RU121873U1

RU121873U1 - MOTOR-HEATING ENGINE

Info

Publication number: RU121873U1
Application number: RU2012125838/28U
Authority: RU
Inventors: Василий Васильевич Семенов; Давид Александрович Габриелян
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2012-11-10

Abstract

Магнитотепловой двигатель, содержащий статор, выполненный в виде двух неподвижных дисков из неметаллического материала, магнитную систему из двух разнополюсных постоянных магнитов, вал, соосно соединенный со статором, ротор, размещенный на валу между полюсами постоянных магнитов, активные элементы, выполненные в виде ферромагнитных пластин, и трубки для подвода горячей и холодной воды, отличающийся тем, что магнитная система из двух разнополюсных постоянных магнитов установлена на краю неподвижных дисков статора с их тыльной стороны, вал выполнен в виде одной сплошной балки, ротор выполнен в виде одного диска, по периметру которого выполнены на расстоянии друг от друга S=2÷20 мм сквозные отверстия, в которые вставлены активные элементы, а трубки для подвода горячей и холодной воды закреплены на статоре с возможностью подачи воды с торца диска ротора, при этом трубка для подвода горячей воды размещена напротив межполюсного зазора магнитной системы. A thermal-magnetic motor containing a stator made in the form of two stationary disks of a non-metallic material, a magnetic system of two opposite-pole permanent magnets, a shaft coaxially connected to the stator, a rotor placed on the shaft between the poles of permanent magnets, active elements made in the form of ferromagnetic plates, and tubes for supplying hot and cold water, characterized in that the magnetic system of two opposite-pole permanent magnets is installed on the edge of the stationary stator disks from their rear side, the shaft is made in the form of one solid beam, the rotor is made in the form of one disk, along the perimeter of which at a distance from each other S = 2 ÷ 20 mm through holes into which active elements are inserted, and tubes for supplying hot and cold water are fixed on the stator with the possibility of supplying water from the end of the rotor disk, while the tube for supplying hot water is located opposite the pole-to-pole the gap of the magnetic system.

Description

Полезная модель - магнитотепловой двигатель, предназначенный для преобразования магнитотепловой энергии в механическую и/или электрическую, относится к области энергетики и может быть использовано в авиации для создания двигателей и генераторов электрической энергии, в том числе систем автономного энергообеспечения.A useful model is a magnetothermal engine designed to convert magnetothermal energy into mechanical and / or electrical energy, relates to the field of energy and can be used in aviation to create engines and generators of electric energy, including autonomous energy supply systems.

Известен магнитотепловой двигатель (Патент РФ на изобретение №2167338, 2001 г.), который содержит статор, магнитную систему из двух разнополюсных постоянных магнитов, вал, установленный перпендикулярно статору, ротор в виде двух дисков, размещенных на валу с возможностью вращения вокруг своей оси, активные элементы, выполненные в виде ферромагнитных пластин и размещенные на дисках ротора по их периметру, и трубки для подвода горячей и холодной вод.Known magnetothermal engine (RF Patent for the invention No. 2167338, 2001), which contains a stator, a magnetic system of two opposite-pole permanent magnets, a shaft mounted perpendicular to the stator, a rotor in the form of two disks placed on the shaft with the possibility of rotation around its axis, active elements made in the form of ferromagnetic plates and placed on the rotor disks along their perimeter, and tubes for supplying hot and cold water.

Недостатком известного устройства является малая мощность преобразования магнитотепловой энергии в механическую и/или электрическую из-за подвода теплоносителя (напр., горячей и холодной вод) только с одной стороны активных элементов, так как они наклеены на диски ротора, что ограничивает область применения магнитотеплового устройства, а также сложность конструкции (например, наличие составного вала), что повышает его стоимость.A disadvantage of the known device is the low power of converting magnetothermal energy into mechanical and / or electrical energy due to the supply of coolant (e.g. hot and cold water) from only one side of the active elements, since they are glued to the rotor disks, which limits the scope of the magnetothermal device , as well as the complexity of the design (for example, the presence of a composite shaft), which increases its cost.

Задачей данной полезной модели является увеличение суммарной механической или электрической мощности магнитотеплового двигателя путем увеличения массы ферромагнитных элементов за счет увеличения их толщин, а также путем уменьшения межполюсного зазора постоянного магнита за счет установки ферромагнитных пластин в сквозные отверстия диска ротора.The objective of this utility model is to increase the total mechanical or electrical power of a magnetothermal engine by increasing the mass of ferromagnetic elements by increasing their thicknesses, as well as by decreasing the interpolar gap of the permanent magnet by installing ferromagnetic plates in the through holes of the rotor disk.

Благодаря организации лучшего подвода жидких теплоносителей к активным элементам с обеих сторон, достигается быстрый нагрев (охлаждение) ферромагнитных пластин, в результате чего появляется возможность увеличить их толщины, а установка ферромагнитных пластин в сквозные отверстия диска ротора позволяет уменьшить межполюсной зазор, в результате чего усиливается сила притяжения магнитным полем ферромагнитных пластин.Due to the organization of a better supply of liquid coolants to the active elements on both sides, fast heating (cooling) of the ferromagnetic plates is achieved, as a result of which it becomes possible to increase their thickness, and the installation of ferromagnetic plates in the through holes of the rotor disk allows to reduce the interpolar gap, which increases the force magnetic field attraction of ferromagnetic plates.

Поставленная задача решается тем, что в известном магнитотепловом двигателе, содержащем статор, выполненный в виде двух неподвижных дисков из неметаллического материала, магнитную систему из двух разнополюсных постоянных магнитов, вал, соосно соединенный со статором, ротор, размещенный на валу между полюсами постоянных магнитов, активные элементы, выполненные в виде ферромагнитных пластин, и трубки для подвода горячей и холодной вод согласно полезной модели магнитная система из двух разнополюсных постоянных магнитов установлена на краю неподвижных дисков статора с их тыльной стороны, вал выполнен в виде одной сплошной балки, ротор выполнен в виде одного диска, по периметру которого выполнены на расстоянии друг от друга S=2÷20 мм сквозные отверстия, в которые вставлены активные элементы, а трубки для подвода горячей и холодной вод закреплены на статоре с возможностью подачи воды с торца диска ротора, при этом трубка для подвода горячей воды размещена напротив межполюсного зазора магнитной системы.The problem is solved in that in the known magnetothermal motor containing a stator made in the form of two fixed disks of non-metallic material, a magnetic system of two opposite-pole permanent magnets, a shaft coaxially connected to the stator, a rotor placed on the shaft between the poles of permanent magnets, active elements made in the form of ferromagnetic plates, and tubes for supplying hot and cold water according to a utility model, a magnetic system of two different-pole permanent magnets is mounted on I have fixed stator disks on their back side, the shaft is made in the form of one continuous beam, the rotor is made in the form of one disk, along the perimeter of which are made through holes from each other S = 2 ÷ 20 mm through which the active elements are inserted, and the tubes for the supply of hot and cold water are mounted on the stator with the possibility of supplying water from the end of the rotor disk, while the tube for supplying hot water is placed opposite the pole gap of the magnetic system.

Предлагаемый магнитотепловой двигатель позволяет увеличить свою суммарную механическую или электрическую мощность и расширить область его применения.The proposed magnetothermal engine allows you to increase its total mechanical or electrical power and expand its scope.

На фиг.1 приведена схема магнитотеплого двигателя. На фиг.2 приведен разрез в сечении А-А На фиг.3 приведен вид В (магнитная система)Figure 1 shows a diagram of a magnetically warm engine. Figure 2 shows a section in section aa. Figure 3 shows a view In (magnetic system)

Магнитотепловой двигатель содержит неподвижные диски 1 и 2 статора, диск 3 ротора, вал 4, активные элементы - ферромагнитные пластины 5, полюса постоянных магнитов 6, подшипник 7, трубу для подвода горячей воды 8, трубу для подвода холодной воды 9.Magnetothermal engine contains fixed disks 1 and 2 of the stator, disk 3 of the rotor, shaft 4, the active elements are ferromagnetic plates 5, poles of permanent magnets 6, bearing 7, a pipe for supplying hot water 8, a pipe for supplying cold water 9.

Статор выполнен в виде двух неподвижных дисков 1 и 2 из неметаллического материала, установленных параллельно друг другу. Постоянные магниты 6 закреплены на краях неподвижных дисков 1 и 2 статора с их тыльной стороны с образованием межполюсных зазоров, а вал 4 соосно соединен с неподвижными дисками 1 и 2 статора через подшипники 7. Ротор состоит из диска 3, размещенного между полюсами постоянных магнитов 6. Диск 3 ротора неподвижно закреплен на валу 4, а активные элементы - ферромагнитные пластины 5 вставлены в сквозные отверстия диска 3, при этом расстояние между отверстиями составляет S=2÷20 мм. Трубка для подачи горячей 8 и холодной 9 вод установлены с торца сплошного диска 3 и закреплены на неподвижном диске 2 статора. При этом трубка 8 для подачи горячей воды расположена напротив межполюсного зазора постоянных магнитов 6, а трубка 9 для подачи холодной воды - под углом 15°÷330° от постоянных магнитов 6 по направлению вращения диска 3 ротора.The stator is made in the form of two fixed disks 1 and 2 of non-metallic material mounted parallel to each other. Permanent magnets 6 are mounted on the edges of the fixed disks 1 and 2 of the stator from their back with the formation of interpolar clearances, and the shaft 4 is coaxially connected to the fixed disks 1 and 2 of the stator through bearings 7. The rotor consists of a disk 3, located between the poles of the permanent magnets 6. The rotor disk 3 is fixedly mounted on the shaft 4, and the active elements - ferromagnetic plates 5 are inserted into the through holes of the disk 3, while the distance between the holes is S = 2 ÷ 20 mm. A tube for supplying hot 8 and cold 9 water is installed from the end of the solid disk 3 and mounted on the fixed disk 2 of the stator. In this case, the tube 8 for supplying hot water is located opposite the interpolar gap of the permanent magnets 6, and the tube 9 for supplying cold water is at an angle of 15 ° ÷ 330 ° from the permanent magnets 6 in the direction of rotation of the disk 3 of the rotor.

Заявляемый магнитотепловой двигатель работает следующим образом.The inventive magnetothermal engine operates as follows.

Так как активные элементы - ферромагнитные пластины 5 вставлены в сквозные отверстия диска 3, то их толщина не выходит за размеры диска. Вследствие этого межполюсной зазор постоянных магнитов 6 будет существенно меньше, чем при расположении с обеих сторон диска феррогмагнитных пластин. В этом случае, благодаря заметному уменьшению межполюсного зазора постоянных магнитов 6, значительно увеличится сила притяжения магнитным полем ферромагнитной пластины, в результате усилится крутящий момент на валу 4. Горячая вода через трубку 8 под небольшим напором подается в межполюсное пространство постоянных магнитов 6 и омывает ферромагнитную пластину 5. В результате этого активный элемент - ферромагнитная пластина 5, расположенная в межполюсном зазоре постоянных магнитов 6, нагревается до температуры, при которой ферромагнитная пластина 5 переходит в парамагнитное состояние (размагничивается). Вследствие этого размагниченная пластина 5 выталкивается из межполюсного пространства магнитов 6 другой, следующей за ней ферромагнитной пластиной 5, притянутой в межполюсное пространство за счет силы притяжения магнитного поля. Так как феррогмагнитные пластины 5 жестко прикреплены к диску 3 ротора, то ротор, закрепленный на подвижном валу 4, совершает вращательное движение за счет полученного от пластин 5 импульса, в результате в межполюсной зазор магнитов 6 становится другая (соседняя) ферромагнитная пластина, не подвергшаяся еще нагреву горячей водой, и цикл повторяется.Since the active elements are ferromagnetic plates 5 are inserted into the through holes of the disk 3, their thickness does not go beyond the dimensions of the disk. As a result of this, the pole gap of the permanent magnets 6 will be significantly smaller than when the ferromagnetic plates are located on both sides of the disk. In this case, due to a noticeable decrease in the inter-pole gap of the permanent magnets 6, the attractive force of the magnetic field of the ferromagnetic plate will increase significantly, as a result, the torque on the shaft 4 will increase. Hot water is supplied through the pipe 8 under a small pressure into the inter-pole space of the permanent magnets 6 and washes the ferromagnetic plate 5. As a result of this, the active element - a ferromagnetic plate 5, located in the inter-pole gap of the permanent magnets 6, is heated to a temperature at which the ferromagnetic Astina 5 moves in the paramagnetic state (demagnetized). As a result of this, the demagnetized plate 5 is ejected from the interpole space of the magnets 6 by another, following the ferromagnetic plate 5, drawn into the interpole space due to the force of attraction of the magnetic field. Since the ferro-magnetic plates 5 are rigidly attached to the rotor disk 3, the rotor mounted on the movable shaft 4 rotates due to the pulse received from the plates 5, as a result, another (adjacent) ferromagnetic plate that has not yet been subjected to inter-pole gap of the magnets 6 hot water, and the cycle repeats.

Зона охлаждения ферромагнитных пластин 5 охватывает область, находящуюся за постоянными магнитами 6 (вне области действия магнитных сил), что значительно облегчает с помощью холодной воды осуществление эффективного теплосъема с нагретых пластин 5 до температуры, при которой они полностью восстанавливают свое первоначальное магнитное состояние.The cooling zone of the ferromagnetic plates 5 covers the area behind the permanent magnets 6 (outside the range of magnetic forces), which greatly facilitates the effective heat removal from heated plates 5 to the temperature at which they completely restore their original magnetic state using cold water.

Все активные элементы - ферромагнитные пластины 5 в каждом из циклов их раздельного, поочередного нагрева - охлаждения приобретают механический импульс, сообщаемый ими диску 3 ротора магнитотеплового двигателя в направлении его вращения. Угловая скорость вращения диска 3 ротора определяется действующей на него результирующей силой, величина которой прямо пропорциональна градиенту магнитного поля на единицу длины магнитов 6 в рабочем зазоре, суммарной массе активных элементов - ферромагнитных пластин 5, одновременно подпадающих под область действия магнитного поля, величине скачка намагниченности ферромагнитных пластин 5, практически реализуемой в цикле нагрев - охлаждение, скорости фазового перехода из ферромагнитного состояния в парамагнитное и обратно.All active elements - ferromagnetic plates 5 in each of the cycles of their separate, alternate heating - cooling, acquire a mechanical impulse, which they give to the disk 3 of the magnetothermal rotor in the direction of its rotation. The angular velocity of rotation of the rotor disk 3 is determined by the resulting force acting on it, the value of which is directly proportional to the gradient of the magnetic field per unit length of magnets 6 in the working gap, the total mass of active elements - ferromagnetic plates 5, simultaneously falling under the magnetic field, the magnitude of the ferromagnetic magnetization plates 5, which is practically realized in the heating - cooling cycle, the rate of phase transition from the ferromagnetic state to the paramagnetic state and vice versa.

Таким образом, при установке ферромагнитных пластин 5 в сквозные отвертсия диска 3 ротора уменьшается межполюсной зазор постонных магниов 6, в результате чего существенно усиливается намагниченность ферромагнитных пластин и, как следствие, возрастает угловая скорость вращения диска 3 ротора.Thus, when installing ferromagnetic plates 5 in the through holes of the rotor disk 3, the inter-pole gap of the post magnesium magnets 6 decreases, as a result of which the magnetization of the ferromagnetic plates significantly increases and, as a result, the angular velocity of rotation of the disk 3 of the rotor increases.

Подбор конкретного материала ферромагнитных пластин 5 обусловлен выбором нагревателя и охладителя, то есть значением температуры фазового перехода (точки Кюри) ферромагнетика из ферромагнитного состояния в парамагнитное. При выбранных нагревателе и охладителе (горячая и холодная вода) в качестве материала для пластин 5 лучше всего подходит гадолиний Gd, который имеет температуру фазового перехода (точку Кюри), близкую к комнатной (20°С). При использовании гадолиниевой пластины нет необходимости нагревать воду до высоких температур (до 80°С).The selection of a specific material of the ferromagnetic plates 5 is due to the choice of a heater and a cooler, i.e., the value of the phase transition temperature (Curie point) of a ferromagnet from the ferromagnetic state to the paramagnetic state. With the selected heater and cooler (hot and cold water), gadolinium Gd, which has a phase transition temperature (Curie point) close to room temperature (20 ° C), is the best material for plates 5. When using a gadolinium plate there is no need to heat water to high temperatures (up to 80 ° C).

Выбранный диапазон значения расстояния между соседними ферромагнитными пластинами 5 (отверстиями) объясняется тем, что при расстоянии S<2 мм из-за растекания тепла по другим соседним ферромагнитным пластинам 5 они могут перейти в парамагнитное состояние (теряют свои магнитные свойства), в результате чего постоянные магниты 6 не в состоянии будут притянуть их к себе в межполюсное пространство и вал перестанет вращаться.The selected range of the distance between adjacent ferromagnetic plates 5 (holes) is explained by the fact that, at a distance S <2 mm, due to heat spreading through other neighboring ferromagnetic plates 5, they can become paramagnetic (lose their magnetic properties), resulting in constant magnets 6 will not be able to pull them to themselves in the pole space and the shaft will stop rotating.

При расстоянии S>20 мм между соседними ферромагнитными пластинами 5 (сквозными отверстиями) ослабнет воздействие магнитного поля на соседнюю (ненагретую) ферромагнитную пластину, в результате магнит 6 не притянет к себе эту пластину и вращение ротора прекратится.At a distance S> 20 mm between adjacent ferromagnetic plates 5 (through holes), the magnetic field on the adjacent (unheated) ferromagnetic plate will weaken, as a result, magnet 6 will not attract this plate to itself and the rotation of the rotor will stop.

Использование полезной модели позволит увеличить механическую или электрическую мощность магнитотеплового двигателя и расширить область его применения, что даст, несомненно, экономический эффект.The use of a utility model will increase the mechanical or electrical power of a magnetothermal engine and expand its scope, which will undoubtedly give an economic effect.

Claims

Magnetothermal motor comprising a stator made in the form of two fixed disks of non-metallic material, a magnetic system of two opposite-pole permanent magnets, a shaft coaxially connected to the stator, a rotor located on the shaft between the poles of the permanent magnets, active elements made in the form of ferromagnetic plates, and tubes for supplying hot and cold water, characterized in that the magnetic system of two opposite-pole permanent magnets mounted on the edge of the fixed stator disks on their back side, al is made in the form of a single continuous beam, the rotor is made in the form of a single disk, along the perimeter of which are made through holes S = 2 ÷ 20 mm through holes in which the active elements are inserted, and tubes for supplying hot and cold water are fixed on the stator with the possibility of supplying water from the end face of the rotor disk, while the tube for supplying hot water is located opposite the interpolar gap of the magnetic system.