RU149344U1

RU149344U1 - MOTOR-HEATING ENGINE

Info

Publication number: RU149344U1
Application number: RU2014137056/06U
Authority: RU
Inventors: Василий Васильевич Семенов; Давид Александрович Габриелян; Александр Константинович Саломатов
Original assignee: Василий Васильевич Семенов; Давид Александрович Габриелян; Александр Константинович Саломатов
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2014-09-15
Publication date: 2014-12-27

Abstract

1. Магнитотепловой двигатель, содержащий статор, выполненный в виде двух параллельных неподвижных дисков из неметаллического материала, магнитную систему из двух разнополюсных постоянных магнитов, размещенных на краях дисков статора и обращенных один к другому с образованием межполюсного зазора, вал, расположенный соосно статору с возможностью вращения, ротор, выполненный в виде диска, установленного на валу между дисками статора и снабженного активными элементами, выполненными в виде ферромагнитных пластин, прикрепленных к диску ротора по его окружности с возможностью прохождения через межполюсной зазор при его вращении, узел подачи теплоносителя и узел подачи хладагента, отличающийся тем, что постоянные магниты выполнены с межполюсным зазором, состоящим по его длине из суживающегося по направлению вращения диска ротора участка и участка с постоянным сечением.2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что угол сужения межполюсного зазора составляет α=20°÷40°, а длина участка с постоянным сечением l=(0,1÷0,4) L, где L - длина межполюсного зазора магнитов.3. Двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что узел подачи теплоносителя расположен напротив участка с постоянным сечением межполюсного зазора магнитов.1. Magnetothermal motor containing a stator made in the form of two parallel fixed disks of non-metallic material, a magnetic system of two opposite-pole permanent magnets located on the edges of the stator disks and facing one another with the formation of an interpolar gap, a shaft located rotationally coaxial with the stator , a rotor made in the form of a disk mounted on a shaft between the stator disks and provided with active elements made in the form of ferromagnetic plates attached to the disk mouth along its circumference with the possibility of passing through the interpolar gap during its rotation, the coolant supply unit and the refrigerant supply unit, characterized in that the permanent magnets are made with an interpolar gap, consisting along its length of a section narrowing in the direction of rotation of the rotor disk and a section with a constant section .2. The engine according to claim 1, characterized in that the narrowing angle of the interpolar gap is α = 20 ° ÷ 40 °, and the length of the section with a constant cross section l = (0.1 ÷ 0.4) L, where L is the length of the interpolar gap of the magnets. 3. The engine according to claim 1 or 2, characterized in that the coolant supply unit is located opposite the site with a constant cross-section of the pole gap of the magnets.

Description

Полезная модель относится к области энергетики, предназначена для преобразования магнитотепловой энергии в механическую и/или электрическую и может быть использована в двигателестроении для создания двигателей и генераторов электрической энергии, в том числе систем автономного энергообеспечения.The utility model relates to the field of energy, designed to convert thermal energy into mechanical and / or electrical energy and can be used in the engine industry to create engines and generators of electric energy, including autonomous energy supply systems.

Известен магнитотепловой двигатель, содержащий статор, выполненный в виде двух параллельных неподвижных дисков из неметаллического материала, магнитную систему из двух разнополюсных постоянных магнитов, размещенных на краях дисков статора и обращенных один к другому с образованием межполюсного зазора, вал, расположенный соосно статору с возможностью вращения, ротор, выполненный в виде диска, установленного на валу между дисками статора и снабженного активными элементами, выполненными в виде ферромагнитных пластин, прикрепленных к нему по его окружности с возможностью прохождения через межполюсной зазор при вращении диска ротора, узел подачи теплоносителя и узел подачи хладагента (патент РФ на полезную модель №134249, МПК F03G 7/00, опубл. 2013 г.),Known magnetothermal motor comprising a stator made in the form of two parallel fixed disks of non-metallic material, a magnetic system of two opposite-pole permanent magnets located on the edges of the stator disks and facing one another with the formation of an interpolar gap, a shaft located rotatably coaxially with the stator, a rotor made in the form of a disk mounted on a shaft between the stator disks and provided with active elements made in the form of ferromagnetic plates attached to along its circumference with the possibility of passing through the interpolar gap during rotation of the rotor disk, the coolant supply unit and the refrigerant supply unit (RF patent for utility model No. 134249, IPC F03G 7/00, publ. 2013),

Однако известный двигатель характеризуется недостаточной мощностью преобразования магнитотепловой энергии в механическую и/или электрическую вследствие использования магнитной системы с межполюсным зазором постоянного сечения. В результате вдоль длины межполюсного зазора не происходит продолжительного и непрерывного роста величины магнитной индукции и, как следствие, остается постоянной, а не растет, сила воздействия полюсов постоянных магнитов на ферромагнитные пластины диска ротора, что снижает мощность преобразования магнитотепловой энергии в механическую и/или электрическую и тем самым ограничивает область применения известного двигателя.However, the known engine is characterized by insufficient power for converting magnetothermal energy into mechanical and / or electrical energy due to the use of a magnetic system with a pole gap of constant cross section. As a result, along the length of the interpolar gap there is no continuous and continuous increase in the magnitude of magnetic induction and, as a result, the force of the action of the poles of the permanent magnets on the ferromagnetic plates of the rotor disk remains constant, and not increases, which reduces the power of converting magnetothermal energy into mechanical and / or electrical and thereby limits the scope of the known engine.

Задачей данной полезной модели является увеличение механической и/или электрической мощности магнитотеплового двигателя за счет ускорения вращения диска ротора.The objective of this utility model is to increase the mechanical and / or electrical power of a magnetothermal engine by accelerating the rotation of the rotor disk.

Техническим результатом, достигаемым предлагаемой полезной моделью, является непрерывный рост величины магнитной индукции вдоль длины межполюсного зазора постоянных магнитов путем изменения величины сечения межполюсного зазора постоянных магнитов.The technical result achieved by the proposed utility model is a continuous increase in the magnitude of the magnetic induction along the length of the pole gap of the permanent magnets by changing the cross section of the pole gap of the permanent magnets.

Поставленная задача решается тем, что в магнитотепловом двигателе, содержащем статор, выполненный в виде двух параллельных неподвижных дисков из неметаллического материала, магнитную систему из двух разнополюсных постоянных магнитов, размещенных на краях дисков статора и обращенных один к другому с образованием межполюсного зазора, вал, расположенный соосно статору с возможностью вращения, ротор, выполненный в виде диска, установленного на валу между дисками статора и снабженного активными элементами, выполненными в виде ферромагнитных пластин, прикрепленных к диску ротора по его окружности с возможностью прохождения через межполюсной зазор при его вращении, узел подачи теплоносителя и узел подачи хладагента, согласно полезной модели постоянные магниты выполнены с межполюсным зазором, состоящим по его длине из суживающегося по направлению вращения диска ротора участка и участка с постоянным сечением.The problem is solved in that in a magnetothermal motor containing a stator made in the form of two parallel fixed disks of nonmetallic material, a magnetic system of two opposite-pole permanent magnets located on the edges of the stator disks and facing one another with the formation of an interpolar gap, a shaft located coaxial to the stator with the possibility of rotation, a rotor made in the form of a disk mounted on a shaft between the stator disks and provided with active elements made in the form of a ferromagnet According to the utility model, the permanent plates are fixed to the rotor disk around its circumference with the possibility of passing through the interpolar gap when it is rotated, the coolant supply unit and the refrigerant supply unit, according to the utility model, the magnets are made with an interpolar gap along its length in the direction of rotation of the rotor disk and a section with a constant cross section.

Поставленная задача решается также тем, что угол сужения межполюсного зазора предпочтительно составляет α=20°÷40°, а длина участка с постоянным сечением l_п.с.=(0,1÷0,4)L, где L - длина межполюсного зазора магнитов.The problem is also solved by the fact that the narrowing angle of the interpolar gap is preferably α = 20 ° ÷ 40 °, and the length of the section with a constant cross section l _ps = (0.1 ÷ 0.4) L, where L is the length of the interpolar gap magnets.

Поставленная задача решается также тем, что узел подачи теплоносителя может быть расположен напротив участка с постоянным сечением межполюсного зазора магнитов.The problem is also solved by the fact that the coolant supply unit can be located opposite the site with a constant cross-section of the pole gap of the magnets.

По мере сужения межполюсного зазора постоянных магнитов происходит увеличение их массы в каждом сечении вдоль длины межполюсного зазора, что приводит к непрерывному росту силы притяжения магнитной индукции, благодаря чему достигается ускорение вращения диска ротора.As narrowing the interpolar gap of permanent magnets, their mass increases in each section along the length of the interpolar gap, which leads to a continuous increase in the magnetic force of attraction of magnetic induction, due to which acceleration of rotation of the rotor disk is achieved.

На фиг. 1 приведен предлагаемый магнитотепловой двигатель.In FIG. 1 shows the proposed magnetothermal engine.

На фиг. 2 - разрез A-A фиг. 1.In FIG. 2 is a section A-A of FIG. one.

На фиг. 3 - форма межполюсного зазора постоянных магнитов.In FIG. 3 is a form of inter-pole gap of permanent magnets.

На фиг. 4 - общий вид постоянных магнитов.In FIG. 4 is a general view of permanent magnets.

На фиг. 5 - график изменения магнитной индукции по длине межполюсного зазора постоянных магнитов, где кривая Б получена для магнитной системы с межполюсным зазором постоянного сечения, а кривая В - для магнитной системы предлагаемого магнитотеплового двигателя.In FIG. 5 is a graph of the variation of magnetic induction along the length of the pole gap of permanent magnets, where curve B is obtained for a magnetic system with a pole gap of constant cross section, and curve B is for the magnetic system of the proposed magnetothermal engine.

Предлагаемый магнитотепловой двигатель содержит статор, выполненный в виде двух параллельных неподвижных дисков 1, 2 из неметаллического материала, магнитную систему из двух разнополюсных постоянных магнитов 3, размещенных на краях дисков 1, 2 статора" и обращенных один к другому с образованием межполюсного зазора 4, вал 5, расположенный соосно статору с возможностью вращения при помощи подшипников 6, ротор, выполненный в виде диска 7, установленного на валу 5 между дисками 1, 2 статора и снабженного активными элементами, выполненными в виде ферромагнитных пластин 8, прикрепленных к диску 7 ротора по его окружности с возможностью прохождения через межполюсной зазор 4 при его вращении, узел 9 подачи теплоносителя и узел 10 подачи хладагента. Постоянные магниты 3 выполнены с межполюсным зазором 4, состоящим по его длине из суживающегося по направлению вращения диска 7 ротора участка 11 и участка 12 с постоянным сечением. Угол сужения межполюсного зазора 4 предпочтительно составляет α=20°÷40°, а длина участка 12 с постоянным сечением l_п.с=(0,1÷0,4)L, где L - длина межполюсного зазора 4 магнитов 3. Узел 9 подачи теплоносителя расположен напротив участка 12 с постоянным сечением межполюсного зазора 4 магнитов 3 и выполнен в виде трубки для подвода горячей воды, а узел 10 подачи хладагента расположен под углом 15°÷330° от магнитов 3 по направлению вращения диска 7 ротора и выполнен в виде трубки для подвода холодной воды. Трубки для подвода горячей и холодной воды установлены с наружной стороны диска 7 ротора и закреплены на неподвижном диске 2 статора. Ферромагнитные пластины 8 могут быть расположены перпендикулярно диску 7 ротора. Для облегчения диск 7 ротора может быть выполнен со сквозными отверстиями 13.The proposed magnetothermal motor contains a stator made in the form of two parallel fixed disks 1, 2 of non-metallic material, a magnetic system of two opposite-pole permanent magnets 3 located on the edges of the stator disks 1, 2 and facing one another with the formation of an interpolar gap 4, shaft 5, located coaxially to the stator with the possibility of rotation using bearings 6, a rotor made in the form of a disk 7 mounted on the shaft 5 between the disks 1, 2 of the stator and provided with active elements made in the form of a fairy magnetic plates 8 attached to the rotor disk 7 around its circumference with the possibility of passing through the interpolar gap 4 when it is rotated, the coolant supply unit 9 and the refrigerant supply unit 10. Permanent magnets 3 are made with an interpolar gap 4, consisting of a length narrowing in the direction the rotation of the disk 7 of the rotor of section 11 and section 12 with a constant cross section.The narrowing angle of the interpolar gap 4 is preferably α = 20 ° ÷ 40 °, and the length of section 12 with a constant cross section l _ps = (0.1 ÷ 0.4) L where L is the length of the interpolar gap of 4 magnets 3. U The coolant supply unit 9 is located opposite the section 12 with a constant cross-section of the pole gap 4 of magnets 3 and is made in the form of a tube for supplying hot water, and the refrigerant supply unit 10 is located at an angle of 15 ° ÷ 330 ° from the magnets 3 in the direction of rotation of the rotor disk 7 and is made in the form of a tube for supplying cold water. Tubes for supplying hot and cold water are installed on the outside of the rotor disk 7 and are fixed to the fixed disk 2 of the stator. The ferromagnetic plate 8 can be located perpendicular to the disk 7 of the rotor. To facilitate the disk 7 of the rotor can be made with through holes 13.

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

Активные элементы - ферромагнитные пластины 8 на суживающемся по направлению вращения диска 7 ротора участке 11 межполюсного зазора 4 магнитов 3 разгоняются за счет возникающего на этом участке 11 градиента магнитной индукции, а на участке 12 с постоянным сечением они подвергаются нагреву горячей водой. Горячая вода через узел 9 под небольшим напором непрерывно подается на участок 12 с постоянным сечением межполюсного зазора 4. В результате этого активные элементы - ферромагнитные пластины 8, находящиеся в данный момент в зоне участка 12 с постоянным сечением, нагреваются до температуры, при которой они переходят в парамагнитное состояние (размагничиваются). В то же время магниты 3 притягивают к себе соседнюю ферромагнитную пластину 8, еще не подвергшуюся нагреву от воздействия горячей воды. Вследствие этого размагниченные пластины 8 выталкиваются из зоны участка 12 с постоянным сечением межполюсного зазора 4 с силой, прямо пропорциональной скачку намагниченности пластин 8 и величине градиента магнитной индукции в межполюсном зазоре 4 магнитов 3. Так как ферромагнитные пластины 8 прикреплены к диску 7 ротора, то ротор вместе с валом 5 совершает вращательное движение за счет полученного от пластин 8 импульса, а в зону участка 12 с постоянным сечением межполюсного зазора 4 попадают другие (соседние) пластины 8, еще не подвергшиеся нагреву горячей водой. Зона охлаждения ферромагнитных пластин 8 охватывает область, находящуюся за магнитами 3 (вне области действия магнитных сил) по направлению вращения диска 7 ротора, что значительно облегчает с помощью холодной воды осуществление эффективного теплосъема с нагретых пластин 8 до температуры, при которой они полностью восстанавливают свое первоначальное магнитное состояние, и цикл повторяется. Все активные элементы - ферромагнитные пластины 8 в каждом из этапов их раздельного, поочередного нагрева - охлаждения приобретают механический импульс, передаваемый ими диску 7 ротора магнитотеплового двигателя в направлении его вращения. Угловая скорость вращения диска 7 ротора определяется действующей на него результирующей силой, величина которой прямо пропорциональна градиенту магнитного поля на единицу длины магнитов 3 в межполюсном зазоре 4, суммарной массе активных элементов - ферромагнитных пластин 8, одновременно подпадающих под область действия магнитного поля, величине скачка намагниченности ферромагнитных пластин 8, практически реализуемой в цикле нагрев - охлаждение, скорости фазового перехода из ферромагнитного состояния в парамагнитное и обратно.The active elements are ferromagnetic plates 8 in the section 11 of the interpolar gap 4 of the magnets 3 narrowing in the direction of rotation of the disk 7 of the rotor 7 and accelerated due to the magnetic induction gradient arising in this section 11, and in section 12 with a constant cross section they are heated by hot water. Hot water through the node 9 under a small pressure is continuously supplied to the section 12 with a constant cross-section of the pole gap 4. As a result, the active elements - ferromagnetic plates 8, which are currently in the zone of the section 12 with a constant section, are heated to the temperature at which they pass to the paramagnetic state (demagnetized). At the same time, magnets 3 attract an adjacent ferromagnetic plate 8, which has not yet been heated by the action of hot water. As a result, the demagnetized plates 8 are pushed out of the area of the section 12 with a constant cross-section of the interpolar gap 4 with a force directly proportional to the magnetization jump of the plates 8 and the magnitude of the magnetic induction gradient in the interpolar gap 4 of the magnets 3. Since the ferromagnetic plates 8 are attached to the rotor disk 7, the rotor together with the shaft 5, it rotates due to the pulse received from the plates 8, and other (neighboring) plates 8 that have not yet been exposed to fall into the area of the section 12 with a constant cross-section of the pole gap 4 roar of hot water. The cooling zone of the ferromagnetic plates 8 covers the area beyond the magnets 3 (outside the range of magnetic forces) in the direction of rotation of the rotor disk 7, which greatly facilitates the effective heat removal from the heated plates 8 with cold water to a temperature at which they completely restore their original magnetic state, and the cycle repeats. All active elements - ferromagnetic plates 8 in each of the stages of their separate, sequential heating - cooling acquire a mechanical impulse transmitted by them to the rotor disk 7 of the magnetothermal engine in the direction of its rotation. The angular velocity of rotation of the rotor disk 7 is determined by the resulting force acting on it, the value of which is directly proportional to the magnetic field gradient per unit length of magnets 3 in the interpolar gap 4, the total mass of active elements - ferromagnetic plates 8, simultaneously falling under the magnetic field, the magnitude of the magnetization jump ferromagnetic plates 8, 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.

Выбранный диапазон значения угла сужения межполюсного зазора 4 магнитов 3 обусловлен тем, что при угле сужения межполюсного зазора α<20° произойдет малое изменение магнитной индукции на большом участке межполюсного зазора 4, в результате чего не будет достигнута максимальная величина силы притяжения магнитов 3, а при угле сужения α>40° произойдет более резкое изменение магнитной индукции на малом участке межполюсного зазора 4, а больший участок межполюсного зазора 4 останется с постоянным зазором, где отсутствует градиент магнитной индукции, в результате чего не будет также достигнута максимальная величина силы притяжения магнитов 3. Выбранный диапазон значения длины участка 12 с постоянным сечением межполюсного зазора 4 обусловлен тем, что при длине участка 12 с постоянным сечением l_п.с.<0,1L пластина 8 не успеет нагреться, так как нагрев осуществляется именно на данном участке 12 путем подачи горячей воды. А при длине участка 12 с постоянным сечением l_п.с.>0,4) L часть участка магнитов 3 не будет использоваться, так как нагреву подвергаются пластины 8 поочередно вне зависимости от количества захватываемых магнитной мой пластин 8.The selected range of the narrowing angle of the interpolar gap 4 of magnets 3 is due to the fact that at a narrowing angle of the interpolar gap α <20 ° there will be a small change in magnetic induction over a large portion of the interpolar gap 4, as a result of which the maximum magnitude of the attractive force of magnets 3 will not be achieved, and when a narrowing angle α> 40 °, a sharper change in the magnetic induction will occur in a small portion of the pole gap 4, and a larger portion of the pole gap 4 will remain with a constant gap, where there is no gradient of magnetic induction and, as a result of which the maximum magnitude of the attractive force of the magnets will not be reached 3. The selected range of the length of the section 12 with a constant cross-section of the pole gap 4 is due to the fact that with the length of the section 12 with a constant section l _pp <0.1L, plate 8 does not have time to heat up, since heating is carried out precisely in this section 12 by supplying hot water. And with the length of the plot 12 with a constant section l _p.s. > 0.4) L part of the portion of the magnets 3 will not be used, since the plates 8 are subjected to heating alternately, regardless of the number of magnetic plates 8 captured by mine.

Выбор диапазона значения угла подачи холодной воды 15°-330° связан с тем, что при углах меньше 15° и больше 330° от магнитов 3 по направлению вращения диска 7 ротора произойдет частичное попадание холодной воды на участок 12 с постоянным сечением межполюсного зазора 4, что несвоевременно охладит ферромагнитные пластины 8, находящиеся в тот момент на нем, в результате возникнут силы, противодействующие вращению диска 7 ротора.The choice of the range of the cold water supply angle of 15 ° -330 ° is due to the fact that when the angles are less than 15 ° and more than 330 ° from the magnets 3 in the direction of rotation of the rotor disk 7, a partial hit of cold water will occur on section 12 with a constant cross-section of the pole gap 4 which will in due time cool the ferromagnetic plates 8 located at that moment on it, as a result, forces will appear that counteract the rotation of the rotor disk 7.

Подбор конкретного материала ферромагнитных пластин 8 обусловлен выбором теплоносителя и хладагента, а также значением температуры фазового перехода (точки Кюри) ферромагнетика из ферромагнитного состояния в парамагнитное. При выбранных теплоносителе и хладагенте (горячая и холодная вода) в качестве материала для пластин 8 оптимально подходит гадолиний Gd, который имеет температуру фазового перехода (точку Кюри), близкую к комнатной (20°C). При использовании гадолиниевой пластины 8 нет необходимости нагревать воду до высоких температур (до 80°C).The selection of a specific material of the ferromagnetic plates 8 is due to the choice of coolant and refrigerant, as well as the value of the phase transition temperature (Curie point) of the ferromagnet from the ferromagnetic state to the paramagnetic state. With the selected coolant and refrigerant (hot and cold water), gadolinium Gd, which has a phase transition temperature (Curie point) close to room temperature (20 ° C), is optimal as a material for plates 8. When using gadolinium plate 8 there is no need to heat water to high temperatures (up to 80 ° C).

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

Claims

1. Magnetothermal motor containing a stator made in the form of two parallel fixed disks of non-metallic material, a magnetic system of two opposite-pole permanent magnets located on the edges of the stator disks and facing one another with the formation of an interpolar gap, a shaft located rotationally coaxial with the stator , a rotor made in the form of a disk mounted on a shaft between the stator disks and provided with active elements made in the form of ferromagnetic plates attached to the disk mouth along its circumference with the possibility of passing through the interpolar gap during its rotation, the coolant supply unit and the refrigerant supply unit, characterized in that the permanent magnets are made with an interpolar gap, consisting along its length of a section narrowing in the direction of rotation of the rotor disk and a section with a constant section .

2. The engine according to p. 1, characterized in that the narrowing angle of the interpolar gap is α = 20 ° ÷ 40 °, and the length of the section with a constant cross section l _pp = (0.1 ÷ 0.4) L, where L is the length of the pole gap of the magnets.

3. The engine according to claim 1 or 2, characterized in that the coolant supply unit is located opposite the section with a constant cross-section of the pole gap of the magnets.