углубленными продольными гранями на наружной поверхности, разделенными перегородками и снабженного четным количеством полюсных пар, предпочтительно, четырех постоянных сегментообразных магнитов, равномерно с зазором распределенных по окружности в поперечном сечении ярма плоскостью, перпендикулярной продольной оси единого ротора турбоэлектрокомпрессора, и закрепленных на углубленных гранях ярма ротора с примыканием к ним своими плоскими сторонами, которые во взаимно перпендикулярных плоскостях указанного сечения выполнены одинаковой длины, а противолежащие стороны магнитов - попарно параллельными, наружная цилиндрическая поверхность магнитов охвачена удерживающим бандажом из магнитонепроводящего материала, единый ротор турбоэлектрокомпрессора снабжен кольцевым упором, коаксиально размещенным со стороны турбины с возможностью осевого взаимодействия с торцом ярма ротора со стороны турбины и по меньшей мере одной соосной с кольцевым упором установочной втулкой, размещенной на едином роторе с возможностью осевой фиксации ярма ротора электрической машины, статор электрической машины жестко связан с корпусом турбоэлектрокомпрессора в зоне принудительного охлаждения последнего и установлен на роторе электрической машины, соосно с ним, согласно предлагаемой полезной модели по первому варианту ее исполнения, кольцевой упор единого ротора турбоэлектрокомпрессора размещен с непосредственным примыканием к торцу ярма ротора со стороны турбины, ярмо ротора электрической машины снабжено цилиндрическими проточками его обоих торцов и жестко установлено на едином роторе турбоэлектрокомпрессора, посредством фиксирующего элемента или выполненного по меньшей мере на части длины ярма ротора и единого ротора турбокомпрессора шлицевого соединения, боковые грани шлиц которого размещены параллельно продольной оси единого ротора турбоэлектрокомпрессора, ротор электрической машины снабжен двумя балансировочными кольцами из магнитонепроводящего материала, установленными в проточках торцов ярма ротора с примыканием к магнитам со стороны турбины и компрессора, а статор электрической машины дополнительно снабжен наружным магнитопроводящим корпусом в виде бандажной гильзы с прямолинейным и Г-образным участками, причем прямолинейный участок гильзы статора выполнен с примыканием к наружной цилиндрической поверхности статора и снабжен внутренней кольцевой проточкой прямолинейного участка торцевой части гильзы со стороны компрессора с возможностью размещения внутри нее стопорного кольца, а Г-образный участок выполнен заодно с прямолинейным и размещен со стороны турбины с возможностью огибания статора.
Для всех вариантов исполнения предлагаемого технического решения следующие признаки сохраняются:
- Магнитные полюса постоянных магнитов, обращенные к статору, выполнены радиально ориентированными с разной полярностью /N и S/, последовательно чередующейся от полюса к полюсу.
- Боковые стороны балансировочных колец, установленных в цилиндрических торцевых проточках ярма ротора, могут быть снабжены проточками тангенциально или радиально ориентированными.
- Постоянные магниты ротора электрической машины выполнены из редкоземельных сплавов, например, из неодим-железо-бора или самарий-кобальта.
- Каждый магнит закреплен на поверхности ярма ротора посредством клея-компаунда.
- Балансировочные кольца и стопорное кольцо установлены в соответствующих проточках с натягом, а стопорное кольцо заштифтовано.
- Бандажная гильза магнитопроводящего корпуса выполнена из магнитомягкогой стали, например, стали 10.
- Удерживающий бандаж магнитов выполнен из углепластика или титанового сплава.
- Соотношение размеров диаметра «д» единого ротора турбоэлектрокомпрессора и наружного диаметра «Д» сегментообразных магнитов выполнено равным 1:(2,1-2,9), а соотношение размеров диаметра«д» единого вала турбоэлектрокомпрессора и наружного диаметра «о» бандажной гильзы статора выполнено равным 1:(5,6-6,0).
Согласно второму варианту исполнения в известном турбоэлектрокомпрессоре, содержащем последовательно размещенные на едином роторе в общем корпусе турбину, электрическую машину и компрессор, при этом ротор электрической машины выполнен в виде цилиндрического ярма, установленного непосредственно на едином роторе турбоэлектрокомпрессора, соосно с ним и закрепленного на нем с возможностью совместного вращения, выполненного с углубленными продольными гранями на наружной поверхности, разделенными перегородками и снабженного четным количеством полюсных пар, предпочтительно, четырех постоянных сегментообразных магнитов, равномерно с зазором установленных по окружности в поперечном сечении ярма плоскостью, перпендикулярной продольной оси единого ротора турбоэлектрокомпрессора, и закрепленных на углубленных гранях ярма ротора с примыканием к ним своими плоскими сторонами, которые во взаимно перпендикулярных плоскостях указанного сечения выполнены одинаковой длины, а противолежащие плоские стороны магнитов - попарно параллельными, наружная цилиндрическая поверхность магнитов охвачена удерживающим бандажом из магнитонепроводящего материала, единый ротор турбоэлектрокомпрессора снабжен двумя установочными втулками, размещенными на нем с возможностью осевой фиксации ярма ротора электрической машины со стороны турбины и со стороны компрессора, статор электрической машины жестко связан с корпусом турбоэлектрокомпрессора в зоне принудительного охлаждения последнего и установлен на роторе электрической машины, соосно с ним, согласно предлагаемой полезной модели, ярмо ротора снабжено цилиндрическими проточками его обоих торцов и цилиндрической выемкой, расположенной на поверхности примыкания к единому ротору, а единый ротор турбоэлектрокомпрессора в плоскости расположения цилиндрической выемки
с зазором установленных по окружности в поперечном сечении ярма ярма ротора снабжен продольной проточкой, выполненной на его цилиндрической поверхности параллельно оси ярма, и жестко связан с ярмом ротора посредством по меньшей мере одного фиксирующего от осевого смещения элемента, например, в виде шарика, выполненного с возможностью размещения в продольной проточке единого ротора турбоэлектрокомпрессора и в цилиндрической выемке ярма ротора, ротор электрической машины снабжен двумя балансировочными кольцами из магнитонепроводящего материала, установленными в проточках торцов ярма ротора с примыканием к магнитам со стороны турбины и компрессора, а статор электрической машины дополнительно снабжен наружным магнитопроводящим корпусом в виде бандажной гильзы с прямолинейным и Г-образным участками, причем прямолинейный участок гильзы выполнен с примыканием к наружной цилиндрической поверхности статора и снабжен внутренней кольцевой проточкой прямолинейного участка торцевой части гильзы со стороны компрессора с возможностью размещения внутри нее стопорного кольца, а Г-образный участок выполнен заодно с прямолинейным и размещен со стороны турбины с возможностью огибания статора.
Согласно третьему варианту исполнения в известном турбоэлектрокомпрессоре, содержащем последовательно размещенные на едином роторе в общем корпусе турбину, электрическую машину и компрессор, при этом ротор электрической машины выполнен в виде цилиндрического ярма, установленного посредством связанной с ним термоизоляционной гильзы на едином роторе турбоэлектрокомпрессора, соосно с ним и закрепленного на нем с возможностью совместного вращения, и выполненного с углубленными продольными гранями на наружной поверхности, разделенными перегородками, и снабженного четным количеством полюсных пар, предпочтительно, четырех постоянных сегментообразных магнитов, равномерно плоскостью, перпендикулярной продольной оси единого ротора турбоэлектрокомпрессора, и закрепленных на углубленных гранях ярма ротора с примыканием к ним своими плоскими сторонами, которые во взаимно перпендикулярных плоскостях указанного сечения выполнены одинаковой длины, а противолежащие плоские стороны магнитов - попарно параллельными, наружная цилиндрическая поверхность магнитов охвачена удерживающим бандажом из магнитонепроводящего материала, единый ротор турбоэлектрокомпрессора снабжен кольцевым упором, коаксиально размещенным со стороны турбины с возможностью осевого воздействия на торец ярма ротора со стороны турбины и по меньшей мере одной соосной с кольцевым упором установочной втулкой, размещенной на едином роторе с возможностью осевой фиксации ярма ротора электрической машины, статор электрической машины жестко связан с корпусом турбоэлектрокомпрессора в зоне принудительного охлаждения последнего и установлен на роторе электрической машины, соосно с ним, согласно предлагаемой полезной
модели, кольцевой упор единого ротора турбоэлектрокомпрессора размещен с непосредственным примыканием к торцу ярма ротора со стороны турбины, ярмо ротора электрической машины снабжено цилиндрическими проточками его обоих торцов и цилиндрической выемкой, расположенной на его наружной поверхности, ярмо ротора электрической машины снабжено цилиндрическими проточками его обоих торцов и жестко установлено на едином роторе турбоэлектрокомпрессора посредством фиксирующего элемента или выполненного по меньшей мере на части длины ярма ротора и единого ротора турбокомпрессора шлицевого соединения, ротор электрической машины снабжен двумя балансировочными кольцами из магнитонепроводящего материала, установленными в проточках торцов ярма ротора с примыканием к магнитам со стороны турбины и компрессора, статор электрической машины дополнительно снабжен наружным магнитопроводящим корпусом в виде бандажной гильзы с прямолинейным и Г-образным участками, причем прямолинейный участок гильзы статора выполнен с примыканием к наружной цилиндрической поверхности статора и снабжен внутренней кольцевой проточкой прямолинейного участка торцевой части гильзы со стороны компрессора с возможностью размещения внутри нее стопорного кольца, а Г-образный участок выполнен заодно с прямолинейным и размещен со стороны турбины с возможностью огибания статора.
Согласно четвертому варианту исполнения в известном турбоэлектрокомпрессоре, содержащем последовательно размещенные на едином роторе в общем корпусе турбину, электрическую машину и компрессор, при этом ротор электрической машины выполнен в виде цилиндрического ярма, установленного посредством связанной с ним термоизоляционной гильзы на едином роторе турбоэлектрокомпрессора, соосно с ним и закрепленного на нем с возможностью совместного вращения, выполненного с углубленными продольными гранями на его наружной поверхности, разделенными перегородками, и снабженного четным количеством полюсных пар, предпочтительно, четырех постоянных сегментообразных магнитов, равномерно с зазором установленных по окружности в поперечном сечении ярма плоскостью, перпендикулярной продольной оси единого ротора турбоэлектрокомпрессора, и закрепленных на углубленных гранях ярма ротора с примыканием к ним своими плоскими сторонами, которые во взаимно перпендикулярных плоскостях указанного сечения выполнены одинаковой длины, а противолежащие плоские стороны магнитов - попарно параллельными, наружная цилиндрическая поверхность магнитов охвачена удерживающим бандажом из магнитонепроводящего материала, единый ротор турбоэлектрокомпрессора снабжен двумя установочными втулками, размещенными на нем с возможностью осевой фиксации ярма ротора электрической машины со стороны турбины и со стороны компрессора,
статор электрической машины жестко связан с корпусом турбоэлектрокомпрессора в зоне принудительного охлаждения последнего и установлен на роторе электрической машины, соосно с ним, согласно предлагаемой полезной модели, ярмо ротора снабжено цилиндрическими проточками его обоих торцов и цилиндрической выемкой, расположенной на его поверхности примыкания к единому ротору, а единый ротор турбоэлектрокомпрессора в плоскости расположения цилиндрической выемки ярма ротора снабжен продольной проточкой, выполненной на его наружной цилиндрической поверхности параллельно оси ярма, и жестко связан с ярмом ротора посредством по меньшей мере одного фиксирующего от осевого смещения элемента, например, в виде шарика, выполненного с возможностью размещения в продольной проточке единого ротора турбоэлектрокомпрессора и в цилиндрической выемке ярма ротора, ротор электрической машины снабжен двумя балансировочными кольцами из магнитонепроводящего материала, установленными в проточках торцов ярма ротора с примыканием к магнитам со стороны турбины и компрессора, статор электрической машины дополнительно снабжен наружным магнитопроводящим корпусом в виде бандажной гильзы с прямолинейным и Г-образным участками, причем прямолинейный участок гильзы выполнен с примыканием к наружной цилиндрической поверхности статора и снабжен внутренней кольцевой проточкой прямолинейного участка торцевой части гильзы со стороны компрессора с возможностью размещения внутри нее стопорного кольца, а Г-образный участок выполнен заодно с прямолинейным и размещен со стороны турбины с возможностью огибания статора.
Согласно пятому варианту исполнения в известном турбоэлектрокомпрессоре, содержащем последовательно размещенные на едином роторе в общем корпусе турбину, электрическую машину и компрессор, при этом ротор электрической машины выполнен в виде цилиндрического ярма, установленного непосредственно на едином роторе турбоэлектрокомпрессора, соосно с ним и закрепленного с возможностью совместного вращения, выполненного с углубленными продольными гранями на его наружной поверхности, разделенных перегородками, и внутренней поверхностью примыкания ярма к единому ротору турбокомпрессора, выполненной в виде двух торцевых кольцевых поясков, разделенных цилиндрической выемкой в средней части ярма ротора, и снабженного четным количеством полюсных пар, предпочтительно, четырех постоянных сегментообразных магнитов, равномерно с зазором установленных по окружности в поперечном сечении ярма плоскостью, перпендикулярной продольной оси единого ротора турбоэлектрокомпрессора, и закрепленных на углубленных гранях ярма ротора с примыканием к ним своими плоскими сторонами, которые во взаимно
перпендикулярных плоскостях указанного сечения выполнены одинаковой длины, а противолежащие плоские стороны магнитов - попарно параллельными, наружная цилиндрическая поверхность магнитов охвачена удерживающим бандажом из магнитонепроводящего материала, единый ротор турбоэлектрокомпрессора снабжен кольцевым упором, коаксиально размещенным со стороны турбины с возможностью осевого воздействия на торец ярма ротора со стороны турбины и по меньшей мере одной соосной с кольцевым упором установочной втулкой, размещенной на едином роторе с возможностью осевой фиксации ярма ротора электрической машины, статор электрической машины жестко связан с корпусом турбоэлектрокомпрессора в зоне принудительного охлаждения последнего и установлен на роторе электрической машины, соосно с ним, согласно предлагаемой полезной модели, кольцевой упор единого ротора турбоэлектрокомпрессора размещен с непосредственным примыканием к торцу ярма ротора со стороны турбины, ярмо ротора электрической машины снабжено цилиндрическими проточками его обоих торцов и жестко установлено на едином роторе турбоэлектрокомпрессора посредством фиксирующего элемента или выполненного по меньшей мере на части длины ярма ротора и единого ротора турбокомпрессора шлицевого соединения, ротор электрической машины снабжен двумя балансировочными кольцами из магнитонепроводящего материала, установленными в проточках торцов ярма ротора с примыканием к магнитам со стороны турбины и компрессора, а статор электрической машины дополнительно снабжен наружным магнитопроводящим корпусом в виде бандажной гильзы с прямолинейным и Г-образным участками, причем прямолинейный участок гильзы выполнен с примыканием к наружной цилиндрической поверхности статора и снабжен внутренней кольцевой проточкой прямолинейного участка торцевой части гильзы со стороны компрессора с возможностью размещения внутри нее стопорного кольца, а Г-образный участок выполнен заодно с прямолинейным и размещен со стороны турбины с возможностью огибания статора.
Согласно шестому варианту исполнения в известном турбоэлектрокомпрессоре, содержащем последовательно размещенные на едином роторе в общем корпусе турбину, электрическую машину и компрессор, при этом ротор электрической машины выполнен в видецилиндрического ярма, непосредственно установленного на едином роторе турбоэлектрокомпрессора, соосно с ним и закрепленного на нем с возможностью совместного вращения и выполненного с углубленными продольными гранями на его наружной поверхности, разделенными перегородками, и внутренней поверхностью примыкания ярма к единому ротору турбоэлектрокомпрессора, выполненной в виде двух торцевых кольцевых поясков, разделенных цилиндрической выемкой в средней части ярма ротора, снабженного четным количеством полюсных пар, предпочтительно, четырех постоянных сегментообразных магнитов, равномерно с зазором установленных по окружности в поперечном сечении ярма плоскостью, перпендикулярной продольной оси единого ротора турбоэлектрокомпрессора, и закрепленных в углублениях граней ярма ротора с примыканием к ним своими плоскими сторонами, которые во взаимно перпендикулярных плоскостях указанного сечения выполнены одинаковой длины, а противолежащие плоские стороны магнитов - попарно параллельными, наружная цилиндрическая поверхность магнитов охвачена удерживающим бандажом из магнитонепроводящего материала, единый ротор турбоэлектрокомпрессора снабжен двумя установочными втулками, размещенными на нем с возможностью осевой фиксации ярма ротора электрической машины со стороны турбины и со стороны компрессора, статор электрической машины жестко связан с корпусом турбоэлектрокомпрессора в зоне принудительного охлаждения последнего и установлен на роторе электрической машины, соосно с ним, согласно предлагаемой полезной модели, ярмо ротора снабжено цилиндрическими проточками его обоих торцов и жестко установлено на едином роторе турбоэлектрокомпрессора посредством по меньшей мере одного фиксирующего от осевого смещения элемента, например, в виде шарика, выполненного с возможностью размещения в продольной проточке единого ротора турбоэлектрокомпрессора и в цилиндрической выемке ярма ротора, ротор электрической машины снабжен двумя балансировочными кольцами из магнитонепроводящего материала, установленными в проточках торцов ярма ротора с примыканием к магнитам со стороны турбины и компрессора, а статор электрической машины дополнительно снабжен наружным магнитопроводящим корпусом в виде бандажной гильзы с прямолинейным и Г-образным участками, причем прямолинейный участок гильзы выполнен с примыканием к наружной цилиндрической поверхности статора и снабжен внутренней кольцевой проточкой прямолинейного участка торцевой части гильзы со стороны компрессора с возможностью размещения внутри нее стопорного кольца, а Г-образный участок выполнен заодно с прямолинейным и размещен со стороны турбины с возможностью огибания статора.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется графически. На фиг.1 показан продольный разрез предлагаемого турбоэлектрокомпрессора, выполненного без кольцевого упора на едином роторе, с двумя установочными втулками и фиксирующим от осевого смещения элементом.
На фиг.2 показан продольный разрез предлагаемого турбоэлектрокомпрессора, выполненного с кольцевым упором на едином роторе, одной установочной втулкой и шлицевым соединением с ярмом ротора электромашины.
На фиг.3 показан продольный разрез предлагаемого турбоэлектрокомпрессора, выполненного с кольцевым упором на едином роторе, с одной установочной втулкой и ярмом с двумя кольцевыми поясками.
На фиг.4 показан продольный разрез предлагаемого турбоэлектрокомпрессора, выполненного без кольцевого упора на едином роторе, с двумя установочными втулками, ярмом с двумя кольцевыми поясками и фиксирующим от осевого смещения элементом.
На фиг.5 показан вид на ярмо ротора с термоизоляционной гильзой, соединенной с внутренней поверхностью ярма ротора
На фиг.6 показано поперечный разрез предлагаемого турбоэлектрокомпрессора
- вид со стороны компрессора на балансировочное кольцо в торце ярма ротора с тангенциально расположенными проточками в нем.
На фиг.7 показано поперечный разрез предлагаемого турбоэлектрокомпрессора
- вид со стороны компрессора на балансировочное кольцо в торце ярма ротора с радиально расположенными проточками в нем.
На фиг.8 показан поперечный разрез предлагаемого турбоэлектрокомпрессора
- вид на поперечное сечение ротора электрической машины.
На фиг.9 укрупненно показан фрагмент поперечного сечения, включающего углубленные грани ярма ротора электрической машины.
Представленный на фиг.1 турбоэлектрокомпрессор содержит последовательно размещенные на едином роторе в общем корпусе 1 турбину 2, электрическую машину 3 и компрессор 4.
Электрическая машина расположена в средней части 5 общего корпуса и содержит неподвижную часть-статор 7 и вращающуюся ее часть - ротор 6, размещенный внутри статора 7 соосно с ним. Установленный на роторе 6 статор 7 имеет распределенную обмотку возбуждения 8 и жестко связан с корпусом 1 турбоэлектрокомпрессора в зоне принудительного охлаждения последнего, т.е. в средней части 5 корпуса 1 турбоэлектрокомпрессора. Наружный цилиндрический магнитопроводящий корпус 9 охватывает статор 7 и защищает внешнее пространство от магнитного поля электрической машины 3.
Ротор 6 электрической машины выполнен в виде цилиндрического ярма 10 с углубленными продольными плоскими гранями 11 на его наружной поверхности 12, разделенными перегородками 13, установлен на едином роторе 14 турбоэлектрокомпрессора соосно с ним и закреплен на нем с возможностью совместного вращения.
Ротор 6 снабжен четным количеством полюсных пар, предпочтительно, четырех постоянных сегментообразных магнитов 15, 16, 17, 18, равномерно с зазором распределенных по окружности в поперечном сечении ярма 10 ротора 6 плоскостью, перпендикулярной продольной оси 19 единого ротора турбоэлектрокомпрессора. Магниты закреплены на плоских поверхностях граней 11 ярма 10 ротора с примыканием к ним своими плоскими сторонами 20, которые во взаимно перпендикулярных плоскостях указанного сечения выполнены одинаковой длины, а противолежащие плоские стороны 20 магнитов выполнены попарно параллельными. Зазоры между магнитами выполнены в зонах размещения перегородок 13.
Единый ротор 14 турбоэлектрокомпрессора может быть снабжен кольцевым упором 21, коаксиально размещенным со стороны турбины 2 с возможностью непосредственного примыкания к торцу 22 ярма 10 ротора 6 со стороны турбины 2. Кроме того единый ротор 14 снабжен соосной с кольцевым упором 21 одной установочной втулкой 23, размещенной со стороны компрессора 4 на едином роторе 14 турбоэлектрокомпрессора с примыканием к торцу 24 ярма со стороны компрессора и с возможностью осевой фиксации ярма 10 ротора электрической машины.
Осевая фиксация ярма 10 ротора 6 на едином роторе 14 турбоэлектрокомпрессора может быть осуществлена посредством шарика 25 как фиксирующего от осевого смещения элемента при выполнении единого ротора 14 турбоэлектрокомпрессора без кольцевого упора с двумя установочными втулками 26 и 23, размещенными как со стороны турбины 2, так и со стороны компрессора 4 соответственно с примыканием к обоим торцам ярма 10 ротора.
Наружная цилиндрическая поверхность 27 магнитов охвачена удерживающим бандажом 28, выполненным из магнитонепроводящего материала.
Для эффективного охлаждения зоны расположения электрической машины внутри средней части 5 корпуса 1 турбоэлектрокомпрессора последний снабжен каналами 29, в которые принудительно подается охлаждающая жидкость для этой средней зоны корпуса 1.
Ярмо 10 ротора 14 электрической машины может быть установлено непосредственно на едином роторе 14 турбоэлектрокомпрессора и жестко с ним связано /фиг.1/, а может быть установлено посредством связанной с ним термоизоляционной гильзы 30. /фиг.5/ Ярмо 10 ротора электрической машины выполнено с цилиндрическими проточками 31 и 32 его обоих торцов 22 и 24 соответственно со стороны турбины 2 и со стороны компрессора 4 и установлено на едином роторе 14 турбоэлектрокомпрессора посредством шлицевого соединения 33, боковые грани 34 шлиц которого размещены параллельно продольной оси 19 единого ротора 14 турбоэлектрокомпрессора. Ярмо 10 ротора 14 электрической машины может быть выполнено с внутренней поверхностью, примыкающей к единому ротору 14, выполненной в виде двух торцевых кольцевых поясков 35 и 36 разделенной выемкой 37, выполненной в средней части ярма. /фиг.3/
Ротор 6 электрической машины снабжен двумя балансировочными кольцами 38 и 39 из магнитонепроводящего материала, установленными в проточках 31 и 32 соответственно торцов 22 и 24 ярма 10 ротора 6 с примыканием к магнитам со стороны турбины 2 и компрессора 4.
Статор 7 электрической машины дополнительно снабжен наружным магнитопроводящим корпусом в виде бандажной гильзы с прямолинейным 40 и Г-образным 41 участками, причем прямолинейный участок 40 гильзы статора 7 выполнен со стороны наружной цилиндрической поверхности статора 7 и снабжен внутренней кольцевой проточкой 42 прямолинейного участка 40 торцевой части гильзы со стороны компрессора 3 с возможностью размещения внутри нее стопорного кольца 43, а Г-образный участок 41 выполнен заодно с прямолинейным 40 и размещен со стороны турбины 2 с возможностью огибания статора 7.
Магнитные полюса постоянных магнитов 15-18, обращенные к статору 7, выполнены радиально ориентированными с разной полярностью /N и S/, последовательно чередующейся от полюса к полюсу.
Боковые стороны 44 балансировочных колец 38-39, установленных в цилиндрических торцевых проточках 31-32 ярма ротора, снабжены проточками 45 и 46 тангенциально или радиально ориентированными соответственно.
Постоянные магниты 15-18 ротора электрической машины выполнены из редкоземельных сплавов, например, из неодим-железо-бора или самарий-кобальта.
Каждый магнит 15-18 закреплен на поверхности граней 11 ярма ротора посредством клея-компаунда.
Балансировочные кольца 38 и 39 и стопорное кольцо 43 установлены в соответствующих проточках 31-32 и 42 с натягом и заштифтованы. Бандажная гильза магнитопроводящего корпуса выполнена из магнитомягкогой стали, например, стали 10. Удерживающий бандаж 28 магнитов 15-18 выполнен из углепластика или титанового сплава.
Работа предлагаемого турбоэлектрокомпрессора осуществляется с использованием двигателя внутреннего сгорания, отработавшие газы которого подаются на лопатки турбины и приводят ее в действие. На пусковых режимах и частичных нагрузках включатся электрическая машина, которая также как и турбина приводит во вращение вал компрессора. В генераторном режиме за счет вращения ротора внешним приводом и движения магнитных полюсов наводится электродвижущая сила в неподвижной якорной обмотке, которая создает переменный ток. В двигательном режиме переменный ток подводится из сети/или от автономного источника к обмотке возбуждения статора, благодаря чему создается вращающееся магнитное поле и вращающий момент, приводящий в движение единый ротор турбоэлектрокомпрессора.
Предлагаемый турбоэлектрокомпрессор успешно прошел испытания и подготовлен к внедрению.
Применение предлагаемого турбоэлектрокомпрессора позволит улучшить балансировку единого ротора турбоэлектрокомпрессора с установленным на нем ротором электрической машины посредством дополнительной установки балансировочных колец, а также снизить температуры нагрева деталей электрической машины посредством оптимизации размеров ее ярма, магнитов и габаритного наружного диаметра бандажной гильзы статора в зависимости от величины диаметра единого ротора турбоэлектрокомпрессора.