RU176815U1

RU176815U1 - MOTOR-HEATING ENGINE

Info

Publication number: RU176815U1
Application number: RU2017117508U
Authority: RU
Inventors: Василий Васильевич Семенов; Давид Александрович Габриелян; Светлана Николаевна Перминова; Николай Сергеевич Сидоренко
Priority date: 2017-05-19
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2018-01-30

Abstract

Магнитотепловой двигатель содержит 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 со статором 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. Магнитная система выполнена из наборов разнополюсных постоянных магнитов, каждый набор состоит из четырех постоянных магнитов, обладающих разной магнитной индукцией и составленных в один ряд, при этом магниты расположены по нарастанию магнитной индукции, а трубка с горячей водой расположена напротив межполюсного зазора магнитов с наибольшей магнитной индукцией. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.Magnetothermal motor contains a stator made in the form of two parallel fixed disks of non-metallic material, a magnetic system of two opposite-pole permanent magnets placed on the edges of the stator disks and facing one another with the formation of an inter-pole gap, a shaft located coaxially with the stator to rotate, a rotor made in the form of a disk mounted on the shaft between the stator disks and provided with active elements made in the form of ferromagnetic plates attached to the roto disk pa along its circumference with the possibility of passing through the interpolar gap during its rotation, the coolant supply unit and the refrigerant supply unit. The magnetic system is made up of sets of multi-pole permanent magnets, each set consists of four permanent magnets having different magnetic induction and arranged in one row, while the magnets are arranged in increasing magnetic induction, and the tube with hot water is located opposite the pole gap of the magnets with the largest magnetic induction . 1 s.p. f-ly, 6 ill.

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 из-за использования только одного набора (одной марки) разнополюсных постоянных магнитов с неизменной величиной магнитной индукции. 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 motor is characterized by insufficient power for converting magnetothermal energy into mechanical and / or electrical energy due to the use of only one set (one brand) of different-pole permanent magnets with a constant magnitude of magnetic induction. 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, remains constant, and the force of the action of the poles of permanent magnets on the ferromagnetic plates of the rotor disk does not increase, 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 выполнения магнитной системы из наборов разнополюсных постоянных магнитов. Каждый набор состоит из двух постоянных магнитов, обладающих разной магнитной индукцией и составленных в один ряд. При этом, магниты расположены по нарастанию магнитной индукции, а трубка с горячей водой расположена напротив межполюсного зазора магнитов с наибольшей магнитной индукцией.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 performing a magnetic system of sets of multi-pole permanent magnets. Each set consists of two permanent magnets with different magnetic induction and arranged in one row. In this case, the magnets are located in increasing magnetic induction, and a tube of hot water is located opposite the pole gap of the magnets with the greatest magnetic induction.

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 магнитная система выполнена из наборов разнополюсных постоянных магнитов, каждый набор состоит из четырех постоянных магнитов, обладающих разной магнитной индукцией и составленных в один ряд, при этом, магниты расположены по нарастанию магнитной индукции, а трубка с горячей водой расположена напротив межполюсного зазора магнитов с наибольшей магнитной индукцией.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 plates attached to the rotor disk around its circumference with the possibility of passing through the interpolar gap during its rotation, the coolant supply unit and the refrigerant supply unit, according to the utility model, the magnetic system is made of sets of different pole permanent magnets, each set consists of four permanent magnets having different by magnetic induction and arranged in a single row, while the magnets are located in increasing magnetic induction, and the hot water pipe is located opposite the pole gap of the magnets with the greatest magnetic induction.

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

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

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

На фиг. 3 приведен общий вид магнитной системы, составленной из 4-х постоянных магнитов различной мощностиIn FIG. Figure 3 shows a general view of a magnetic system composed of 4 permanent magnets of various powers

На фиг. 4 приведен график изменения магнитной индукции по длине межполюсного зазора постоянных магнитов при различном их количестве.In FIG. Figure 4 shows a graph of the change in magnetic induction along the length of the inter-pole gap of permanent magnets for different amounts.

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. Магнитная система 3 имеет межполюсной зазор 4 и выполнена из наборов разнополюсных постоянных магнитов, каждый набор состоит из четырех постоянных магнитов, обладающих разной магнитной индукцией и составленных в один ряд, при этом, магниты расположены по нарастанию магнитной индукции (фиг. 3) и это нарастание происходит по направлению вращения диска 7 ротора. Узел 9 подачи теплоносителя расположен напротив межполюсного зазора магнитов 12 с наибольшей магнитной индукцией 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 вод 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 equipped with active elements made in the form of a fer magnetic plates 8 attached to the disk 7 of the rotor 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. The magnetic system 3 has an inter-pole gap 4 and is made of sets of opposite-pole permanent magnets, each set consists of four permanent magnets having different magnetic induction and arranged in one row, while the magnets are arranged in increasing magnetic induction (Fig. 3) and this is an increase occurs in the direction of rotation of the disc 7 of the rotor. The coolant supply unit 9 is located opposite the interpolar gap of the magnets 12 with the greatest magnetic induction and is made in the form of a tube for supplying hot water, and the coolant 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 tubes 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. Ввиду того, что магнитная система выполнена из наборов разнополюсных постоянных магнитов, каждый набор состоит из четырех постоянных магнитов, обладающих разной магнитной индукцией и составленных в один ряд, при этом, магниты расположены по нарастанию магнитной индукции, то активные элементы - ферромагнитные пластины 8 в межполюсном зазоре 4 магнитов 3 разгоняются по направлению вращения диска 7 ротора за счет возникающего градиента магнитной индукции на участке 11, где расположен набор магнитов с нарастающей магнитной индукцией, а на участке 12, где расположен магнит с максимальной магнитной индукцией, они подвергаются нагреву горячей водой. Горячая вода через узел 9 под небольшим напором непрерывно подается на участок 12, где расположен магнит с максимальной магнитной индукцией, - в межполюсной зазор 4. В результате этого активные элементы - ферромагнитные пластины 8, находящиеся в данный момент в зоне участка 12 магнитов с максимальной магнитной индукцией, 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 магнитов с максимальной магнитной индукцией (из 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 магнитов с максимальной магнитной индукцией (в межполюсной зазор 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 inventive magnetothermal engine operates as follows. Due to the fact that the magnetic system is made up of sets of bipolar permanent magnets, each set consists of four permanent magnets having different magnetic induction and arranged in one row, while the magnets are arranged in increasing magnetic induction, the active elements are ferromagnetic plates 8 in the interpolar The gap of 4 magnets 3 is accelerated in the direction of rotation of the disk 7 of the rotor due to the emerging gradient of magnetic induction in section 11, where a set of magnets with increasing magnetic induction is located, while heel 12 where the magnet is located with the maximum magnetic flux density, they are subjected to heating hot water. Hot water through the node 9 under a small pressure is continuously supplied to the section 12, where the magnet with maximum magnetic induction is located, into the interpolar gap 4. As a result, the active elements are the ferromagnetic plates 8, which are currently in the area of the section of 12 magnets with the maximum magnetic by induction, they are heated to a temperature at which they become paramagnetic (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 zone of the magnet portion 12 with maximum magnetic induction (from the pole 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 pole gap 4 of the magnets 3. Since the ferromagnetic plates 8 are attached to the disk 7 of the rotor, then the rotor together with the shaft 5 rotates due to the pulse received from the plates 8, and in the area of the section of 12 magnets with maximum magnetic induction (in the pole gap 4) are prob (adjacent) of the plate 8, has not been subjected to heating 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 magnitude 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.

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 магнитов с максимальной магнитной индукцией 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 angle of supply of cold water 15 ° ÷ 330 ° is due to the fact that at angles 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 on the portion 12 of the magnets with the maximum magnetic induction 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.

Как видно из фиг 4, где приведены изменения магнитной индукции по длине межполюсного зазора постоянных магнитов при различных количествах постоянных магнитов, составленных в ряд, в случае, когда магнитная система состоит из четырех разнополюсных постоянных магнитов (кривая В), возрастание градиента магнитной индукции происходит на всю длину межполюсного зазора магнитов, чем в случае использования магнитной системы, составленной из двух постоянных магнитов (кривая Б). Это объясняется тем, что при четырех постоянных магнитах, составленных в ряд, увеличивается градиент магнитной индукции, а также удлиняется длина межполюсного зазора, вследствие чего увеличивается сила и время воздействия переменной магнитной индукции на рабочий элемент из гадолиния, расположенный на роторном диске. Это в свою очередь приводит к увеличению скорости вращения роторного диска, то есть к повышению мощности магнитотеплового двигателя.As can be seen from FIG. 4, which shows the changes in the magnetic induction along the length of the pole gap of the permanent magnets for different amounts of permanent magnets arranged in a row, in the case when the magnetic system consists of four different pole permanent magnets (curve B), the gradient of the magnetic induction occurs on the entire length of the pole gap of the magnets than in the case of using a magnetic system composed of two permanent magnets (curve B). This is explained by the fact that with four permanent magnets arranged in a row, the gradient of magnetic induction increases, and the length of the inter-pole gap also lengthens, as a result of which the force and time of exposure of variable magnetic induction to the gadolinium working element located on the rotor disk increases. This, in turn, leads to an increase in the rotational speed of the rotor disk, that is, to an increase in the power of the magnetothermal engine.

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°С). При использовании гадолиниевой пластины 8 нет необходимости нагревать воду до высоких температур (до 80°С).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

Magnetothermal engine 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 coaxially with the stator to rotate, 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 p of a torus 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 magnetic system is made of sets of different-pole permanent magnets, each set consists of four permanent magnets having different magnetic induction and composed one row, while the magnets are located in increasing magnetic induction, and the coolant supply unit is located opposite the pole gap of the magnets with the largest magnetic induction.