RU2167338C1

RU2167338C1 - Thermomagnetic device

Info

Publication number: RU2167338C1
Application number: RU2000129174A
Authority: RU
Inventors: В.С. Бедбенов
Original assignee: Бедбенов Владимир Степанович
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2001-05-20

Abstract

FIELD: power engineering; off-line energy conservation systems. SUBSTANCE: device has shaft-mounted rotor with coils and core arranged over periphery, stator, heat energy source, and at least one permanent-magnet system. It is also provided with acceleration unit; rotor is assembled of at least two disks intercoupled over periphery by means of acceleration unit; stator is mounted on shaft between two disks; permanent magnets of magnetic system are installed so that interpole gaps are formed; coils and core constitute active assemblies to form rings placed in interpole gaps of magnetic system. EFFECT: enlarged functional capabilities and enhanced output power of device. 15 cl, 14 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для создания двигателей и генераторов электрической энергии, различного типа реле и исполнительных механизмов, в том числе дистанционного управления, систем ориентации и слежения за направлением тепловым и световым излучением, систем автономного энергообеспечения. The invention relates to the field of energy and can be used to create engines and generators of electric energy, various types of relays and actuators, including remote control, orientation systems and tracking the direction of heat and light radiation, autonomous energy supply systems.

Известно магнитотепловое устройство, содержащее размещенный на валу ротор с активными элементами, установленными по периферии, статор, источник тепловой энергии и, по меньшей мере, одну магнитную систему (SU 1793525, F 03 G 7/00, 07.02.93). A magnetothermal device is known comprising a rotor located on the shaft with active elements mounted on the periphery, a stator, a thermal energy source and at least one magnetic system (SU 1793525, F 03 G 7/00, 02/07/93).

Недостатками известного устройства является высокая стоимость используемого рабочего вещества железо-родиевого сплава; малая суммарная масса рабочего вещества, участвующая в создании результирующего момента силы в направлении движения; использование жестко закрепленных на корпусе оптических линз для фокусировки солнечного излучения на рабочие элементы, что делает неэффективным работу генератора в течение всего солнечного дня при отсутствии системы ориентации на солнце. The disadvantages of the known device is the high cost of the working substance of the iron-rhodium alloy; small total mass of the working substance involved in the creation of the resulting moment of force in the direction of motion; the use of optical lenses rigidly fixed on the housing to focus solar radiation on the working elements, which makes the generator ineffective during the whole sunny day in the absence of a solar orientation system.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и создание на его основе различных бесконтактных электрических машин нетрадиционного типа. The objective of the invention is to expand the functionality of the device and the creation on its basis of various non-contact electrical machines of non-traditional type.

Техническим результатом от использования предложенного устройства является увеличение суммарной механической и электрической мощности путем оптимизации формы и геометрических размеров рабочих элементов, их группировки в компактные сборки, согласования линейных размеров рабочих сборок с размерами области градиента магнитного поля и зоны нагрева; возможность регулирования угловой скорости вращения дисков; обеспечение высокой скорости нагрева - охлаждения рабочего вещества; достижение практически полной компенсации эффекта торможения в магнитном поле за счет непрерывного расположения рабочих элементов и их сборок по всей периферии дисков с минимальными толщинами теплоизоляционных перегородок; высокая эффективность работы генератора за счет размещения оптимального числа магнитных систем в геометрии, позволяющей обеспечить заданный градиент магнитного поля по всей периферии вращающегося диска, а также обеспечение необходимого температурного перепада на рабочем элементе по мере его выхода из одной магнитной системы и вхождения в соседнюю; создание эффективной магнитной системы с заданной конфигурацией магнитного поля с обеспечением явно выраженного градиента поля в направлении движения. The technical result from the use of the proposed device is to increase the total mechanical and electrical power by optimizing the shape and geometric dimensions of the working elements, grouping them into compact assemblies, matching the linear dimensions of the working assemblies with the dimensions of the magnetic field gradient region and the heating zone; the ability to control the angular speed of rotation of the disc; ensuring a high heating rate - cooling of the working substance; the achievement of almost complete compensation of the braking effect in a magnetic field due to the continuous arrangement of working elements and their assemblies along the entire periphery of the disks with minimal thicknesses of heat-insulating partitions; high efficiency of the generator due to the placement of the optimal number of magnetic systems in the geometry, which allows to provide the specified gradient of the magnetic field along the entire periphery of the rotating disk, as well as providing the necessary temperature difference on the working element as it leaves one magnetic system and enters the neighboring one; creation of an effective magnetic system with a given configuration of the magnetic field with the provision of a pronounced field gradient in the direction of motion.

Технический результат достигается тем, что магнитотепловое устройство содержит размещенный на валу ротор с активными элементами, установленными по периферии, статор, источник тепловой энергии и, по меньшей мере, одну магнитную систему. Оно снабжено узлом разгона, при этом ротор выполнен, по меньшей мере, из двух дисков, взаимосвязанных между собой по периферии посредством узла разгона, статор установлен на валу между дисками, причем магнитная система содержит постоянные магниты, установленные с образованием межполюсных зазоров, а активные элементы объединены в рабочие сборки с образованием кольцевых поясов, размещенных в межполюсных зазорах магнитной системы. Узел разгона выполнен в виде двух боковых поверхностей, внутренней и внешней, с размещением на обращенных друг к другу поверхностях активных элементов, объединенных с заданной периодичностью в рабочие сборки, разделенные тонкостенными перегородками с образованием теплоизолированных каналов, для осуществления раздельного поочередного нагрева активных элементов и их охлаждения. The technical result is achieved by the fact that the magnetothermal device comprises a rotor located on the shaft with active elements mounted on the periphery, a stator, a source of thermal energy and at least one magnetic system. It is equipped with an acceleration unit, wherein the rotor is made of at least two disks interconnected at the periphery by means of the acceleration unit, the stator is mounted on the shaft between the disks, and the magnetic system contains permanent magnets installed with the formation of interpolar gaps, and active elements combined into working assemblies with the formation of ring belts located in the interpolar gaps of the magnetic system. The acceleration unit is made in the form of two lateral surfaces, internal and external, with active elements placed on facing each other surfaces, combined at predetermined intervals into working assemblies separated by thin-walled partitions with the formation of heat-insulated channels, for the implementation of separate heating of the active elements and their cooling .

Магнитная система состоит по меньшей мере из одного узла, выполненного в виде двух модулей. Внутреннего, установленного на статоре, и внешнего, размещенного радиально к нему с возможностью выставления и фиксации межполюсных зазоров одноименной полярности, с образованием области неоднородного распределения магнитного поля одинаковой направленности. Статор выполнен из немагнитного материала в виде плоского цилиндра с установленными по его периферии внутренними модулями. The magnetic system consists of at least one node made in the form of two modules. Internal, mounted on the stator, and external, placed radially to it with the ability to set and fix inter-pole gaps of the same polarity, with the formation of a region of inhomogeneous magnetic field distribution of the same direction. The stator is made of non-magnetic material in the form of a flat cylinder with internal modules installed on its periphery.

Активные элементы выполнены в виде цилиндрических или пластинчатых элементов из магнитомягкого материала с малым содержанием посторонней примеси и низкой магнитной вязкостью, высокой начальной намагниченностью насыщения и резкой зависимостью намагниченности от температуры в окрестностях точки Кюри Тс, при этом элементы плотно упакованы в рабочие сборки, линейные размеры которых соизмеримы с размерами областей неоднородного распределения магнитного поля в межполюсных зазорах магнитной системы. Устройство снабжено системой охлаждения рабочих сборок с направляющими элементами, размещенными на роторе и на статоре. The active elements are made in the form of cylindrical or lamellar elements made of a soft magnetic material with a low content of extraneous impurities and low magnetic viscosity, a high initial saturation magnetization and a sharp dependence of magnetization on temperature in the vicinity of the Curie point Tc, while the elements are densely packed in working assemblies whose linear dimensions commensurate with the size of the regions of the inhomogeneous distribution of the magnetic field in the interpolar gaps of the magnetic system. The device is equipped with a cooling system for work assemblies with guide elements located on the rotor and on the stator.

Источник тепловой энергии может быть выполнен в виде концентратора солнечного излучения, либо геотермальных вод или нагретой жидкости, или любых других источников тепловой энергии. Тепловой импульс от источника тепловой энергии локализован в области максимального градиента магнитного поля в межполюсных зазорах магнитной системы. The source of thermal energy can be made in the form of a concentrator of solar radiation, or geothermal water or heated liquid, or any other sources of thermal energy. The heat pulse from the source of thermal energy is localized in the region of the maximum gradient of the magnetic field in the interpolar gaps of the magnetic system.

Магнитная система с рабочими плоскостями, обращенными друг к другу, оснащена полюсными наконечниками, имеющими радиус кривизны, сопрягающийся с радиусом кривизны внутренней и внешней боковых поверхностей узла разгона для достижения равномерного межполюсного зазора по всей окружности. The magnetic system with the working planes facing each other is equipped with pole pieces having a radius of curvature mating with the radius of curvature of the inner and outer side surfaces of the acceleration assembly to achieve a uniform interpolar gap around the entire circumference.

Устройство снабжено опорными плитами и связывающими последние стойками, расположенными по их периферии, причем вал неподвижно закреплен на нижней плите и зафиксирован на верхней плите посредством подшипникового узла, осуществляющего передачу вращения от ротора к дополнительно установленному маховику. Устройство может быть снабжено, по меньшей мере, одним дополнительным кольцевым поясом, размещенным на роторе за основным кольцевым поясом по направлению к центру его вращения, и дополнительными постоянными магнитами, установленными на статоре в зазоре между верхним и нижним дисками, соосно дополнительному кольцевому поясу. Дополнительные кольцевые пояса могут быть снабжены дополнительными узлами магнитной системы, расположенными по спиральной траектории, сходящейся от основной магнитной системы к центру вращения ротора. Статор снабжен катушками индуктивности с ферромагнитными сердечниками, установленными по окружности напротив вырезов, выполненных в дисках, при этом вырезы могут быть заполнены электропроводящим материалом, ферромагнитной вставкой или короткозамкнутой многовитковой катушкой. Сердечник выполнен в виде плотно упакованной сборки из тонких ферромагнитных пластин. Устройство дополнительно может быть снабжено внешним индуктивно-емкостным резонансным контуром с возможностью подключения нагрузки. The device is equipped with base plates and connecting the latter struts located on their periphery, and the shaft is fixedly mounted on the lower plate and fixed on the upper plate by means of a bearing assembly that transmits rotation from the rotor to an additionally installed flywheel. The device can be equipped with at least one additional annular belt located on the rotor behind the main annular belt towards the center of its rotation, and additional permanent magnets mounted on the stator in the gap between the upper and lower disks, coaxially with the additional annular belt. Additional annular belts can be equipped with additional nodes of the magnetic system located along a spiral path, converging from the main magnetic system to the center of rotation of the rotor. The stator is equipped with inductors with ferromagnetic cores mounted circumferentially opposite the cuts made in the disks, while the cuts can be filled with an electrically conductive material, a ferromagnetic insert or a short-circuited multi-coil coil. The core is made in the form of a tightly packed assembly of thin ferromagnetic plates. The device can additionally be equipped with an external inductive-capacitive resonant circuit with the ability to connect the load.

В вырезах верхнего и нижнего дисков ротора установлены дополнительные постоянные магниты, при этом последние, установленные на верхнем диске, смещены относительно дополнительных магнитов, установленных на нижнем диске так, что при вращении ротора все катушки индуктивности, размещенные на статоре, оказываются полностью перекрытыми постоянными магнитами. Additional permanent magnets are installed in the cutouts of the upper and lower disks of the rotor, while the latter mounted on the upper disk are offset from the additional magnets mounted on the lower disk so that when the rotor rotates, all inductors placed on the stator are completely covered by permanent magnets.

На фиг. 1 представлено магнитотепловое устройство. In FIG. 1 shows a magnetothermal device.

На фиг. 2 - магнитная система магнитотеплового устройства. In FIG. 2 - magnetic system of a magnetothermal device.

На фиг. 3 - статор с размещенным на нем кольцевым поясом. In FIG. 3 - stator with an annular belt placed on it.

На фиг. 4 - статор и размещение внешнего и внутреннего модулей магнитной системы. In FIG. 4 - stator and placement of the external and internal modules of the magnetic system.

На фиг. 5 - увеличенный фрагмент фиг. 4. In FIG. 5 is an enlarged fragment of FIG. 4.

На фиг. 6 - устройство с размещением дополнительных кольцевых поясов на статоре. In FIG. 6 - a device with the placement of additional ring belts on the stator.

На фиг. 7 - размещение дополнительных поясов на диске. In FIG. 7 - placement of additional belts on the disk.

На фиг. 8 - размещение дополнительной магнитной системы. In FIG. 8 - placement of an additional magnetic system.

На фиг. 9 - размещение дополнительных постоянных магнитов. In FIG. 9 - placement of additional permanent magnets.

На фиг. 10 - исполнение устройства в виде параметрического генератора. In FIG. 10 - execution of the device in the form of a parametric generator.

На фиг. 11 - исполнение ротора с вырезами. In FIG. 11 - execution of the rotor with cutouts.

На фиг. 12 - размещение в вырезах ротора катушек индуктивности. In FIG. 12 - placement in the cutouts of the rotor of the inductance coils.

На фиг. 13 - исполнение устройства в виде бесконтактного генератора электрической энергии. In FIG. 13 - execution of the device in the form of a contactless generator of electrical energy.

На фиг. 14 - размещение постоянных магнитов на дисках. In FIG. 14 - placement of permanent magnets on the disks.

Предлагаемое устройство представляет собой преобразователь магнитотепловой энергии в механическую и/или электрическую и состоит из подвижного ротора 1, образованного по меньшей мере из двух взаимосвязанных, посредством узла разгона 2, дисков 3, вращающихся относительно неподвижного вала 4, на подшипниковых опорах 5, как это показано на фиг. 1. The proposed device is a magnetothermal energy converter into mechanical and / or electrical and consists of a movable rotor 1, formed of at least two interconnected, by means of an acceleration unit 2, disks 3, rotating relative to a fixed shaft 4, on bearing bearings 5, as shown in FIG. 1.

В зазоре между дисками 3 жестко на валу 4 установлен статор 6, по периферии которого расположены основные постоянные магниты 7, 8 и 9, объединенные с помощью магнитопровода 10 в единый внутренний модуль 11, составляющий совместно с внешним магнитным модулем 12, магнитную систему преобразователя с заданной конфигурацией магнитного поля (см. фиг. 2). Диски 3 ротора 1 изготовлены из несодержащего магнитную примесь легкого композиционного материала с подходящими тепло- и электроизоляционными свойствами. По внешнему периметру дисков 3 размещены кольцевые пояса 13 (см. фиг. 3), выполненные в виде чередующихся с заданным шагом, рабочих сборок 14, каждая из которых состоит из набора активных элементов 15 в виде тонких цилиндрических стержней, либо тонких пластин прямоугольной формы, изготовленных из прецизионного магнитомягкого сплава с низкой концентрацией посторонней примеси и малой магнитной вязкостью, обладающего высокой намагниченностью насыщения во внешнем магнитном поле и резкой зависимостью величины намагниченности от температуры в окрестностях точки Кюри Тс. In the gap between the disks 3, a stator 6 is rigidly mounted on the shaft 4, on the periphery of which are located the main permanent magnets 7, 8 and 9, combined by means of a magnetic circuit 10 into a single internal module 11, which together with the external magnetic module 12 constitutes a magnetic converter system with a predetermined magnetic field configuration (see Fig. 2). The disks 3 of the rotor 1 are made of a non-magnetic impurity lightweight composite material with suitable heat and electrical insulation properties. Along the outer perimeter of the disks 3, annular belts 13 are placed (see Fig. 3), made in the form of working assemblies alternating with a given step, 14, each of which consists of a set of active elements 15 in the form of thin cylindrical rods or thin rectangular plates, made of a precision soft magnetic alloy with a low concentration of impurities and low magnetic viscosity, which has a high saturation magnetization in an external magnetic field and a sharp temperature dependence of the magnetization in neighborhoods of the Curie point Tc.

Узел разгона 2, предназначенный для предварительной раскрутки ротора 1, конструкционно представляет собой цилиндрическое кольцо, образованное внутренней 16 и внешней 17 боковыми поверхностями ротора 1, соединенные посредством перегородок 18, как это показано на фиг. 5. The acceleration unit 2, intended for preliminary unwinding of the rotor 1, is structurally a cylindrical ring formed by the inner 16 and outer 17 lateral surfaces of the rotor 1, connected by means of partitions 18, as shown in FIG. 5.

Перегородки 18 изготовлены из прочного теплоизоляционного материала и разделяют образованную кольцевую полость 19 на множество каналов 20, внутри которых размещены активные элементы 21, изготовленные из магнитомягкого материала, обладающего высокой намагниченностью насыщения во внешнем магнитном поле и резкой зависимостью величины намагниченности от температуры в окрестностях точки Кюри Тс, в процессе магнитного фазового перехода из ферромагнитного в парамагнитное состояние. Активные элементы 21 также выполнены в виде тонких цилиндрических стержней либо тонких пластин прямоугольной формы с хорошо развитой поверхностью теплообмена и с заданным шагом плотно упакованы в каналах 20 с образованием проходного сечения, достаточного для осуществления эффективного теплосъема. Partitions 18 are made of durable heat-insulating material and divide the formed annular cavity 19 into many channels 20, inside of which are active elements 21 made of soft magnetic material with a high saturation magnetization in an external magnetic field and a sharp temperature dependence of the magnetization in the vicinity of the Curie point Tc , in the process of a magnetic phase transition from a ferromagnetic to a paramagnetic state. The active elements 21 are also made in the form of thin cylindrical rods or thin rectangular plates with a well-developed heat exchange surface and with a given step are tightly packed in channels 20 with the formation of a cross-section sufficient for efficient heat removal.

Линейные размеры рабочих сборок в каналах 20 согласованы с размерами области градиента магнитного поля, создаваемого магнитной системой в межполюсном зазоре, образованном постоянными магнитами 7 внутреннего модуля 11 и постоянными магнитами 22 внешнего модуля 12, вдоль направления вращения ротора 1. Для обеспечения максимальных значений градиента магнитного поля в рабочем зазоре постоянные магниты 7 и 22 имеют радиус кривизны, соответствующий радиусу кривизны боковых поверхностей 16 и 17 узла разгона 2. Постоянные магниты 22, 23 и 24 внешнего модуля 12 магнитной системы (см. фиг. 2) объединены посредством магнитопровода 25 и неподвижно установлены с помощью немагнитного держателя 26 на стойке 27, жестко соединяющей опорные плиты 28 и 29, с возможностью выставления и фиксации внешнего модуля 12 магнитной системы как в вертикальном, так и радиальном направлениях. Число устанавливаемых по периферии ротора 1 магнитных систем теоретически равно половине количества рабочих каналов 20 узла разгона 2, однако практически это число ограничено сверху. Последнее обусловлено необходимостью организации несимметричной конфигурации магнитного поля преимущественной направленности как непосредственно в области рабочих зазоров магнитной системы, так и вблизи от нее, а также чисто практическими возможностями обеспечения необходимой скорости нагрева - охлаждения активных элементов 21, отвечающее за величину линейной скорости вращения ротора. The linear dimensions of the working assemblies in the channels 20 are consistent with the sizes of the magnetic field gradient region created by the magnetic system in the pole gap formed by the permanent magnets 7 of the internal module 11 and the permanent magnets 22 of the external module 12, along the direction of rotation of the rotor 1. To ensure maximum values of the magnetic field gradient in the working gap, the permanent magnets 7 and 22 have a radius of curvature corresponding to the radius of curvature of the side surfaces 16 and 17 of the acceleration unit 2. Permanent magnets 22, 23 and 24 of the external mode For 12 of the magnetic system (see Fig. 2) are combined by means of a magnetic circuit 25 and fixedly mounted using a non-magnetic holder 26 on the rack 27, rigidly connecting the base plates 28 and 29, with the possibility of exposing and fixing the external module 12 of the magnetic system both vertically and and radial directions. The number of magnetic systems installed on the periphery of the rotor 1 is theoretically equal to half the number of working channels 20 of the acceleration unit 2, however, this number is practically limited from above. The latter is due to the necessity of organizing an asymmetric configuration of the magnetic field with a predominant orientation both directly in the area of the working gaps of the magnetic system and near it, as well as by the purely practical possibilities of providing the necessary heating rate - cooling of the active elements 21, which is responsible for the linear rotor speed.

Во всех рассматриваемых вариантах предлагаемого устройства (см. фиг. 4) установлено шесть магнитных систем, расположенных вдоль боковой поверхности ротора, с угловым шагом 60 град. Нагрев рабочих элементов 21 в каналах 20 узла разгона 2 осуществляется путем подачи в трубопровод 30 жидкого или газообразного теплоносителя либо концентрированной энергии солнечного излучения, причем в последнем случае в качестве подводящего трубопровода используется оптоволокно. In all considered variants of the proposed device (see Fig. 4), six magnetic systems are installed located along the side surface of the rotor, with an angular pitch of 60 degrees. Heating of the working elements 21 in the channels 20 of the acceleration unit 2 is carried out by supplying to the pipeline 30 a liquid or gaseous heat carrier or concentrated energy of solar radiation, and in the latter case, optical fiber is used as a supply pipe.

Охлаждение активных элементов 21 и 15 может осуществляться обычной проточной водой, парами криогенной жидкости или любым подходящим инертным газом, предварительно охлажденным до необходимого уровня температур путем прогонки через трубопровод 31 холодоносителя. The cooling of the active elements 21 and 15 can be carried out by ordinary running water, cryogenic vapor or any suitable inert gas, pre-cooled to the required temperature level by sweeping through the coolant pipe 31.

Для случая принудительного охлаждения рабочих сборок 14, расположенных на кольцевых поясах 13, в устройстве предусмотрено использование формирователя потока, состоящего из направляющих элементов в виде профилирующих кольцевых насадок 32, расположенных на вращающихся дисках 3, и патрубков 33, неподвижно установленных на опорных плитах 28 и 29, в области между двумя соседними магнитными системами, в зоне охлаждения активных элементов (см. фиг. 1 и 5). For the case of forced cooling of working assemblies 14 located on the annular belts 13, the device provides for the use of a flow former consisting of guide elements in the form of profiling annular nozzles 32 located on the rotating disks 3 and nozzles 33 fixedly mounted on the base plates 28 and 29 , in the area between two adjacent magnetic systems, in the cooling zone of the active elements (see Fig. 1 and 5).

С целью стабилизации угловой скорости вращения ротора в устройстве использован механический аккумулятор энергии в виде маховика 34, насаженного на ось вращения, посредством узла передачи, состоящего из подвижной втулки 35, закрепленной на верхнем диске 3 и узла подшипника 36, расположенного на верхней опорной плите 29 строго соосно оси вращения. In order to stabilize the angular rotational speed of the rotor, the device uses a mechanical energy accumulator in the form of a flywheel 34 mounted on the axis of rotation, by means of a transmission unit consisting of a movable sleeve 35, mounted on the upper disk 3 and the bearing assembly 36, located strictly on the upper base plate 29 coaxial to the axis of rotation.

В магнитотепловом устройстве (см. фиг. 6, 7, 8) с целью наращивания выходной механической мощности установки, подвижные диски 3 могут содержать по меньшей мере два кольцевых пояса, причем дополнительный кольцевой пояс 37 смещен относительно основного 13 в направлении к центру вращения на расстояние, определяемое суммарной конфигурацией магнитного поля, создаваемого основной магнитной системой и постоянными магнитами 38, дополнительно установленными на статоре 6 (см. фиг. 6 и 8). Помимо радиального смещения дополнительные постоянные магниты 38 смещены относительно основных 7 по окружности на угол α, определяемый соотношением α = 2π/mn, где α - угол смещения в радианах; m - число постоянных магнитов на один кольцевой пояс; n - порядковый номер кольцевого пояса, для которого определяется угловое смещение. In the magnetothermal device (see Fig. 6, 7, 8) in order to increase the output mechanical power of the installation, the movable disks 3 may contain at least two annular belts, the additional annular belt 37 being offset from the main 13 towards the center of rotation by a distance determined by the total configuration of the magnetic field created by the main magnetic system and permanent magnets 38, additionally mounted on the stator 6 (see Fig. 6 and 8). In addition to the radial displacement, the additional permanent magnets 38 are displaced relative to the main 7 along the circumference by an angle α determined by the relation α = 2π / mn, where α is the angle of displacement in radians; m is the number of permanent magnets per ring belt; n is the serial number of the annular belt for which the angular displacement is determined.

В другом варианте устройство по фиг. 9 с целью увеличения магнитодвижущей силы, развиваемой активными элементами, расположенными на дополнительном кольцевом поясе 37, а также формирования преимущественно направленного градиента магнитного поля в рабочем зазоре, на опорных плитах 28 и 29 посредством немагнитных держателей 39 установлены магнитные сборки 40 с возможностью их выставления и фиксации относительно кольцевых поясов 37. Увеличение числа кольцевых поясов, оснащенных упомянутыми магнитными системами, спирально сходящимися от периферии к оси вращения, приводит к наращиванию выходной мощности преобразователя как за счет прямого увеличения массы активных элементов и суммарной запасенной энергии постоянных магнитов, так и путем оптимального распределения рабочего вещества по рабочей активной поверхности ротора. Помимо этого последнее позволяет интенсифицировать процесс тепломассообмена и как следствие увеличить скорость нагрева - охлаждения рабочих элементов. In another embodiment, the device of FIG. 9 in order to increase the magnetomotive force developed by active elements located on the additional annular belt 37, as well as to form a predominantly directed magnetic field gradient in the working gap, magnetic assemblies 40 are mounted on the base plates 28 and 29 by means of non-magnetic holders 39 with the possibility of their alignment and fixing relative to annular belts 37. An increase in the number of annular belts equipped with the aforementioned magnetic systems spiraling from the periphery to the axis of rotation leads to an increase the output power of the converter due to a direct increase in the mass of active elements and the total stored energy of permanent magnets, and through the optimal distribution of the working substance along the working active surface of the rotor. In addition, the latter allows one to intensify the process of heat and mass transfer and, as a result, increase the rate of heating and cooling of working elements.

С целью расширения функциональных возможностей предлагаемое магнитотепловое устройство может быть использовано в режиме параметрического генератора электрической энергии (см. фиг. 10, 11 и 12). Статор оснащен установленными по окружности катушками индуктивности 41 с обмотками 42 и ферромагнитными сердечниками 43. Последние выполнены в виде плотно упакованной сборки, набранной из чередующихся тонких пластин 45 и 46, изготовленных из магнитомягкого материала с высокой намагниченностью насыщения, с той разницей, что в одних из них использован прецизионный сплав с низким содержанием посторонней примеси и малой магнитной вязкостью, обладающий резкой зависимостью величины намагниченности от температуры, а другие изготовлены из обычной электротехнической стали. К торцам катушек индуктивности 41 сверху и снизу, с минимальным зазором, примыкают вращающиеся диски 3, в которых соосно сердечникам 43 сделаны прямоугольной формы вырезы 44. Катушки индуктивности 41 последовательно соединены между собой своими обмотками 42 и подключены к накопительной емкости 47 и нагрузке 48, как это показано на фиг. 10. Работа магнитотеплового устройства в режиме параметрического генератора электрической энергии достигается путем вращения ротора 1 относительно статора 6. Эффективность работы генератора зависит от скорости и глубины изменения величины индуктивности катушек 41, включенных в электрическую цепь резонансного контура. С этой целью в расположенные на дисках 3 вырезы 44 устанавливаются специальные вставки в виде хорошо проводящей электрический ток короткозамкнутой многовитковой обмотки либо просто ферромагнитной пластины. In order to expand the functionality of the proposed magnetothermal device can be used in the mode of a parametric generator of electrical energy (see Fig. 10, 11 and 12). The stator is equipped with circumferentially mounted inductors 41 with windings 42 and ferromagnetic cores 43. The latter are made in the form of a tightly packed assembly composed of alternating thin plates 45 and 46 made of soft magnetic material with high saturation magnetization, with the difference that in some of they used a precision alloy with a low content of impurities and low magnetic viscosity, which has a sharp dependence of the magnetization on temperature, and others are made of usually th electrical steel. The ends of the inductance coils 41 above and below, with a minimum gap, are adjacent to rotating disks 3, in which cutouts 44 are made coaxially with the cores 43. The inductors 41 are serially connected by their windings 42 and connected to the storage capacitance 47 and load 48, as this is shown in FIG. 10. The operation of the magnetothermal device in the mode of a parametric generator of electric energy is achieved by rotating the rotor 1 relative to the stator 6. The efficiency of the generator depends on the speed and depth of change of the magnitude of the inductance of the coils 41 included in the electric circuit of the resonant circuit. For this purpose, special inserts are installed in the cutouts 44 located on the disks 3 in the form of a well-conducting electric current of a short-circuited multi-turn winding or simply a ferromagnetic plate.

На фиг. 13 и 14 представлен вариант использования магнитотеплового устройства в режиме генератора электрической энергии на постоянных магнитах. С этой целью в расположенные на дисках 3 вырезы 44, через каждый один, вместо упомянутых вставок устанавливаются постоянные магниты 49, создающие при работе магнитотеплового устройства вращающееся магнитное поле, наводящее в катушках индуктивности 41, установленных на статоре 6, переменный электрический ток. In FIG. 13 and 14 show an embodiment of using a magnetothermal device in the mode of a permanent magnet electric energy generator. To this end, in the cutouts 44 located on the disks 3, through each one, instead of the said inserts, permanent magnets 49 are installed, which create a rotating magnetic field during operation of the magnetothermal device, inducing an alternating electric current in the inductors 41 mounted on the stator 6.

Принцип действия магнитотеплового устройства заключается в следующем: тепловой импульс от концентратора солнечного излучения, или в виде нагретых посредством этого излучения жидкости либо газа, или от любого другого природного источника тепла, например геотермальных вод, вводится посредством трубопровода 30 в каналы 20, узла разгона 2, с целью нагрева активных элементов 21, расположенных во внутренней полости каналов 20 до температуры, близкой к Тс (Тс - точка перехода активных элементов 21 в парамагнитное состояние). The principle of operation of a magnetothermal device is as follows: a heat pulse from a solar radiation concentrator, or in the form of a liquid or gas heated by this radiation, or from any other natural heat source, such as geothermal water, is introduced through a pipe 30 into the channels 20, acceleration unit 2, in order to heat the active elements 21 located in the internal cavity of the channels 20 to a temperature close to Tc (Tc is the transition point of the active elements 21 to the paramagnetic state).

Динамические характеристики представленного на фиг. 1 - 5 магнитотеплового устройства, в частности угловая скорость вращения ротора 1, а также скорость изменения развиваемой им магнитодвижущей силы зависят от интенсивности ввода в каналы 20 тепловой энергии в межполюсном зазоре магнитной системы в области, обозначенной на фиг. 5 как зона нагрева, в которой достигается максимальное значение величины напряженности магнитного поля, с последующим осуществлением теплосъема с активных элементов 21, расположенных в этих каналах, по мере их выхода из магнитной системы, вне области действия сил магнитного притяжения, обозначенной на фиг. 5 как зона охлаждения. The dynamic characteristics of FIG. 1 to 5 of a magnetothermal device, in particular the angular velocity of rotation of the rotor 1, as well as the rate of change of the magnetomotive force developed by it, depend on the intensity of input of thermal energy into the channels 20 in the interpolar gap of the magnetic system in the region indicated in FIG. 5 as a heating zone in which the maximum value of the magnetic field strength is reached, followed by heat removal from the active elements 21 located in these channels, as they exit the magnetic system, outside the range of magnetic attraction indicated in FIG. 5 as a cooling zone.

С целью обеспечения высокой скорости нагрева - охлаждения активные элементы 21 выполнены в виде тонких пластин или стержней цилиндрической формы, объединены в плотно упакованные рабочие сборки, размещенные в тонкостенные каналы 20, изготовленные из высокопрочного теплоизоляционного композиционного материала. In order to ensure a high heating-cooling rate, the active elements 21 are made in the form of thin plates or cylindrical rods, combined into tightly packed working assemblies placed in thin-walled channels 20 made of high-strength heat-insulating composite material.

Узел разгона 2 магнитотеплового устройства, объединяющий каналы 20 с размещенными в них активными элементами 21, системой их нагрева - охлаждения и шестью магнитными системами, расположенными по окружности, служит в качестве узла предварительной раскрутки ротора 1, трансформирующий магнитотепловую энергию в механическую пропорционально запасенной в постоянных магнитах энергии, которая под воздействием теплового импульса периодически высвобождается с заданной частотой, в процессе их магнитодинамического взаимодействия с активными элементами. Последние, как это уже было отмечено выше, нагреваясь, претерпевают скачок намагниченности, величина которого определяет меру высвобождения запасенной магнитной энергии, трансформируемую затем в кинетическую энергию вращения ротора. The acceleration unit 2 of the magnetothermal device, combining the channels 20 with the active elements 21 located in them, a heating-cooling system and six magnetic systems arranged around the circumference, serves as a preliminary rotor assembly 1 of the rotor 1, transforming the thermal and magnetic energy into mechanical energy proportionally stored in permanent magnets energy, which under the influence of a thermal pulse is periodically released with a given frequency, in the process of their magnetodynamic interaction with active ele cients. The latter, as noted above, when heated, undergo a jump in magnetization, the magnitude of which determines the measure of release of the stored magnetic energy, which is then transformed into the kinetic energy of rotation of the rotor.

При отсутствии внешнего воздействия магнитотепловое устройство находится в положении статического равновесия, так как силы магнитного притяжения, действующие со стороны всех магнитных систем на активные элементы 21 и 15, расположенные вблизи межполюсных зазоров, полностью уравновешены. In the absence of external influence, the magnetothermal device is in a state of static equilibrium, since the forces of magnetic attraction acting from all magnetic systems on the active elements 21 and 15 located near the interpolar gaps are fully balanced.

В результате воздействия тепловым импульсом в строго локализованных зонах нагрева (см. фиг. 5) активные элементы, нагреваясь, частично или полностью теряют свою намагниченность (в зависимости от величины аккумулированной в них тепловой энергии) и как следствие выталкиваются из области взаимодействия с силой, прямо пропорциональной скачку намагниченности активных элементов и величине градиента намагниченности магнитного поля в межполюсных зазорах магнитных систем. As a result of exposure to a heat pulse in strictly localized heating zones (see Fig. 5), the active elements, when heated, partially or completely lose their magnetization (depending on the amount of thermal energy accumulated in them) and, as a result, are expelled directly from the force proportional to the jump in the magnetization of the active elements and the magnitude of the magnetization gradient of the magnetic field in the interpolar gaps of the magnetic systems.

Так как источник нагрева активных элементов 21 неподвижно размещен в области максимального значения градиента магнитного поля в межполюсном зазоре, каждый из этих элементов, поочередно оказываясь в этой области, по мере достижения ими температуры, близкой к Тс, беспрепятственно выталкивается соседними в область охлаждения, вновь переходят в исходное ферромагнитное состояние, захватываются соседней магнитной системой, и цикл непрерывно повторяется. Since the heating source of the active elements 21 is fixedly located in the region of the maximum value of the magnetic field gradient in the interpolar gap, each of these elements, turning out to be in this region one by one, as they reach a temperature close to Tc, they are freely pushed adjacent to the cooling region, again to the initial ferromagnetic state, are captured by the neighboring magnetic system, and the cycle is continuously repeated.

В отличие от зоны нагрева, зона охлаждения охватывает существенно большую область, находящуюся посередине между двумя соседними магнитными системами, вне области действия магнитных сил, что значительно облегчает осуществление эффективного теплосъема с нагретых элементов 21 до температуры, при которой они полностью восстанавливают свое первоначальное магнитное состояние. In contrast to the heating zone, the cooling zone covers a substantially larger region located in the middle between two adjacent magnetic systems, outside the range of magnetic forces, which greatly facilitates the effective heat removal from the heated elements 21 to a temperature at which they completely restore their original magnetic state.

Таким образом, все активные элементы 21 расположенные в каналах 20 в каждом из циклов их раздельного, поочередного нагрева - охлаждения приобретают механический импульс, сообщаемый ими ротору устройства в направлении его вращения. Thus, all active elements 21 located in the channels 20 in each of the cycles of their separate, sequential heating - cooling acquire a mechanical impulse, which they transmit to the device rotor in the direction of its rotation.

Достигаемая за счет узла предварительной раскрутки 2 угловая скорость вращения ротора 1 определяется действующей на него результирующей силой, величина которой прямо пропорциональна градиенту магнитного поля на единицу длины магнитной системы в рабочем зазоре, суммарной массе активных элементов, одновременно подпадающих под область действия этого градиента, величине скачка намагниченности активных элементов, практически реализуемой в цикле нагрев - охлаждение, скорости фазового перехода из ферромагнитного в парамагнитное состояние и обратно. The angular speed of rotation of the rotor 1, achieved due to the preliminary unwinding unit 2, 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 the magnetic system in the working gap, the total mass of active elements that simultaneously fall within the scope of this gradient, and the magnitude of the jump magnetization of active elements, which is practically realized in the heating - cooling cycle, the rate of phase transition from the ferromagnetic to paramagnetic state and back.

Оптимизация магнитотеплового устройства по вышеперечисленным параметрам, включая выбор системы нагрева - охлаждения активных элементов 21, позволяет получить максимально возможную величину развиваемой движущей силы на единицу активной поверхности взаимодействия рабочего вещества с потенциальным полем постоянных магнитов. Optimization of the magnetothermal device according to the above parameters, including the choice of the heating - cooling system of active elements 21, allows you to get the maximum possible value of the developed driving force per unit active surface of the interaction of the working substance with the potential field of permanent magnets.

Как уже было упомянуто, увеличение выходной мощности устройства достигается также за счет наращивания числа магнитных систем, устанавливаемых по всей периферии активной поверхности ротора, а также организации такой конфигурации магнитного поля, которая обеспечивает резко выраженный градиент в направлении движения. As already mentioned, an increase in the output power of the device is also achieved by increasing the number of magnetic systems installed around the entire periphery of the active surface of the rotor, as well as organizing such a configuration of the magnetic field that provides a pronounced gradient in the direction of movement.

Во всех предлагаемых ниже вариантах магнитотеплового устройства с целью предварительной раскрутки ротора, до наперед заданной угловой скорости вращения, использовано шесть идентичных, симметрично расположенных по окружности и равноудаленных от центра вращения магнитных систем определенной формы и геометрии, обеспечивающих эффективное магнитосцепление с большей частью активных элементов 21, находящихся в каналах 20 узла разгона 2, с преимущественно направленным градиентом магнитного поля. По мере раскручивания узлом разгона 2 ротора 1 и выхода на заданную угловую скорость вращения, управляемую интенсивностью подвода и отвода тепла к рабочим элементам 21, у ротора развивается дополнительный движущий момент за счет подключения к работе преобразователя процесса адиабатического намагничивания и размагничивания активных элементов 15, размещенных на кольцевых поясах 13 вращающихся дисков 3. Степень адиабатичности процесса намагниченности активных элементов 15, сопровождающегося обратимым выделением тепла, зависит от магнитных свойств используемого в качестве рабочего вещества магнитомягкого сплава, его чистоты, способности к спонтанной намагниченности и размагниченности, в окрестностях точки магнитного фазового перехода в присутствии внешнего магнитного поля. Так как процесс спонтанной намагниченности состоит в быстрой переориентации векторов намагниченности магнитных доменов в направлении приложенного внешнего поля, то даже незначительное содержание посторонней примеси, особенно таких как углерод, кислород и азот, приводят к закреплению доменных границ на этих примесях, что препятствует быстрому (за время τ ≅ 10^-4 сек) их объединению в единый домен, в процессе спонтанной намагниченности.In all the variants of the magnetothermal device proposed below, for the purpose of preliminary spinning of the rotor, up to a predetermined angular speed of rotation, six identical, symmetrically arranged around the circumference and equidistant from the center of rotation magnetic systems of a certain shape and geometry that provide effective magneto coupling with most of the active elements 21 are used, located in the channels 20 of the acceleration unit 2, with a predominantly directed gradient of the magnetic field. As the accelerator 2 spins up the rotor 1 and reaches a predetermined angular rotation speed, controlled by the intensity of heat supply and removal to the working elements 21, an additional driving moment develops at the rotor by connecting the adiabatic magnetization and demagnetization process of the active elements 15 placed on annular belts 13 of rotating disks 3. The degree of adiabaticity of the magnetization of the active elements 15, accompanied by reversible heat, depends on the magnetic properties of the soft magnetic alloy used as a working substance, its purity, ability to spontaneous magnetization and demagnetization, in the vicinity of the magnetic phase transition point in the presence of an external magnetic field. Since the process of spontaneous magnetization consists in the rapid reorientation of the magnetization vectors of the magnetic domains in the direction of the applied external field, even an insignificant content of extraneous impurities, especially carbon, oxygen, and nitrogen, leads to the fixation of domain walls on these impurities, which hinders the rapid (over time τ ≅ 10 ^-4 sec) to their unification into a single domain, in the process of spontaneous magnetization.

В связи с этим в качестве рабочего вещества активных элементов 15 в магнитотепловом устройстве использован прецизионный магнитомягкий сплав редкоземельного элемента с железом, отожженный в инертной среде при температуре, близкой к температуре плавления. In this regard, as a working substance of the active elements 15 in a magnetothermal device, a precision magnetically soft alloy of a rare-earth element with iron is used, annealed in an inert medium at a temperature close to the melting temperature.

Таким образом, в рассмотренном варианте устройства (см. фиг. 1 - 5) узел разгона осуществляет предварительную раскрутку ротора за счет преобразования магнитотепловой энергии в механическую, причем по мере увеличения угловой скорости вращения происходит наращивание механической мощности за счет поэтапного и последовательного подключения к работе устройства активных элементов 15, которые в процессе их адиабатического намагничивания и размагничивания, соответственно, на входе и выходе из магнитной системы, нагреваются, а затем охлаждаются, адиабатически перекачивая энергию в виде тепла из магнитной подсистемы в решеточную и обратно. Thus, in the considered embodiment of the device (see Figs. 1-5), the acceleration unit performs preliminary spin-up of the rotor by converting magnetothermal energy into mechanical energy, and as the angular velocity of rotation increases, mechanical power builds up due to the phased and sequential connection to the operation of the device active elements 15, which during their adiabatic magnetization and demagnetization, respectively, at the entrance and exit of the magnetic system, are heated and then cooled adiabatically pumping energy in the form of heat from the magnetic subsystem to the lattice and vice versa.

В дальнейшем при поддержании узлом разгона 2 угловой скорости вращения ротора на уровне, при котором устанавливается режим равенства нулю всех внешних сил относительно центра инерции ротора (т.е. после преодоления всех сил сопротивления) и при котором скорость ввода и вывода в магнитное поле активных элементов 15 устанавливается такой, при которой процесс намагничивания и размагничивания каждого из них становится адиабатически обратимым, происходит самоорганизованное увеличение угловой скорости ротора и соответственно механической мощности устройства до некоторого номинального значения, определяемого величиной запасенной в постоянных магнитах энергии, суммарной массой рабочего вещества активных элементов, степенью адиабатичности устанавливаемого процесса, масштабами и габаритами устройства, и естественно, его конструкционным исполнением. Subsequently, when the acceleration unit 2 maintains the angular velocity of rotation of the rotor at a level at which the regime of equality to zero of all external forces relative to the center of inertia of the rotor (i.e., after overcoming all the resistance forces) is established and at which the speed of input and output of active elements into the magnetic field 15 is established such that the process of magnetization and demagnetization of each of them becomes adiabatically reversible, a self-organized increase in the angular velocity of the rotor and, accordingly, mechanical device up to a certain nominal value, determined by the amount of energy stored in permanent magnets, the total mass of the working substance of the active elements, the degree of adiabaticity of the process being established, the scale and dimensions of the device, and of course, its structural design.

С целью наращивания механической мощности устройства, представленного на фиг. 6, 7 и 8, на взаимосвязанных узлом разгона 2 вращающихся дисках 3 установлены по меньшей мере еще по одному дополнительному кольцевому поясу 37, с расположенными на его поверхности активными элементами 15, аналогичными тем, которые были установлены на основном кольцевом поясе 13. In order to increase the mechanical power of the device of FIG. 6, 7 and 8, on the rotating disks 3 interconnected by the acceleration unit 2, at least one additional additional annular belt 37 is installed, with active elements 15 located on its surface, similar to those that were installed on the main annular belt 13.

В этом варианте устройства увеличение выходной механической мощности преобразователя достигается за счет увеличения активной поверхности ротора с рабочими элементами 15, адиабатически взаимодействующих с магнитным полем дополнительно установленных, над и под кольцевыми поясами 37, постоянных магнитов 38, смещенных по радиусу и окружности относительно основной магнитной системы, с образованием спиральной траектории, сходящейся, по мере увеличения числа кольцевых поясов, от периферии ротора к центру его вращения. In this embodiment of the device, an increase in the output mechanical power of the converter is achieved by increasing the active surface of the rotor with the working elements 15 adiabatically interacting with the magnetic field of the permanent magnets 38 installed above and below the annular belts 37, offset along the radius and circumference relative to the main magnetic system, with the formation of a spiral trajectory, converging, with increasing number of annular belts, from the periphery of the rotor to the center of its rotation.

Устройство по фиг. 9 представляет собой усовершенствованный вариант многопоясового устройства по фиг. 8 со спиральной конфигурацией магнитного поля и преимущественно направленным градиентом. The device of FIG. 9 is an improved embodiment of the multi-belt device of FIG. 8 with a spiral configuration of the magnetic field and a predominantly directional gradient.

Принцип работы устройства по фиг. 9 состоит в следующем. The principle of operation of the device of FIG. 9 is as follows.

Посредством узла разгона 2 происходит предварительная раскрутка ротора до некоторой наперед заданной угловой скорости его вращения, при которой устанавливается режим, соответствующий равенству нулю суммы всех действующих моментов внешних сил относительно центра инерции ротора и при которой скорость ввода и вывода каждого из активных элементов 15 в межполюсных зазорах магнитной системы устанавливается такой, что имеет место процесс адиабатического намагничивания и размагничивания всех активных элементов 15, расположенных по всем кольцевым поясам магнитотеплового устройства. By means of the acceleration unit 2, the rotor is preliminarily untwisted to a predetermined angular velocity of its rotation, at which a mode is established that corresponds to the zero sum of all the acting moments of external forces relative to the center of inertia of the rotor and at which the input and output speeds of each of the active elements 15 in the interpolar gaps the magnetic system is set such that there is a process of adiabatic magnetization and demagnetization of all active elements 15 located throughout central belts of a magnetothermal device.

Последовательность работы магнитотеплового устройства и его выхода на номинальную мощность осуществляется по следующей схеме. The sequence of operation of the magnetothermal device and its output at rated power is carried out according to the following scheme.

На начальном этапе, по мере раскрутки ротора 1 узлом разгона 2 в результирующий суммарный момент сил, развиваемый активными элементами 21, в цикле их нагрева - охлаждения, начинают вносить вклад активные элементы 15, расположенные на основном кольцевом поясе 13, в последовательности, продиктованной величиной линейной скорости движения элементов 15 относительно магнитных систем, установленных вышеописанным способом, в каждом из кольцевых поясов. Таким образом, по мере увеличения результирующей движущей силы увеличивается угловая скорость вращения ротора, в результате которой в наращивание механической мощности магнитотеплового устройства последовательно подключаются активные элементы 15, расположенные в последующих кольцевых поясах со все уменьшающимся радиусом вплоть до окончательного выхода устройства на номинальную мощность. При этом отметим, что для каждой отдельной магнитной системы, установленной на кольцевом поясе, реализуется свое неоднородное распределение магнитного поля, сходящееся к центру вращения ротора от одной магнитной системы к другой и приводящее к возникновению, по мере выхода устройства на номинальную мощность, эффективной результирующей магнитной силы, действующей на все активные элементы 15 практически одновременно, благодаря спиральной направленности закрученного магнитного потока. At the initial stage, as the rotor 1 is unwound by the acceleration unit 2, the resulting total moment of forces developed by the active elements 21 in the cycle of their heating and cooling starts to contribute to the active elements 15 located on the main ring belt 13 in the sequence dictated by the linear the speed of movement of the elements 15 relative to the magnetic systems installed as described above, in each of the annular zones. Thus, as the resulting driving force increases, the angular speed of rotation of the rotor increases, as a result of which the active elements 15 located in subsequent annular belts with a decreasing radius up to the final output of the device to rated power are successively connected to increase the mechanical power of the magnetothermal device. It should be noted that for each individual magnetic system installed on the annular belt, its own inhomogeneous distribution of the magnetic field is realized, converging to the center of rotation of the rotor from one magnetic system to another and leading to the appearance, as the device reaches its rated power, of the effective resulting magnetic the force acting on all active elements 15 almost simultaneously, due to the helical orientation of the swirling magnetic flux.

С целью расширения функциональных возможностей магнитотеплового устройства на фиг. 10 - 14 рассмотрена его работа в режиме бесконтактной электрической машины нетрадиционного типа. In order to expand the functionality of the magnetothermal device in FIG. 10-14, its operation in the mode of a contactless electric machine of an unconventional type is considered.

Принцип работы магнитотеплового устройства, представленного на фиг. 10, в режиме параметрического генератора энергии заключается в следующем. The principle of operation of the thermal magnet device shown in FIG. 10, in the parametric energy generator mode, is as follows.

Механическая энергия, вырабатываемая магнитотепловым устройством, затрачивается на изменение индуктивности катушек 41, установленных на статоре 6 и последовательно соединенных между собой, благодаря чему в резонансной цепи LC-контура возникают незатухающие знакопеременные колебания напряжения и тока, легко преобразующиеся в электроэнергию, потребляемую нагрузкой. На базе магнитотеплового устройства можно конструировать различные модификации параметрических генераторов электрической энергии, причем наиболее глубокое изменение индуктивности катушек 41 обеспечивается теми же ферромагнитными пластинами температурозависимыми вставками, которые используются в работе самого магнитотеплового устройства. The mechanical energy produced by the magnetothermal device is expended on changing the inductance of the coils 41 mounted on the stator 6 and connected in series with each other, due to which undamped alternating voltage and current fluctuations occur in the LC circuit of the circuit, which can easily be converted into electricity consumed by the load. On the basis of the magnetothermal device, various modifications of the parametric generators of electric energy can be designed, and the most profound change in the inductance of the coils 41 is provided by the same ferromagnetic plates with temperature-dependent inserts that are used in the operation of the magnetothermal device itself.

На фиг. 13 и 14 представлено практическое использование предлагаемого магнитотеплового устройства в режиме бесконтактного генератора электрической энергии, принцип действия которого заключается в следующем. In FIG. 13 and 14 show the practical use of the proposed magnetothermal device in the mode of a contactless generator of electric energy, the principle of which is as follows.

Постоянные магниты 49, дополнительно установленные по окружности на вращающихся дисках 3 (см. фиг. 14) соосно катушкам индуктивности 41, установленных на статоре 6, при вращении ротора 1 создают вращающееся магнитное поле, пронизывающее обмотки 42, в которых индуцируется напряжение прямо пропорционально скорости изменения магнитного потока, пронизывающего катушки индуктивности 41 со вставленными в них магнитомягкими сердечниками 43. Последние выполнены в виде плотно упакованного набора, состоящего из чередующихся тонких магнитомягких ферромагнитных пластин, одни из которых 45 (см. фиг. 12) изготовлены из температурозависимого магнитомягкого сплава, а другие 46 из обычной электротехнической стали. Permanent magnets 49, additionally installed around the circumference of the rotating disks 3 (see Fig. 14) coaxially with the inductors 41 mounted on the stator 6, when the rotor 1 rotates, they create a rotating magnetic field penetrating the windings 42, in which the voltage is directly proportional to the rate of change magnetic flux penetrating the inductance coils 41 with magnetically soft cores 43 inserted into them. The latter are made in the form of a tightly packed set consisting of alternating thin magnetically soft ferries gnitnyh plates, one of which 45 (see. FIG. 12) are made of temperature-dependent magnetic alloy, and the other 46 of a conventional electrical steel.

При таком исполнении магнитомягких сердечников скорость изменения магнитного потока, создаваемого вращающимися постоянными магнитами 49 в катушках индуктивности 41, достигает более высоких значений благодаря дополнительным эффектам, возникающим в магнитомягких пластинах 45 в процессе их динамического намагничения при входе в межполюсной зазор магнитной системы с последующим резким размагничением при выходе. With this design of soft magnetic cores, the rate of change of the magnetic flux generated by the rotating permanent magnets 49 in the inductors 41 reaches higher values due to the additional effects that occur in the soft magnetic plates 45 during their dynamic magnetization at the entrance to the interpolar gap of the magnetic system with subsequent sharp demagnetization at output.

Claims

1. Magnetothermal device comprising a rotor located on the shaft with active elements mounted on the periphery, a stator, a source of thermal energy and at least one magnetic system with permanent magnets, characterized in that it is equipped with an acceleration unit, the rotor being made, of at least two disks interconnected along the periphery by means of an acceleration unit, the stator is mounted on the shaft between the disks, the permanent magnets of the magnetic system being installed with the formation of interpolar gaps, and active The elements are combined into working assemblies with the formation of annular belts located in the interpolar gaps of the magnetic system.

2. The device according to claim 1, characterized in that the acceleration unit is made in the form of a cylindrical ring with two inner and outer lateral surfaces with active elements placed on facing each other surfaces combined at predetermined intervals into working assemblies separated by thin-walled partitions to form thermally insulated channels, for the implementation of separate alternate heating of the active elements and cooling.

3. The device according to claim 2, characterized in that the magnetic system consists of at least one node, made in the form of two internal modules mounted on a stator, and external, placed radially to it with the ability to set and fix inter-pole gaps of the same name polarity, with the formation of the region of non-uniform distribution of the magnetic field of the same direction.

4. The device according to claim 3, characterized in that the stator is made of non-magnetic material in the form of a flat cylinder with internal modules installed on its periphery.

5. The device according to claim 4, characterized in that the active elements are made in the form of cylindrical or lamellar elements made of soft magnetic material with a low content of impurities and low magnetic viscosity, high initial saturation magnetization and a sharp temperature dependence of magnetization in the vicinity of the Curie point Tc, the elements are densely packed into working assemblies whose linear dimensions are commensurate with the sizes of the regions of the inhomogeneous distribution of the magnetic field in the interpolar gaps of the magnetic system we.

6. The device according to claim 5, characterized in that it is equipped with a cooling system for work assemblies with guide elements located on the rotor and on the stator.

7. The device according to claim 6, characterized in that the source of thermal energy can be made in the form of a concentrator of solar radiation, or geothermal water, or heated liquid, or any other sources of thermal energy, while the thermal pulse from the thermal source is localized in the region the maximum gradient of the magnetic field in the interpolar gaps of the magnetic system.

8. The device according to claim 7, characterized in that the magnetic system with work planes facing each other is equipped with pole pieces having a radius of curvature mating with the radius of curvature of the inner and outer side surfaces of the acceleration assembly to achieve a uniform interpolar gap around the entire circumference .

9. The device according to claim 8, characterized in that it is equipped with base plates and connecting the last racks located on their periphery, and the shaft is fixedly mounted on the lower plate and fixed on the upper plate by means of a bearing assembly transmitting rotation from the rotor to an additionally installed flywheel .

10. The device according to claim 9, characterized in that it is equipped with at least one additional annular belt located on the rotor behind the main annular belt towards the center of rotation, and additional permanent magnets mounted on the stator in the gap between the upper and lower disks, coaxial to the additional annular belt.

11. The device according to claim 10, characterized in that the additional annular belts are provided with additional nodes of the magnetic system located along a spiral path converging from the main magnetic system to the center of rotation of the rotor.

12. The device according to claim 9, characterized in that the stator is equipped with inductors with ferromagnetic cores mounted circumferentially opposite the cuts made in the disks, while the cuts can be filled with an electrically conductive material, a ferromagnetic insert or a short-circuited multi-coil coil.

13. The device according to p. 12, characterized in that the core is made in the form of a tightly packed assembly of thin ferromagnetic plates.

14. The device according to item 13, characterized in that it is equipped with an external inductive-capacitive resonant circuit with the ability to connect the load.

15. The device according to p. 14, characterized in that in the cutouts of the upper and lower disks of the rotor additional permanent magnets are installed, while the latter installed on the upper disk are offset relative to the additional magnets mounted on the lower disk so that when the rotor rotates, all the coils the inductances placed on the stator turn out to be completely covered by permanent magnets.