RU2656869C1 - Сверхвысокооборотный микрогенератор - Google Patents
Сверхвысокооборотный микрогенератор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2656869C1 RU2656869C1 RU2017114843A RU2017114843A RU2656869C1 RU 2656869 C1 RU2656869 C1 RU 2656869C1 RU 2017114843 A RU2017114843 A RU 2017114843A RU 2017114843 A RU2017114843 A RU 2017114843A RU 2656869 C1 RU2656869 C1 RU 2656869C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stator
- rotor
- hollow
- permanent magnet
- hollow rotor
- Prior art date
Links
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 6
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 claims description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 4
- 230000006698 induction Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 6
- BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] Chemical compound N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/22—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
- H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
- H02K5/16—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
- H02K5/167—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using sliding-contact or spherical cap bearings
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
- H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
- H02K5/20—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
-
- 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
- H02K7/08—Structural association with bearings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для обеспечения электроэнергией автономных объектов. Технический результат состоит в снижении физической заметности объектов, оснащенных данными сверхвысокооборотными микрогенераторами, благодаря снижению уровня шума, повышению магнитной индукции в их воздушном зазоре и минимизации их тепловыделений. Ротор выполнен полым. Статор выполнен из немагнитного, неэлектропроводящего материала в виде кольца с закрытыми пазами и расположен внутри кольцевого постоянного магнита полого ротора, выполненного в виде n-полюсной монолитной сборки Хальбаха и установленного с натягом внутри полого ротора, который сочленен с турбиной и компрессором. На внутренней поверхности кольцевого постоянного магнита и на внешней поверхности статора нанесено покрытие из твердого материала с минимальным коэффициентом трения. Полый ротор имеет механический контакт со статором, образуя в воздушном зазоре малошумный подшипник скольжения. В зубцах статора выполнены радиальные каналы с возможностью подачи смазки в пространство между статором и полым ротором. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано для обеспечения электроэнергией автономных объектов.
Известен сверхвысокооборотный микрогенератор [J. Guidez, Y. Ribaud, О. dessornes, Т. Courvoisier, С. Dumand, Т. Onishi, S. Burguburu, Micro gas turbine research at Onera // International Symposium on Measurement and Control in robotics, 2005, Brussels, Belgium], состоящий из беспазового статора, выполненного из аморфного железа, в котором концентрично расточке статора расположен ротор, состоящий из кольцевого магнита, намагниченного радиально, и вала, на котором установлены шариковые подшипниковые опоры, при этом вал сочленен с компрессором и турбиной.
Недостатками данного аналога являются ограниченные функциональные возможности из-за значительных тепловыделений, обусловленных потерями в магнитопроводе статора, значительный шум, создаваемый подшипниковыми опорами и невысокая жесткость ротора.
Известна микротурбинная система с сверхвысоокоборотным микрогенератором [K. Isomura, М. Murayama, S. Teramoto, K. Hikichi, Y. Endo, S. Togo, S. Tanaka, Experimental Verification of the Feasibility of a 100W Class Micro-scale Gas Turbine at an Impeller Diameter of 10 mm, J. Micromech. Microeng, 2006, 16, pp. 254-261], состоящим из беспазового статора, выполненного из аморфного железа, в котором концентрично расточке статора расположен ротор, состоящий из кольцевого магнита, намагниченного радиально, и вала, при этом вал вращается в газовых подшипниковых опорах.
Недостатками данного аналога являются ограниченные функциональные возможности из-за значительных тепловыделений, обусловленных потерями в магнитопроводе статора, и невысокая жесткость ротора.
Известен сверхвысокооборотный микрогенератор [Park С.Н., Choi S. K., Ham S. Y. Design and experiment of 400,000 rpm high speed rotor and bearings for 500W class micro gas turbine generator // International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications (PowerMEMS). - 2011], состоящий из пазового статора, выполненного из аморфного железа, в котором концентрично расточке статора расположен ротор, состоящий из кольцевого магнита, намагниченного радиально, и вала, при этом вал вращается в газовых подшипниковых опорах.
Недостатками данного аналога являются техническая сложность его реализации, обусловленная применением пазового статора, а также ограниченные функциональные возможности из-за значительных тепловыделений, обусловленных потерями в магнитопроводе статора, значительный шум, создаваемый подшипниковыми опорами, и невысокая жесткость ротора.
Известен сверхвысокооборотный аксиальный микрогенератор [патент US 4996457, кл. H02K 21/24, 1990 г.], содержащий вал, в котором располагается ось, осевой ротор и множество статоров, расположенных параллельно осевому ротору.
Недостатками данного аналога являются техническая сложность его реализации, обусловленная осевым расположением ротора, а также ограниченные функциональные возможности из-за значительных тепловыделений, обусловленных потерями в магнитопроводе статора, значительный шум, создаваемый подшипниковыми опорами, невысокая жесткость ротора и его значительный момент инерции.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является сверхвысокооборотный стартер-генератор для микротурбинной установки [С. Zwyssig, J.W. Kolar, S.D. Round Mega-Speed Drive Systems: Pushing Beyond 1 Million RPM // Mechatronics, IEEE/ASME Transactions on, 2009, Vol. 14, No. 5, pp. 564-574], состоящий из беспазового статора, выполненного из аморфного железа, в котором расположена обмотка из высокочастотного литцендрата, концентрично расточке статора расположен ротор, состоящий из кольцевого постоянного магнита, намагниченного радиально, и вала, на котором установлены шариковые подшипниковые опоры, при этом вал сочленен с турбиной и компрессором.
Недостатками ближайшего аналога являются ограниченные функциональные возможности из-за значительных тепловыделений, обусловленные потерями в магнитопроводе статора, значительный шум, создаваемый подшипниковыми опорами, и невысокая жесткость ротора.
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей сверхвысокооборотного микрогенератора благодаря повышению жесткости ротора, а также увеличение его коэффициента полезного действия и энергетических характеристик.
Технический результат - снижение физической заметности объектов, оснащенных данными сверхвысокооборотными микрогенераторами, благодаря снижению уровня шума сверхвысокооборотных микрогенераторов, повышение магнитной индукции в их воздушном зазоре и минимизация их тепловыделений.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в сверхвысокооборотном микрогенераторе, содержащем статор с обмоткой, выполненной из высокочастотного литцендрата, ротор, кольцевой постоянный магнит, вал, сочлененный с турбиной и компрессором, согласно изобретению ротор выполнен полым, а статор выполнен из немагнитного, неэлектропроводящего материала в виде кольца с закрытыми пазами и расположен внутри кольцевого постоянного магнита полого ротора, выполненного в виде n-полюсной монолитной сборки Хальбаха и установленного с натягом внутри полого ротора, который сочленен с турбиной и компрессором, причем на внутренней поверхности кольцевого постоянного магнита и на внешней поверхности статора нанесено покрытие из твердого материала с минимальным коэффициентом трения, причем полый ротор имеет механический контакт со статором, образуя при этом в воздушном зазоре сверхвысокооборотного микрогенератора малошумный подшипник скольжения, кроме того, в зубцах статора выполнены радиальные каналы с возможностью подачи смазки в пространство между статором и полым ротором.
Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен поперечный разрез сверхвысокооборотного микрогенератора. На фиг. 2 изображен продольный разрез сверхвысокооборотного микрогенератора.
Устройство содержит полый вал 1, соединенный с турбиной 2 и компрессором 3. В полом валу 1 установлен с натягом кольцевой постоянный магнит 4, выполненный в виде n-полюсной монолитной сборки Хальбаха, на внутренней поверхности кольцевого постоянного магнита 4 нанесено покрытие 5 из твердого материала с минимальным коэффициентом трения. Статор 6 выполнен из немагнитного неэлектропроводящего материала в виде кольца с закрытыми пазами, на внешней поверхности которого нанесено покрытие 7 из твердого материала с минимальным коэффициентом трения, при этом покрытие 5 полого ротора и покрытие 7 статора находятся в механическом контакте относительно друг друга. В пазах статора 6 расположена зубцовая обмотка 8, выполненная из высокочастотного литцендрата, в зубцах статора 6 выполнены радиальные каналы 9 с возможностью подачи смазки в пространство между статором 6 и кольцевым постоянным магнитом 4.
Предложенный сверхвысокооборотный микрогенератор работает следующим образом: турбина 2 с компрессором 3 вращает полый вал 1 с определенной частотой. При этом жесткость полого вала 1 сверхвысокооборотного микрогенератора обеспечивается малошумным подшипником скольжения, который образуется внутренней поверхностью кольцевого постоянного магнита 4 с нанесенным покрытием 5 из твердого материала с минимальным коэффициентом трения и внешней поверхностью статора 6, выполненного из немагнитного неэлектропроводящего материала в виде кольца с закрытыми пазами, на внешней поверхности которого нанесено покрытие 7 из твердого материала с минимальным коэффициентом трения, то есть подшипник скольжения интегрирован в активную часть сверхвысокооборотного микрогенератора. Ввиду того что статор выполнен из неэлектропроводящего немагнитного материала, в нем не индуцируются вихревые токи, что позволяет минимизировать тепловыделения сверхвысокооборотного микрогенератора. При этом для снижения коэффициента трения в данном подшипнике скольжения в зубцах статора 6 выполнены радиальные каналы 9, через которые поступает смазка. При этом смазка одновременно выполняет две функции: как смазочный материал подшипника скольжения и как хладагент для охлаждения генератора. Так как постоянный магнит 4, выполненный в виде n-полюсной монолитной сборки Хальбаха, установлен внутри полого вала, то центробежные силы, стремящиеся его разрушить, направлены на внешнюю поверхность полого вала, а это позволяет минимизировать воздушный зазор и повысить тем самым энергетические характеристики сверхвысокооборотного микрогенератора и индукцию в его воздушном зазоре. То есть совокупность существенных признаков заявляемого изобретения позволяет повысить энергетические характеристики сверхвысокооборотных микрогенератров, минимизировав их тепловыделения и шум, что приводит к снижению физической заметности объектов, оснащенных данными сверхвысокооборотными микрогенераторами.
Итак, заявляемая конструкция позволяет расширить функциональные возможности сверхвысокооборотных микрогенератров благодаря повышению жесткости их ротора, а также увеличить их коэффициент полезного действия и энергетические характеристики.
Таким образом, достигается снижение физической заметности объектов, оснащенных данными сверхвысокооборотными микрогенераторами, благодаря снижению уровня шума сверхвысокооборотных микрогенераторов, повышение магнитной индукции в их воздушном зазоре и минимизация их тепловыделений.
Claims (1)
- Сверхвысокооборотный микрогенератор, содержащий статор с обмоткой, выполненной из высокочастотного литцендрата, ротор, кольцевой постоянный магнит, вал, сочлененный с турбиной и компрессором, отличающийся тем, что ротор выполнен полым, а статор выполнен из немагнитного, неэлектропроводящего материала в виде кольца с закрытыми пазами и расположен внутри кольцевого постоянного магнита полого ротора, выполненного в виде n-полюсной монолитной сборки Хальбаха и установленного с натягом внутри полого ротора, который сочленен с турбиной и компрессором, причем на внутренней поверхности кольцевого постоянного магнита и на внешней поверхности статора нанесено покрытие из твердого материала с минимальным коэффициентом трения, а полый ротор имеет механический контакт со статором, образуя при этом в воздушном зазоре сверхвысокооборотного микрогенератора малошумный подшипник скольжения, кроме того, в зубцах статора выполнены радиальные каналы с возможностью подачи смазки в пространство между статором и полым ротором.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017114843A RU2656869C1 (ru) | 2017-04-26 | 2017-04-26 | Сверхвысокооборотный микрогенератор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017114843A RU2656869C1 (ru) | 2017-04-26 | 2017-04-26 | Сверхвысокооборотный микрогенератор |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2656869C1 true RU2656869C1 (ru) | 2018-06-07 |
Family
ID=62560070
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017114843A RU2656869C1 (ru) | 2017-04-26 | 2017-04-26 | Сверхвысокооборотный микрогенератор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2656869C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU493860A1 (ru) * | 1972-10-03 | 1975-11-28 | Предприятие П/Я А-7676 | Подшипник скольжени высокоскоростной горизонтальной электрической машины с жидкостной смазкой |
US4996457A (en) * | 1990-03-28 | 1991-02-26 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Ultra-high speed permanent magnet axial gap alternator with multiple stators |
RU2501147C1 (ru) * | 2012-04-16 | 2013-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НИЭЛЬ" | Высокоскоростной генератор на базе двухполюсной машины двойного питания с промежуточным ротором и конденсаторным самовозбуждением |
RU2540696C1 (ru) * | 2013-12-25 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Высокоскоростная электрическая машина с вертикальным валом |
RU2599056C1 (ru) * | 2015-07-27 | 2016-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Высокоскоростной многофазный синхронный генератор |
-
2017
- 2017-04-26 RU RU2017114843A patent/RU2656869C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU493860A1 (ru) * | 1972-10-03 | 1975-11-28 | Предприятие П/Я А-7676 | Подшипник скольжени высокоскоростной горизонтальной электрической машины с жидкостной смазкой |
US4996457A (en) * | 1990-03-28 | 1991-02-26 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Ultra-high speed permanent magnet axial gap alternator with multiple stators |
RU2501147C1 (ru) * | 2012-04-16 | 2013-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НИЭЛЬ" | Высокоскоростной генератор на базе двухполюсной машины двойного питания с промежуточным ротором и конденсаторным самовозбуждением |
RU2540696C1 (ru) * | 2013-12-25 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Высокоскоростная электрическая машина с вертикальным валом |
RU2599056C1 (ru) * | 2015-07-27 | 2016-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Высокоскоростной многофазный синхронный генератор |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2961042B1 (en) | Permanent magnet machine | |
US7902706B2 (en) | Rotational apparatus including a passive magnetic bearing | |
RU2668505C2 (ru) | МАГНИТНЫЙ ПОДШИПНИКОВЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ РОТАЦИОННОЙ МАШИНЫ и ТУРБОМАШИНА, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКОЙ УЗЕЛ | |
US11081919B2 (en) | Electric machine with metallic shield rotor | |
JP4566583B2 (ja) | 発電機一体形水車 | |
EP2894767B1 (en) | Improved electric machine couplable to a fluid-dynamic machine, and corresponding fluid-dynamic machine | |
US20110049902A1 (en) | Air cooled brushless wind alternator | |
CN102820728A (zh) | 用于风力涡轮机的发电机 | |
RU2633356C1 (ru) | Вентильный ветрогенератор постоянного тока | |
RU2552846C1 (ru) | Ротор высокоскоростного генератора | |
EP2808571B1 (en) | Electro-magnetic bearing assembly with inner ventilation to cool the bearing | |
RU2656869C1 (ru) | Сверхвысокооборотный микрогенератор | |
US9425660B2 (en) | Orbital motor and generator | |
CN107093938B (zh) | 磁悬浮电机及家用空调 | |
CA2917625C (en) | An electric motor rotor optimized for great powers | |
JP6173064B2 (ja) | 永久磁石付き電気機械を内蔵するターボチャージャ | |
JP2020501490A (ja) | 回転発電機の改良 | |
CN109681525B (zh) | 磁悬浮轴承及电机 | |
Neustroev et al. | Passive Magnet Bearing Development for Axial Flux Permanent Magnet Generator with Diamagnetic Armature | |
CN107093939B (zh) | 一种磁悬浮电机及吸尘器 | |
CN211474265U (zh) | 一种转子系统及微型燃气轮机发电机组 | |
JP2014173432A (ja) | 真空ポンプ | |
JP2022538108A (ja) | 転がり軸受の予圧部材を有する回転電気機械 | |
JP2017139896A (ja) | 渦電流式発熱装置 | |
CN110224520A (zh) | 一种具有定子绕组层间水道冷却系统的高速永磁同步电机 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190427 |