RU2567376C2 - Устройство для генерирования электроэнергии от источника воздуха или другого газа или текучей среды под давлением - Google Patents

Устройство для генерирования электроэнергии от источника воздуха или другого газа или текучей среды под давлением Download PDF

Info

Publication number
RU2567376C2
RU2567376C2 RU2013104542/07A RU2013104542A RU2567376C2 RU 2567376 C2 RU2567376 C2 RU 2567376C2 RU 2013104542/07 A RU2013104542/07 A RU 2013104542/07A RU 2013104542 A RU2013104542 A RU 2013104542A RU 2567376 C2 RU2567376 C2 RU 2567376C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
permanent magnet
impeller
stator
air
turbine
Prior art date
Application number
RU2013104542/07A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013104542A (ru
Inventor
Микеле ФОККИ
Эмануэле ГУЛЬЕЛЬМИНО
Джанлука ПАНЕ
Стефано КОРДАСКО
Карло ТАККИНО
Дарвин Дж. КОЛДУЭЛЛ
Original Assignee
Фондацьоне Иституто Итальяно Ди Текнолоджия
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Фондацьоне Иституто Итальяно Ди Текнолоджия filed Critical Фондацьоне Иституто Итальяно Ди Текнолоджия
Publication of RU2013104542A publication Critical patent/RU2013104542A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2567376C2 publication Critical patent/RU2567376C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/04—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/60—Application making use of surplus or waste energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/70—Application in combination with
    • F05B2220/706—Application in combination with an electrical generator
    • F05B2220/7068—Application in combination with an electrical generator equipped with permanent magnets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2280/00—Materials; Properties thereof
    • F05B2280/20—Inorganic materials, e.g. non-metallic materials
    • F05B2280/2006—Carbon, e.g. graphite
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2280/00—Materials; Properties thereof
    • F05B2280/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
    • F05B2280/6003—Composites; e.g. fibre-reinforced
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
    • F05C2203/08—Ceramics; Oxides
    • F05C2203/0865—Oxide ceramics
    • F05C2203/0882—Carbon, e.g. graphite
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2253/00—Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/04—Composite, e.g. fibre-reinforced
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/50—Hydropower in dwellings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в уменьшении габаритов, количества компонентов и повышении скорости вращения. Устройство (10) содержит турбину (22, 34), имеющую лопастное колесо (22), и электрический генератор (12, 24), имеющий статор (12) с обмотками, распределенными по цилиндрической поверхности (X), коаксиальной лопастному колесу (22), постоянный магнит (24) выполнен с возможностью вращения относительно статора (12) и соединен с лопастным колесом (22) с возможностью передачи приводного усилия для вращения. Лопастное колесо (22) расположено внутри постоянного магнита (24). Сборка, образованная лопастным колесом (22) и постоянным магнитом (24), расположена внутри статора (12). Постоянный магнит (24) выполнен в виде единого полого цилиндрического тела из материала с высокой магнитной плотностью с диаметральной намагниченностью. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству для генерирования электроэнергии от источника воздуха или другого газа или текучей среды под давлением.
Предшествующий уровень техники
В настоящее время на рынке доступны устройства для генерирования электроэнергии низкого напряжения (как правило, на 24V) с использованием энергии, обеспеченной источником воздуха под давлением. Такие устройства, по существу, содержат электрический генератор, радиальную микротурбину, соединенную для вращения с ротором электрического генератора, а также сопло, через которое воздух под давлением, обеспеченным источником воздуха под давлением, направляют на лопасти микротурбины для приведения микротурбины во вращение вместе с ротором электрического генератора, тем самым получая электроэнергию с помощью давления и кинетической энергии потока воздуха под давлением. Такие устройства дополнительно содержат электронный блок управления, выполненный с возможностью обеспечения стабилизированного напряжения на выходе, независимо от изменения электрической нагрузки, подключенной к устройству, и давления воздуха под давлением, подаваемого на устройство. Последовательная компоновка микротурбины с электрическим генератором делает устройство довольно громоздким, в частности, в осевом направлении (т.е. в направлении оси вращения микротурбины и ротора электрического генератора).
Электрический генератор для пневматического инструмента известен из US2005/0258694 и содержит ротор с лопастями и кольцевой статор, аксиально расположенный между ротором и подшипником для поддержки ротора, при этом ротор на своем конце, аксиально обращенном к статору, имеет множество цилиндрических полостей, проходящих параллельно оси ротора, причем каждая вмещает в себя соответствующее постоянное магнитное тело(выполненное, например, из неодим-железо-бора) цилиндрической формы, вставленное в соответствующее немагнитное тело (выполненное, например, из цинка, алюминия или латуни) чашеобразной формы. Это известное решение, однако, также имеет недостаток - большой осевой размер, поскольку статор расположен аксиально со стороны ротора. Кроме того, этот известный электрический генератор имеет большое количество компонентов.
Из US2009/0224544 известно устройство для генерирования электроэнергии от источника воздуха или другого газа или текучей среды под давлением, имеющее признаки, изложенные в ограничительной части независимого пункта 1 формулы изобретения. В соответствии с этим известным решением, устройство содержит множество постоянных магнитов, установленных на внешней поверхности цилиндрической опорной конструкции, внутри которой вставлено лопастное колесо турбины. Постоянные магниты являются анизотропными и имеют фиксированную ось намагничивания, в силу чего они могут генерировать только радиальное магнитное поле. Таким образом, каждая пара постоянных магнитов создает два полюса и, соответственно, устройство будет иметь число пар полюсов, пропорциональное числу постоянных магнитов. Поскольку частота выработанного электрического тока пропорциональна скорости вращения и числу пар полюсов, и поскольку высокая частота тока может привести к большим потерям на гистерезис и большим потерям в диодах выпрямительного моста, то такое известное устройство не подходит для работы на высокой скорости.
Краткое изложение существа изобретения
Поэтому задачей настоящего изобретения является создание устройства для генерирования электроэнергии от источника воздуха или другого газа или текучей среды под давлением, которое является небольшим, имеет минимальное количество компонентов и способно работать с высокой скоростью вращения лопастного колеса.
Эта и другие задачи полностью решены согласно настоящему изобретению с помощью устройства для генерирования электроэнергии от источника воздуха или другого газа или текучей среды под давлением с признаками, изложенными в отличительной части независимого пункта 1 формулы изобретения.
Предпочтительные варианты устройства для генерирования электроэнергии от источника воздуха или другого газа или текучей среды под давлением согласно настоящему изобретению составляют объект зависимых пунктов формулы изобретения, содержание которых должно рассматриваться как неотъемлемая и интегрирующая часть настоящего описания.
Таким образом, изобретение основано на идее создания устройства для генерирования электроэнергии от источника воздуха или другого газа или текучей среды под давлением, содержащего статор и ротор, в котором статор содержит, в свою очередь, компоновку обмотки по цилиндрической поверхности, и в котором ротор установлен внутри статора коаксиально к нему и содержит, в свою очередь, лопастное колесо, выполненное в виде лопастного колеса осевой турбины, а постоянный магнит выполнен в виде единого полого цилиндрического тела из материала с высокой магнитной плотностью с диаметральной намагниченностью, внутри которого расположено лопастное колесо. Поскольку лопастное колесо расположено внутри постоянного магнита, выполненного в виде полого цилиндрического тела, и, поскольку сборка, образованная лопастным колесом и постоянным магнитом, в свою очередь, расположена в статоре, имеющем внутреннюю цилиндрическую полость, обеспечено устройство, имеющее одновременно уменьшенный осевой размер и минимальное количество компонентов. Кроме того, поскольку использован единый постоянный магнит в виде полого цилиндрического тела с диаметральной намагниченностью, достигается минимальное число пар полюсов (только одна пара полюсов), а сборка, образованная лопастным колесом и постоянным магнитом, может, таким образом, достичь высоких скоростей вращения, не подвергаясь вышеупомянутым большим потерям.
Предпочтительно, чтобы лопастное колесо было выполнено в виде лопастного колеса осевой активной турбины, хотя можно было бы рассмотреть и другие виды турбин в зависимости от конкретных применений.
Предпочтительно, что устройство может быть снабжено соответствующей формы дисками для открывания или закрывания воздушных впускных каналов и обеспечения регулирования расхода воздуха, а следовательно, и мощности, генерируемой устройством.
Устройство для генерирования электрической энергии согласно настоящему изобретению обеспечивает электроэнергией без необходимости использования кабелей питания и поэтому подходит для использования, например, для питания датчиков или других устройств в отдаленных зонах или труднодостижимых зонах, например зонах, где существует риск взрыва (например, перерабатывающих заводах), для питания беспроводных узлов приема/передачи, для питания программируемых логических контроллеров портативных автоматических блоков, или опять же для питания маломощных пневматических клапанов. Дополнительной возможной областью применения является, например, аварийное освещение: воздушный сосуд под давлением с нормально открытым выпускным клапаном, который поддерживается закрытым с помощью воздействующего соленоида, в случае затемнения обеспечивает подачу воздуха под давлением в генерирующее устройство, которое, таким образом, создает источник света (например, светодиод высокой интенсивности). Устройство для генерирования электрической энергии согласно настоящему изобретению может также быть использовано для активации дисплея или дополнительных огней на малых пневматических или ручных инструментах или опять же для выдачи акустических или оптических предупредительных сигналов для пневматических устройств.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг. 1 изображает осевое сечение устройства для генерирования электроэнергии от источника воздуха под давлением в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 изображает вид в перспективе лопастного колеса ротора устройства с фиг. 1,
Фиг. 3 изображает вид в перспективе распределителя устройства с фиг. 1, и
Фиг. 4 и 5 изображают вид спереди и вид в осевом сечении, соответственно, выходного диска устройства с фиг. 1.
Описание предпочтительных вариантов воплощения
В последующем описании и формуле изобретения, термины "осевой" и "радиальный" использованы для обозначения направления, параллельного и перпендикулярного оси вращения ротора устройства для генерирования электрической энергии, соответственно.
Как видно из фиг. 1, устройство для генерирования электроэнергии (далее именуемое просто "устройством") согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения в целом обозначено ссылочной позицией 10 и, по существу, содержит:
- статор 12, по существу, известного типа, состоящий из компоновки обмотки статора, расположенной по полой цилиндрической поверхности оси X,
- ротор 14, установленный с возможностью вращения внутри статора 12 коаксиально к нему,
- входной корпус 16, расположенный выше по потоку от сборки, образованной статором 12 и ротором 14, и снабженный входным патрубком 18 (изображенным лишь частично) для подключения к источнику воздуха или другого газа или текучей среды под давлением (не изображен), а также
- выходной корпус 20, расположенный ниже по потоку от сборки, образованной статором 12 и ротором 14.
В свою очередь, ротор 14 содержит лопастное колесо 22, которое в изображенном варианте осуществления выполнено в виде лопастного колеса осевой турбины, а также постоянный магнит 24, который выполнен в виде единого полого цилиндрического тела, внутри которого расположено лопастное колесо 22. Лопастное колесо 22 и постоянный магнит 24 жестко соединены друг с другом, преимущественно посадкой с натягом, так, чтобы вращаться как единое тело. Лопастное колесо 22 выполнено, к примеру, из магнитного материала, из немагнитных металлов или сплавов или, опять же, из пластика. Лопастное колесо 22 можно лучше рассмотреть на виде в перспективе на фиг. 2, на которой, в частности, можно заметить форму лопастей 26 и каналов 28, определенных между ними. Лопастное колесо 22 также снабжено валом 30, с помощью которого он установлен с возможностью вращения в статоре 12 относительно оси X. Постоянный магнит 24, который образует со статором 12 электрический генератор, предпочтительно изготовлен из магнитного материала с высокой магнитной плотностью, например, неодим-железо-бора, самарий-кобальта или тому подобное. Материал постоянного магнита 24 подбирают индивидуально в зависимости и от других параметров, таких как, например, температура эксплуатации и механическая прочность. Постоянный магнит 24 диаметрально намагничен. Предпочтительно, что ротор 14 дополнительно содержит втулку 32 из композитного материала, в частности из углеродного волокна, которая охватывает постоянный магнит 24 и служит для повышения его механической прочности, который при эксплуатации подвергается воздействию напряжений, возникающих из-за центробежных сил и напряжений, возникающих из-за разницы между тепловым расширением материала лопастного колеса 22 и тепловым расширением материала постоянного магнита 24.
Распределитель 34 расположен во входном корпусе 16, на конце, аксиально обращенном к лопастному колесу 22, и образует с лопастным колесом 22 осевую турбину, предпочтительно осевую активную турбину. Распределитель 34 можно лучше рассмотреть на виде в перспективе на фиг. 3, на которой, в частности, можно заметить форму лопастей 36 и определенных между ними каналов 38. В лицевой поверхности распределителя 34, аксиально обращенного к лопастному колесу 22, имеется цилиндрическая полость 40, в которой расположен подшипник 42 качения (выполненный, например, в виде радиального шарикового подшипника), поддерживающий входной конец вала 30 рабочего колеса 22. В качестве альтернативного варианта, в случае особых условий эксплуатации, например, очень высоких скоростей вращения, продолжительных рабочих периодов без остановок и т.д., могут быть использованы другие типы подшипников, например газовые подшипники или магнитные подшипники. Камера 44 выравнивания давления определена входным корпусом 16, между входным патрубком 18 и распределителем 34.
Выходной диск 46 расположен в выходном корпусе, на конце, аксиально обращенном к лопастному колесу 22, и имеет множество отверстий 48, через которые воздух, поступающий из лопастного колеса 22, сбрасывается в атмосферу. Выходной диск 46 изображен как в осевом сечении, так и на виде спереди, на фиг. 4 и 5. В лицевой поверхности выходного диска 46, аксиально обращенного к лопастному колесу 22, обеспечена цилиндрическая полость 50, в которой размещен подшипник 52 качения (подшипник, способный, в частности, выдерживать и радиальные, и осевые нагрузки, например, наклонный шариковый подшипник или один из других вышеупомянутых типов подшипников), поддерживающий выходной конец вала 30 лопастного колеса 22. Выше по потоку от распределителя 34 могут быть вставлены специальные диски (не изображены) соответствующей формы для регулирования скорости потока воздуха (или другого газа или текучей среды).
В изображенном варианте осуществления, входной корпус 16 и выходной корпус 20 выполнены в виде отдельных частей, которые расположены на аксиально-противоположных сторонах статора 12 и прикреплены друг к другу (например, с помощью винтов).
Работа устройства 10 здесь будет кратко показана ниже. Воздух под давлением, производимый источником воздуха под давлением, при давлении, например, между 2 и 4 бар, поступает в камеру 44 выравнивания давления входного корпуса 16 устройства 10 через входной патрубок 18. В этом отношении камера 44 выравнивания давления служит для обеспечения постоянного давления выше по потоку от осевой турбины. Затем воздух ускоряется при прохождении каналов 38 распределителя 34, пока он не достигнет скорости звука на входе в каналы 28 лопастного колеса 22, затем поступает на лопастное колесо 22, ускоряя его до скорости вращения 100000-200000 оборотов в минуту, и, наконец, выбрасывается в атмосферу через отверстия 48 выходного диска 46. Постоянный магнит 24, соединенный с лопастным колесом 22 с возможностью передачи приводного усилия для вращения, таким образом, также приводится во вращение и генерирует вращающийся магнитный поток, который индуцирует электродвижущие силы в статорных обмотках статора 12.
Индуцированные таким образом электродвижущие силы будут выпрямлены с помощью диодного моста и соответствующим образом стабилизированы с помощью преобразователя постоянного тока, независимо от изменений подводимого давления и нагрузки. Преобразователь размещен в печатной плате, которая может предпочтительно обеспечивать вспомогательные функции, такие, например, как защита от превышения скорости или перенапряжения, аналоговые входы для считывания сигналов датчиков, хранение принятых данных, экономичный интегрированный беспроводной модуль для передачи данных на удаленный блок и т.д. Преобразователь предназначен для приема на входе широкого диапазона напряжений (например, от 0 до 30В), поскольку выработанное напряжение изменяется в зависимости от скорости вращения турбины, которая, в свою очередь, меняется в зависимости от входного давления и от нагрузки. Этот преобразователь также служит для питания внутренних электронных компонентов. Второй преобразователь постоянного тока вырабатывает промышленное напряжение 24В от стабилизированного напряжения первого преобразователя для питания пользовательской нагрузки (например, датчика).
Выше по потоку от устройства может быть обеспечен регулировочный клапан, предпочтительно пассивный клапан, для регулировки давления всасываемого воздуха до оптимального значения для производительности турбины.
Как вытекает из предшествующего описания, устройство согласно изобретению имеет минимальное количество компонентов, компактные размеры и высокую производительность. В связи с этим последним аспектом, интеграция лопастного колеса турбины и ротора электрического генератора в одном компоненте позволяет исключить потери благодаря механическому соединению этих компонентов.
Кроме того, как уже было сказано выше, использование специальных дисков с отверстиями, действующих в качестве ограничительных элементов, позволяет регулировать электроэнергию, производимую устройством. Таким образом, устройство может быть предназначено для применений, требующих высокой мощности в течение короткого времени (например, предупредительных сигналов, сигналов отказа и т.д.), или для применений, требующих низкого энергопотребления в течение длительного времени (например, датчиков, устройств контроля и т.д.).
Естественно, что при неизменной концепции изобретения, варианты осуществления и конструктивные детали могут значительно отличаться от описанных и проиллюстрированных исключительно в качестве неограничительного примера, без отступлений от объема изобретения, определенного в формуле изобретения.
Например, хотя изобретение было описано и проиллюстрировано со ссылкой на турбину, выполненную в виде осевой активной турбины, турбина может быть иного типа в зависимости от конкретных применений.

Claims (8)

1. Устройство (10) для генерирования электроэнергии от источника воздуха или другого газа или текучей среды под давлением, содержащее турбину (22, 34), имеющую лопастное колесо (22), и электрический генератор (12, 24), имеющий статор (12), снабженный обмотками статора, распределенными по цилиндрической поверхности (X), коаксиальной лопастному колесу (22), а также постоянный магнит (24), выполненный с возможностью вращения относительно статора (12) и соединенный с лопастным колесом (22) с возможностью передачи приводного усилия для вращения, при этом лопастное колесо (22) заключено внутри постоянного магнита (24), а сборка, образованная лопастным колесом (22) и постоянным магнитом (24), заключена внутри статора (12), отличающееся тем, что постоянный магнит (24) выполнен в виде единого полого цилиндрического тела из материала с высокой магнитной плотностью с диаметральной намагниченностью.
2. Устройство по п. 1, в котором турбина (22, 34) является осевой турбиной.
3. Устройство по п. 1 или 2, в котором лопастное колесо (22) и постоянный магнит (24) соединены друг с другом посадкой с натягом.
4. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее втулку (32), которая охватывает постоянный магнит (24).
5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что втулка (32) изготовлена из композитного материала, например углеродного волокна.
6. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее входной корпус (16), расположенный выше по потоку от лопастного колеса (22) и снабженный входным патрубком (18) для соединения с источником воздуха или другого газа под давлением, а также выходной корпус (20), расположенный ниже по потоку от лопастного колеса (22), при этом турбина (22, 34) дополнительно содержит распределитель (34), расположенный во входном корпусе (16), и устройство (10), дополнительно содержащее выходной диск (46), имеющий, по меньшей мере, одно отверстие (48) для выпуска воздуха или газа в атмосферу.
7. Устройство по п. 6, в котором распределитель (34) и выходной диск (46) имеют, на своих лицевых поверхностях, аксиально обращенных к лопастному колесу (22), соответствующие полости (40, 50), в которых размещены подшипники (42, 52), посредством которых сборка, образованная лопастным колесом (22) и постоянным магнитом (24), поддерживается во вращении.
8. Устройство по п. 6 или 7, в котором входной корпус (16) и выходной корпус (20) выполнены в виде отдельных деталей, которые расположены на аксиально противоположных сторонах статора (12) и прикреплены друг к другу разъемным соединительным средством.
RU2013104542/07A 2010-07-06 2011-07-05 Устройство для генерирования электроэнергии от источника воздуха или другого газа или текучей среды под давлением RU2567376C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ITTO2010A000578 2010-07-06
ITTO2010A000578A IT1400875B1 (it) 2010-07-06 2010-07-06 Dispositivo per la generazione di energia elettrica da una sorgente di aria compressa.
PCT/IB2011/052965 WO2012004738A1 (en) 2010-07-06 2011-07-05 Device for generating electric power from a source of air or other gas or fluid under pressure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013104542A RU2013104542A (ru) 2014-08-20
RU2567376C2 true RU2567376C2 (ru) 2015-11-10

Family

ID=43586777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013104542/07A RU2567376C2 (ru) 2010-07-06 2011-07-05 Устройство для генерирования электроэнергии от источника воздуха или другого газа или текучей среды под давлением

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8957540B2 (ru)
EP (1) EP2591541B1 (ru)
JP (1) JP2013531964A (ru)
KR (1) KR101847666B1 (ru)
CN (1) CN103004061B (ru)
BR (1) BR112013000449B1 (ru)
IT (1) IT1400875B1 (ru)
RU (1) RU2567376C2 (ru)
WO (1) WO2012004738A1 (ru)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10595221B2 (en) 2010-11-03 2020-03-17 Hfi Innovation, Inc. Method of MDT information logging and reporting
FR3024532B1 (fr) * 2014-07-30 2019-04-12 Airbus Operations (S.A.S.) Procede et systeme de ventilation permettant d'alimenter au moins un dispositif electrique
UA103443U (en) * 2015-08-18 2015-12-10 Andrii Igorovych Brusov Brusov heat engine
US10476349B2 (en) 2015-10-09 2019-11-12 The Texas A&M University System Method and apparatus for compact axial flux magnetically geared machines
US11333126B2 (en) 2020-07-17 2022-05-17 Draco Enterprises, LLC Electrical power from peripheral devices

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000017524A1 (fr) * 1998-09-18 2000-03-30 Hitachi, Ltd. Compresseur centrifuge a deux allures commande directement par un moteur
RU2148887C1 (ru) * 1998-12-21 2000-05-10 Мальцев Лев Валерьевич Генератор электрической энергии
US6511201B1 (en) * 2001-12-05 2003-01-28 Dale K Elrod Air gun with integral air powered light

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02154402A (ja) * 1988-12-06 1990-06-13 Hitachi Metals Ltd 磁石組立体
DE4420841A1 (de) * 1994-06-15 1995-12-21 Hans Dipl Ing Martin Heizvorrichtung für Kraftfahrzeuge
JP3484051B2 (ja) * 1997-09-10 2004-01-06 株式会社 日立インダストリイズ 永久磁石式同期電動機及びその製造方法ならびに永久磁石式同期電動機を備えた遠心圧縮機
JP2000213446A (ja) * 1999-01-22 2000-08-02 Shibaura Densan Kk 水力発電機
JP4238684B2 (ja) * 2002-09-25 2009-03-18 株式会社デンソー 発電装置およびその発電装置付自動水栓装置
JP2004293499A (ja) * 2003-03-28 2004-10-21 Toto Ltd 屋内設備用発電ユニット
US7095142B2 (en) * 2004-05-21 2006-08-22 H&S Autoshot Manufacturing Pneumatic tool with integrated electricity generator
IL163208A (en) * 2004-07-26 2011-04-28 Ap2U Net Ltd Liquid supply measuring apparatus
US7980143B2 (en) * 2004-07-26 2011-07-19 Hydrospin Monitoring Solutions Ltd Apparatus for transforming energy of liquid flowing in a liquid supply pipeline
US7709988B2 (en) * 2006-04-07 2010-05-04 General Electric Company Methods and apparatus for using an electrical machine to transport fluids through a pipeline
EP1885047B1 (en) * 2006-07-31 2008-12-31 C.R.F. Società Consortile per Azioni Electric generator device actuated by a fluid flow
JP4140062B1 (ja) * 2007-07-23 2008-08-27 Ｔｏｔｏ株式会社 水栓用発電機
US20090224544A1 (en) * 2007-11-30 2009-09-10 James William Bartlett Integrated turbine alternator/generator

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000017524A1 (fr) * 1998-09-18 2000-03-30 Hitachi, Ltd. Compresseur centrifuge a deux allures commande directement par un moteur
RU2148887C1 (ru) * 1998-12-21 2000-05-10 Мальцев Лев Валерьевич Генератор электрической энергии
US6511201B1 (en) * 2001-12-05 2003-01-28 Dale K Elrod Air gun with integral air powered light

Also Published As

Publication number Publication date
IT1400875B1 (it) 2013-07-02
US20130099501A1 (en) 2013-04-25
ITTO20100578A1 (it) 2012-01-07
KR20130127419A (ko) 2013-11-22
US8957540B2 (en) 2015-02-17
BR112013000449B1 (pt) 2020-12-15
JP2013531964A (ja) 2013-08-08
EP2591541A1 (en) 2013-05-15
RU2013104542A (ru) 2014-08-20
CN103004061A (zh) 2013-03-27
KR101847666B1 (ko) 2018-04-10
WO2012004738A1 (en) 2012-01-12
EP2591541B1 (en) 2016-09-14
CN103004061B (zh) 2016-06-29
BR112013000449A2 (pt) 2016-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2567376C2 (ru) Устройство для генерирования электроэнергии от источника воздуха или другого газа или текучей среды под давлением
JP4091426B2 (ja) 電流源を含む磁気軸方向アバットメントを有するロータリーマシン
JP2017516946A (ja) 電気機械を備えたターボチャージャ
JP2013150408A (ja) 回転機械
US11831226B2 (en) Cooling of electrical generators in wind turbines
US9297361B2 (en) Compact wind and water turbine
JP4820422B2 (ja) 水栓用の水力発電機
RU2253737C2 (ru) Многоступенчатая осевая и радиальная юнгстрема турбомашина без выходного вала
RU2382231C2 (ru) Гидрогенератор, работающий на морском течении
KR101289800B1 (ko) 영구 자석 모터 및 이를 구비한 유체 과급 장치
Lee et al. Magnetically Axial-coupled Detachable Propeller-based Portable Electromagnetic Energy-harvesting Device Using Air and Water Streams
RU3432U1 (ru) Устройство для создания воздушной тяги
RU2382209C1 (ru) Газотурбинный двигатель
RU84477U1 (ru) Ветроэлектрогенератор
EP3273582A1 (en) High volume air/gas/fluid flow powered torus shaped electric generator
RU2382210C1 (ru) Газотурбинный двигатель
EP2188519A1 (en) Perfected submersible hydraulic motor structure, particularly for pressurized systems
JP2005354886A (ja) 三段モータ駆動方法及び発電方法及びその装置
CN111384817A (zh) 一种油电混合式发电系统
Al-Halhoulia et al. Design and Testing of a Meso-Scale Pneumatic Actuated Electrical Power Generator
TH3622A3 (th) เครื่องกำเนิดพลังงานกลด้วยแรงแม่เหล็ก
TH3622C3 (th) เครื่องกำเนิดพลังงานกลด้วยแรงแม่เหล็ก
KR20180124644A (ko) 액체와 기체를 이용한 발전터빈
PL223125B1 (pl) Turbogenerator tarczowy z uzwojeniem twornika w wirniku, zwłaszcza do elektrowni małej mocy, w tym wodnych i wiatrowych
KR20170046039A (ko) 가속장치를 부착한 터보차저

Legal Events

Date Code Title Description
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -BZ1A- IN JOURNAL: 23-2014 FOR TAG: (71)