CN104838090B - 电机-流体机械轴对称化机组 - Google Patents

电机-流体机械轴对称化机组 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电机‑流体机械轴对称化机组，其包括定子/主体单元、转子/活塞单元以及电源和控制模块。该定子/主体单元(1)形成在其中具有两个段‑型转子/活塞单元(11)的旋转体积。在壁部之中形成旋转体积的两个通道(30)与从其馈入流体并且从其中流体流出的两个外部的区域接触。永磁体(12)被固定在该转子/活塞单元(11)之中。电磁体构造具有其磁性轨(3)和(7)以及线圈(5)的永磁体。该电磁体(7)的极朝向该永磁体(12)的磁性轨(7)的极的轨线。电磁体的线图(5)的终端末端被连接至电子控制模块(24)。位置传感器(10)固定在该定子/主体单元(1)之中。控制模块(24)确保该电磁体的控制。

Description

电机-流体机械轴对称化机组
技术领域
本发明涉及一种轴对称化(同轴)机组，其替代运行中的以下传统的单元的工作：电机驱动泵、电机驱动压缩器和流体机械驱动发电机。
背景技术
专利JP2007051611(A)给出了叶轮泵的特征，其叶轮也同样为无刷直流同轴电机的转子的永磁体。
专利GB2295857A给出了在其旋转的半个周期之中具有两个追逐活塞运行的流体机械的特征。在旋转的半个周期之中的活塞的动作的同步由机械的传动来提供。
现有的(传统的)单元-电机驱动泵、电机驱动压缩器和流体机械驱动发电机均由具有连接的轴的两个单元组成。它们在结构上为庞大的并且称重的单元、必要的稳定定位轴承、在轴和壳体之间的密封件、电气部件的振动和湿度具有不透水特性的缓冲件。它们的制造、维护和维修都是成本高昂的。
发明内容
本发明的目标为开发一种高可调节性的实用单元，其结构简单并且易于制造。
该任务通过开发一种在此称作“电机-流体机械斯坦切夫轴对称化机组”(Electrical machine–Fluid machine Stanchev Aggregation Set:EFSAS)的“猫和老鼠”型旋转机械来完成，其包括：定子/主体单元、转子/活塞单元以及电子控制和电源模块。
EFSAS的特征在于其定子/主体单元由不少于两个形成旋转体积的部件所组成，在该部件之中有两个分段的转子/活塞单元。所述转子/活塞单元的轮廓与所述旋转体积的轮廓相匹配。两个转子/活塞单元具有相同的几何尺寸并且其中央角小于π弧度(180°)。在形成所述旋转体积的壁之中具有输入和输出通道，所述两个通道的中央角比所述转子/活塞单元的中央角要小但是也能够与其相等。当他们相等时在吸入阶段和泄放阶段之间不会有间歇并且在流体流之中也不会有波纹。具有与输入和输出通道相对的、具有相同的面来确保至所述转子/活塞单元的工艺流的径向(非前向)力的对齐的通道也是合理的并且由此消除在所述转子/活塞单元和旋转体积表面之间的摩擦力。每对通道均与从中馈入流体的以及至此泄放流体的两个外部区域相连接。在所述转子/活塞单元之中具有等距的永磁体，其如此定向使得其磁化的方向与所述旋转体积的轴平行。沿着所述旋转体积的导向圈的整个长度具有电磁体，其具有与所述转子/活塞单元之中的所述永磁体的极的轨迹相匹配的极。该电磁体的线圈的终端被连接至电子控制模块。通过在该模块之中的电源开关元件，在所述定子/主体单元之中的位置传感器接近所述永磁体，与所述转子/活塞单元相对，用于外部的控制和显示的接口确保通过所述电磁体的控制。它们的磁场引起两个转子/活塞单元的同步旋转，其均匀地排除，在半个旋转周期(π弧度，180°)之中的流体的量，同时也接收其馈入量。
依据本发明的EFSAS的优点：
–在一个组件之中结合了电机驱动的泵、电机驱动的压缩器和流体机械驱动的电发电机，EFSAS的工作清楚地说明了比值功率/重量和流速/重量的非常高的值的成就；
-省却具有轴承、密封件及其之间的耦合将会带来：
-节约材料和结构性元件；
-不会泄露工艺流，因此不会污染环境；可能将本创新用于危险的火场-和爆炸周围环境以及真空环境之中(例如外太空)；
-达到阻性力的最小值(没有摩擦力)，即能量效率；
-非常小的旋转惯性量-由此形成超过监管属性的小的惯性、紧固力；
-无驱动和驱动部件的再调整的需要；
-在径向方向至上由旋转空间的两个通道的耦合确保对该转子-活塞单元两个相对的壁形成相同的压力，在转子/活塞单元和该旋转空间的壁之间具有可忽略的摩擦力。因此，完成了运行磨损的省却；
-算法-限定的运行中的零件的相对速度；在周期之中缺少间歇以及在两种运行模式之中的均匀的流体流-电机-泵(压缩器)和流体机械(涡轮机)-发电机；因此降低了液压和飞行动态特性损失、噪声以及振动；
-流速从零至最大值的平滑以及精确控制；
-由于“空间设计原理”和电子控制的运行而能够设计使得工艺流体的剂量；
-在该转子/活塞单元的给定的静态位置作为流体流的调节器来使用EFSAS；
-本发明具有摩擦以及其修复的极其高的技术水平，由于以下原因：
-在其间具有动作的所有的接触面均为平的或者圆柱状的，因此易于成形并且接触表面；
-绕组：在组装EFSAS之前已经绕制在单独的绕线轴之上；
-模块化地设计EFSAS，具有螺钉连接组件来固定简单的安装和快速服务；
-运行参数的电子控制确保了远程控制，附加于低的惯性力和精确的反馈，即复杂的成就和编程模式可执行的精度。
附图说明
图1为EFSAS的轴测图，其分段地切除了90度；
图2为EFSAS的爆炸轴测图；
图3为EFSAS点此系统的轴测图，其分段地切除了90度；
图4为在全周期π弧度(180°)的5种不同位置的转子/活塞单元的方位示意图，转子/活塞单元顺时针旋转；
图5为主体和核(形成笼的旋转体积)的轴测图。
具体实施方式
如电泵般运行的EFSAS(图1)包裹着定子、两个转子/活塞单元和电源控制单元。其定子包括：主体1、核13和电磁体-线圈5、线圈销4(图3)以及U形磁性轨-成套设备3在主体1之中、成套设备7在板6和16(图1)和(图2)之中。转子/活塞单元11包括分段的主体，在其中具有轴向磁线固定地等距的永磁体12。
转子/活塞单元11在旋转体积之中具有带有滑动连接点的间隙，其径向地由主体1和核13加以限位并且轴向地由隔离器14和15(图1)和(图2)加以限位。绕组、绕线轴2被连接至销4来提供至电源模块的电连接。输入和输出口、板17、在板16中的开口、在隔离器15和14之中的开口以及在核13之中的开口通过通道30和31、核13来提供液压的(启动的)连接至外部的空间来形成旋转体积。在板19之中的齿轮包裹着一个电源和控制模块，即印刷电路板，其具有电子部件和接口连接器25。通过在隔离器14以及在板6和19之中的轴向开口，该销4确保在PCB连接器和电磁绕线轴绕组之间的电接触。轴向地安装的在转子/活塞单元之中的永磁体的相对的前端的四个磁性铭感的变换器检测磁场的变化来通过电源控制命令来管理该转子/活塞单元11的反馈控制。板、隔离器、主体1和核13的方向和调整由销22和23来在固定的位置之上加以限定。板和隔离器的成套设备在轴向之上通过螺钉27来固定在板19之中。在主体1之中的通道31和在核13之中的通道30抵消工艺流对于转子/活塞单元11的径向力；它们具有相同的表面接触区域来朝向彼此(图5)。
本发明的使用
两种运行模式：
1.直接动作-如具有经修正的输出流(移动、压缩并且稀释)的由电力供能的“电机-泵(压缩器)”；
2.倒转动作-如由压力流供能的产生电能的“容积流机械-发电机”。
直接动作-电机-泵(压缩器)
由于EFSAS能够两个方向运行，所以让我们考虑以下模式，在其中在接口连接器21的远端处的耦合器18为输入，该转子/活塞单元11从冷却装置的视角来看以顺时针方向旋转。在图4的5个位置的位置一处，两个转子/活塞单元11在初始位置，其中左手的转子/活塞单元借助于输入耦合器(图5)关闭通过左手轴向开口28所连接的输入通道；右手的转子/活塞单元11借助于输出耦合器18(在接口连接器25的侧之上)关闭通过开口29所连接的输出通道。由于两个转子/活塞单元11以下部的面(图4)来接触，初始吸入体积为V0。在之前的周期180°之中吸入该转子/活塞单元11的上部的面之间的流体体积为Vmax(V0与Vmax相匹配)。在由左手的点刺痛所产生的磁场的动作的影响之下，在相应的转子/活塞单元11之上角顺时针运动被赋予该单元。由右手电磁体所产生的电磁场在相应的转子/活塞单元11之上引起该单元的运动的减速度至角速度低于左手的转子/活塞单元的角速度；达到图4的位置五时“运动”(猫鼠定律)的面变成与点V0接触。因此，初始流体体积Vmax下降，流经的量Vout1、Vout2、Vout3下降至V0；同时，其他两个转子/活塞单元朝向回退至彼此，达到后续的V0时，Vin1、Vin2和Vin3至Vmax。在这个周期之中，转子/活塞单元11起到和流体流的阀确定输入/输出开关相同的作用。转子/活塞单元11以逆时针方向旋转并且向相反的周期之中使得流体相反与其方向流动。
倒转动作-容积流机械-发电机
在该模式之下，附图标记11(图1、2、3和4)指代的两个转子/活塞单元诸如此类的初始功能倒转其功能并且如活塞/转子单元般地运行(在流体驱动机械之中的活塞和在电发电机之中的转子)。由于该单元具有双向运行能力，考虑以下情形在其中输入耦合器为位于接口连接器21的远端处的18并且该活塞/转子单元11如果从冷却装置21的视角来看以顺时针方向旋转。在图4中的5个位置的位置一处，两个转子/活塞单元11在初始位置，在此左边的转子/活塞单元借助于输入耦合器(图5)来关闭通过左边的轴向开口28来连接的输入通道；右手的转子/活塞单元11借助于输出耦合器18(在接口连接器25的侧之上)来关闭通过开口29来连接的输出通道。在该状态之下没有流体流压力施加在该转子/活塞单元的面之上，因此不会引入扭矩。该两个转子/活塞单元被构造用于通过施加由惯性力的动作所引起的扭矩和诸如由于电磁系统力的动作所引起的转矩而离开此状态。在接下来的阶段(图4中位置2、3和4至5)，动能保持不变该活塞/转子单元11(如其在直接模式之下一样地运行-电机/压缩器)以顺时针方向旋转。

Claims (3)

1.一种电机-流体机械轴对称化机组，其包括：定子/主体单元、转子/活塞单元以及电源和控制模块，其特征在于其定子/主体单元由不少于两个形成旋转体积的部件所组成，在所述部件之中有两个段-型转子/活塞单元(11)，所述转子/活塞单元的轮廓与所述旋转体积的轮廓相匹配以使得两个转子/活塞单元(11)具有相同的尺寸并且其中央角小于π弧度(180°)并且在形成所述旋转体积的壁之中具有两个通道，所述两个通道与从中馈入流体的以及至此泄放流体的两个外部区域相连接，并且在所述转子/活塞单元(11)之中具有等距的永磁体(12)，所述永磁体(12)的磁化线与所述旋转体积的轴共线，并且沿着所述旋转体积的整个长度具有等距的电磁体，所述电磁体被以磁性轨以及线圈(5)来构造，由此所述电磁体的极朝向在所述转子/活塞单元(11)之中的所述永磁体(12)的极的轨线，并且所述电磁体的所述线圈(5)的终端末端被连接至具有换向部件(26)的电子控制模块(24)，并且在所述定子/主体单元之中在所述永磁体(12)附近具有位置传感器(10)，并且具有远程控制和读取接口，由此所述电子控制模块(24)确保对所述电磁体的控制，以使得所述电磁体的磁场与所述永磁体(12)的磁场互动地设置所述转子/活塞单元(11)的向外的同步的旋转，并且同时以π弧度(180°)为运行周期使得等量的流体流入，
其中，所述定子/主体单元包括主体(1)和核(13)，所述两个通道分别形成在所述主体(1)和所述核(13)中且径向相对，并且所述两个通道的中央角小于或等于所述转子/活塞单元的中央角。
2.根据权利要求1所述的电机-流体机械轴对称化机组，其中，所述通道的在所述主体(1)中的部分与所述通道的在所述核(13)中的部分相对，关于旋转体积和其横切面尺寸方面与旋转体积相同，其中央角以及其位置也相同，并且所述通道的在所述核(13)中的部分与所述通道的在所述主体(1)中的部分相连接。
3.根据权利要求1所述的电机-流体机械轴对称化机组，其中，所述通道在长度上与所述转子/活塞单元的最短的弧形相等并且所述通道的最长的弧形与所述转子/活塞单元(11)的最长的弧形相等。
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