RU2658061C1 - Маховик с магнитной смазкой (варианты) - Google Patents

Маховик с магнитной смазкой (варианты) Download PDF

Info

Publication number
RU2658061C1
RU2658061C1 RU2017129257A RU2017129257A RU2658061C1 RU 2658061 C1 RU2658061 C1 RU 2658061C1 RU 2017129257 A RU2017129257 A RU 2017129257A RU 2017129257 A RU2017129257 A RU 2017129257A RU 2658061 C1 RU2658061 C1 RU 2658061C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic
flywheel
magnets
chamber
rotor
Prior art date
Application number
RU2017129257A
Other languages
English (en)
Inventor
Нина Андреевна Белокурова
Владимир Яковлевич Геча
Андрей Борисович Захаренко
Original Assignee
Андрей Борисович Захаренко
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 Андрей Борисович Захаренко filed Critical Андрей Борисович Захаренко
Priority to RU2017129257A priority Critical patent/RU2658061C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2658061C1 publication Critical patent/RU2658061C1/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/30Flywheels
    • F16F15/315Flywheels characterised by their supporting arrangement, e.g. mountings, cages, securing inertia member to shaft
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/10Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/16Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using a fluid or pasty material
    • F16F15/167Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using a fluid or pasty material having an inertia member, e.g. ring
    • F16F15/173Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using a fluid or pasty material having an inertia member, e.g. ring provided within a closed housing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/10Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/18Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using electric, magnetic or electromagnetic means
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/02Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть использована в линейных электродвигателях. Маховик содержит корпус из немагнитного материала, внутри которого выполнена камера, содержащая магнитную жидкость в коллоидном состоянии. Корпус из немагнитного материала жестко крепится к внешней конструкции. В камеру помещены магниты в форме прямых круговых цилиндров (вариант 1) или прямых круговых цилиндрических колец (вариант 2) с возможностью их обволакивания содержащейся в камере магнитной жидкостью. Корпус представляет собой полый тор кольцевого сечения. Ротор составлен из магнитов, намагниченных в осевом направлении, и магнитных вставок между магнитами. Достигается снижение потерь на трение при нулевой и низких скоростях вращения ротора. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в линейных электродвигателях. В частности, устройство может использоваться в электродвигателях-маховиках большого диаметра, выполненных с закольцованным ротором и секторным статором, применяемых для систем ориентации и стабилизации космических аппаратов, а также для систем «курс-вертикаль» атмосферных летательных аппаратов.
Механические потери (потери на трение) могут значительно снизить полезную мощность электрической машины, они существенно зависят от вида применяемой смазки (см., например, А.В. Иванов-Смоленский. Электрические машины. В двух томах, Том 1: Учебник для вузов - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство МЭИ, 2004 - 652 с.). Используются твердые, пластичные и полужидкие традиционные смазки. Пластичные и полужидкие традиционные смазки представляют собой коллоидные системы, состоящие из дисперсионной среды, дисперсной фазы, а также присадок и добавок. Недостатком традиционных смазок является «случайность» их распределения в выделенном для них объеме. Следует отметить, что магнитные смазки (жидкости), как и традиционные смазки, представляют собой коллоидные системы, их характеристики во многом схожи с характеристиками традиционных смазок, но в отличие от традиционных магнитные смазки (жидкости) распределяются параллельно силовым линиям магнитного поля.
Прототипом настоящего изобретения является Устройство для гашения низкочастотных вибраций (Патент на полезную модель №144547, МПК F16F 9/53, F16F 6/00), содержащее корпус из немагнитного материала, внутри которого выполнена цилиндрическая камера, содержащая магнитную жидкостью в коллоидном состоянии, отличающееся тем, что корпус из немагнитного материала жестко крепится к внешней конструкции, подвергающейся низкочастотным вибрационным воздействиям, а в камеру помещен магнит в форме прямого кругового цилиндра с возможностью его обволакивания содержащейся в камере магнитной жидкостью, причем в боковой стенке цилиндрической камеры по всей ее длине выполнена сужающаяся в ее внешнюю сторону выемка, а в нижней и верхней стенках цилиндрической камеры в их центральной части выполнены выпуклые элементы. Недостатком прототипа является то, что на основе магнита и обволакивающей его магнитной (ферромагнитной) жидкости построено лишь устройство для гашения вибраций, т.е. выявлены не все возможные применения этого технического решения.
На принципе обволакивания магнита магнитной жидкостью может быть также построен маховик с магнитной смазкой. Традиционная смазка, как правило, обеспечивает «всплывание» и низкий коэффициент трения опор вала лишь при высоких скоростях вращения ротора. По этой причине режим запуска двигателя является одним из самых тяжелых с точки зрения трения. Магнитная смазка будет обеспечивать низкий коэффициент трения покоя ротора маховика, а также низкий коэффициент трения при низких скоростях движения (вращения) ротора. За счет этого у ротора маховика с магнитной смазкой будут существенно уменьшены потери на трение о корпус при нулевой и низких скоростях. Следует отметить, что низкие скорости движения ротора необходимы для обеспечения специальных режимов работы маховика с магнитной смазкой. Например, при стереосъемке поверхности Земли космическим аппаратом дистанционного зондирования Земли низкие скорости вращения маховиков системы ориентации и стабилизации обеспечивают минимизацию возмущающих моментов, действующих на космический аппарат.
Целью настоящего изобретения (по обоим вариантам) является создание линейного электродвигателя-маховика, в котором ротор создан на основе постоянных магнитов, обволакиваемых магнитной жидкостью.
Техническим результатом настоящего изобретения (по обоим вариантам) является создание маховика с магнитной смазкой, обладающего низкими потерями на трение при нулевой и низких скоростях движения (вращения) ротора.
Эскиз маховика с магнитной смазкой по варианту 1 изображен на фигуре 1, поперечное сечение маховика с магнитной смазкой по варианту 1 изображено на фигуре 2. Маховик с магнитной смазкой состоит из корпуса 1 из немагнитного материала, в форме полого тора кольцевого сечения, который жестко крепится к внешней конструкции. Внутри корпуса 1 выполнена камера, в камеру помещены постоянные магниты 2 в форме прямых круговых цилиндров, намагниченных в осевом направлении, вследствие воздействия их собственного магнитного поля постоянные магниты 2 обволакиваются магнитной жидкостью 3. Между постоянными магнитами имеются магнитные (ферромагнитные) вставки в виде шариков 4.
На корпусе 1 маховика с магнитной смазкой жестко крепится обмотка статора 5. В качестве примера, на фигуре 1 показана трехфазная обмотка статора 5, соединенная в звезду, где А, В, С - начала соответствующих фаз, 0 - общая точка. Однако число фаз обмотки может отличаться от трех, число катушек обмотки статора также может быть другим и определяться при инженерном проектировании маховика с магнитной смазкой.
Маховик с магнитной смазкой собирается следующим образом. Из четного числа постоянных магнитов 2 и четного числа магнитных вставок, представляющих собой магнитные шарики 4, составляют развернутую в линию заготовку ротора, которая составляет единое целое благодаря силам магнитного притяжения. Далее на заготовку ротора равномерно наносят магнитную жидкость 3, которая под действием магнитного поля распределяется вдоль его силовых линий, т.е. обволакивает постоянные магниты 2. При этом магнитная жидкость 3 образует устойчивые к воздействию центробежных сил магнитные оболочки постоянных магнитов 2. Заготовкой для корпуса 1 служит труба круглого сечения из немагнитного материала, внутренний диаметр которой больше диаметра постоянных магнитов на величину оболочки из магнитной жидкости 3. Далее заготовку ротора вставляют в заготовку корпуса и сворачивают их в форме тора. При этом концы заготовки ротора соединяются сами посредством магнитных сил, а концы заготовки корпуса необходимо соединить между собой пайкой, сваркой или клеем. Могут быть также приведены иные варианты сборки маховика с магнитной смазкой.
Технический результат настоящего изобретения по варианту 1 достигается следующим образом. При подаче напряжения на катушки фаз обмотки секторного статора 5 по ним протекает ток, образуется магнитодвижущая сила (МДС) статора. При взаимодействии МДС статора с магнитным полем постоянных магнитов 2 ротора на ротор действует электромагнитная сила, а поскольку ротор представляет собой тор, то и вращающий момент. Под действием вращающего момента ротор с магнитной смазкой вращается, причем вращающий момент и электромагнитная мощность маховика пропорциональны току обмотки статора 5. Часть мощности маховика с магнитной смазкой теряется в виде потерь. В суммарных потерях ротора существенную роль играют механические потери, обусловленные трением постоянных магнитов 2 в форме прямых круговых цилиндров и магнитных вставок в виде шариков 4 о корпус 1. Это трение, и как следствие механические потери на трение, существенно снижаются при низких скоростях движения ротора по сравнению с традиционными смазками благодаря обволакиванию постоянных магнитов 2 магнитной жидкостью 3.
Эскиз маховика с магнитной смазкой по варианту 2 изображен на фигуре 3, поперечное сечение маховика с магнитной смазкой по варианту 2 изображено на фигуре 4. Маховик с магнитной смазкой состоит из корпуса 6 из немагнитного материала в форме полого тора кольцевого сечения, который жестко крепится к внешней конструкции. Внутри корпуса 6 выполнена камера, в камеру помещены постоянные магниты 7 в форме прямых круговых цилиндрических колец, намагниченных в осевом направлении, вследствие воздействия их собственного магнитного поля постоянные магниты 7 обволакиваются магнитной жидкостью 8. Между постоянными магнитами имеются магнитные (ферромагнитные) вставки в виде шариков 9.
На корпусе 6 маховика с магнитной смазкой жестко крепится обмотка статора 10. В качестве примера, на фигуре 3 показана трехфазная обмотка статора 10, соединенная в звезду, где А, В, С - начала соответствующих фаз, 0 - общая точка. Однако число фаз обмотки может отличаться от трех, число катушек обмотки статора также может быть другим и определяться при инженерном проектировании маховика с магнитной смазкой.
Маховик с магнитной смазкой собирается следующим образом. Из четного числа постоянных магнитов 7 и четного числа магнитных вставок, представляющих собой магнитные шарики 9, составляют развернутую в линию заготовку ротора, которая составляет единое целое благодаря силам магнитного притяжения. Далее на заготовку ротора равномерно наносят магнитную жидкость 8, которая под действием магнитного поля распределяется вдоль его силовых линий, т.е. обволакивает постоянные магниты 7. При этом магнитная жидкость 8 образует устойчивые к воздействию центробежных сил магнитные оболочки постоянных магнитов 7. Заготовкой для корпуса 7 служит труба круглого сечения из немагнитного материала, внутренний диаметр которой больше диаметра постоянных магнитов на величину оболочки из магнитной жидкости 8. Далее заготовку ротора вставляют в заготовку корпуса и сворачивают их в форме тора. При этом концы заготовки ротора соединяются сами посредством магнитных сил, а концы заготовки корпуса необходимо соединить между собой пайкой, сваркой или клеем. Могут быть также приведены иные варианты сборки маховика с магнитной смазкой.
Технический результат настоящего изобретения по варианту 2 достигается следующим образом. При подаче напряжения на катушки фаз обмотки секторного статора 10 по ним протекает ток, образуется магнитодвижущая сила (МДС) статора. При взаимодействии МДС статора с магнитным полем постоянных магнитов 7 ротора на ротор маховика с магнитной смазкой действует электромагнитная сила, а поскольку ротор представляет собой тор, то и вращающий момент. Под действием вращающего момента ротор маховика с магнитной смазкой вращается, причем вращающий момент и электромагнитная мощность маховика пропорциональны току обмотки статора 10. Часть мощности маховика с магнитной смазкой теряется в виде потерь. В суммарных потерях ротора существенную роль играют механические потери, обусловленные трением постоянных магнитов 7 в форме прямых круговых цилиндрических колец и магнитных вставок в виде шариков 9 о корпус 6. Это трение, и как следствие механические потери на трение, существенно снижаются при низких скоростях движения ротора по сравнению с традиционными смазками благодаря обволакиванию постоянных магнитов 7 магнитной жидкостью 8.

Claims (10)

1. Маховик с магнитной смазкой, содержащий корпус из немагнитного материала, внутри которого выполнена камера, содержащая магнитную жидкость в коллоидном состоянии, корпус из немагнитного материала жестко крепится к внешней конструкции, а в камеру помещены магниты в форме прямых круговых цилиндров с возможностью их обволакивания содержащейся в камере магнитной жидкостью, отличающийся тем, что корпус представляет собой полый тор кольцевого сечения, а ротор составлен из магнитов, намагниченных в осевом направлении, и магнитных вставок между магнитами.
2. Маховик с магнитной смазкой по п. 1, отличающийся тем, что магнитные вставки представляют собой магнитные шарики.
3. Маховик с магнитной смазкой по п. 1, отличающийся тем, что число постоянных магнитов является четным.
4. Маховик с магнитной смазкой по п. 1, отличающийся тем, что число магнитных вставок является четным.
5. Маховик с магнитной смазкой по п. 1, отличающийся тем, что на корпусе закреплены катушки обмотки статора.
6. Маховик с магнитной смазкой, содержащий корпус из немагнитного материала, внутри которого выполнена камера, содержащая магнитную жидкость в коллоидном состоянии, корпус из немагнитного материала жестко крепится к внешней конструкции, а в камеру помещены магниты с возможностью их обволакивания содержащейся в камере магнитной жидкостью, отличающийся тем, что корпус представляет собой полый тор кольцевого сечения, а ротор составлен из магнитов, намагниченных в осевом направлении, и магнитных вставок между магнитами, причем каждый магнит выполнен в форме прямого кругового цилиндрического кольца.
7. Маховик с магнитной смазкой по п. 6, отличающийся тем, что магнитные вставки представляют собой магнитные шарики.
8. Маховик с магнитной смазкой по п. 6, отличающийся тем, что число постоянных магнитов является четным.
9. Маховик с магнитной смазкой по п. 6, отличающийся тем, что число магнитных вставок является четным.
10. Маховик магнитной смазкой по п. 6, отличающийся тем, что на корпусе закреплены катушки обмотки статора.
RU2017129257A 2017-08-17 2017-08-17 Маховик с магнитной смазкой (варианты) RU2658061C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017129257A RU2658061C1 (ru) 2017-08-17 2017-08-17 Маховик с магнитной смазкой (варианты)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017129257A RU2658061C1 (ru) 2017-08-17 2017-08-17 Маховик с магнитной смазкой (варианты)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2658061C1 true RU2658061C1 (ru) 2018-06-19

Family

ID=62620067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017129257A RU2658061C1 (ru) 2017-08-17 2017-08-17 Маховик с магнитной смазкой (варианты)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2658061C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113915272A (zh) * 2021-09-22 2022-01-11 华北水利水电大学 一种磁性液体阻尼减振器
RU218194U1 (ru) * 2023-03-06 2023-05-16 Андрей Борисович Захаренко Кольцевой двигатель-маховик

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU905950A1 (ru) * 1980-05-07 1982-02-15 Московское Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Высшее Техническое Училище Им. Н.Э.Баумана Вентильный электродвигатель-маховик с электромагнитным подвесом ротора
CN102594009A (zh) * 2012-03-14 2012-07-18 天津荣亨集团股份有限公司 双定子盘式电机飞轮储能器转子磁悬浮结构
WO2015192181A1 (en) * 2014-06-17 2015-12-23 Heron Energy Pte Ltd Electromagnetic device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU905950A1 (ru) * 1980-05-07 1982-02-15 Московское Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Высшее Техническое Училище Им. Н.Э.Баумана Вентильный электродвигатель-маховик с электромагнитным подвесом ротора
CN102594009A (zh) * 2012-03-14 2012-07-18 天津荣亨集团股份有限公司 双定子盘式电机飞轮储能器转子磁悬浮结构
WO2015192181A1 (en) * 2014-06-17 2015-12-23 Heron Energy Pte Ltd Electromagnetic device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113915272A (zh) * 2021-09-22 2022-01-11 华北水利水电大学 一种磁性液体阻尼减振器
RU218194U1 (ru) * 2023-03-06 2023-05-16 Андрей Борисович Захаренко Кольцевой двигатель-маховик
RU2799371C1 (ru) * 2023-03-06 2023-07-05 Андрей Борисович Захаренко Кольцевой двигатель-маховик

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2894788C (en) Permanent magnet machine with segmented sleeve for magnets
US9416533B2 (en) Damping device and vibration control apparatus for structure
US8269470B2 (en) Mechanical flow battery
US7456534B2 (en) Rotating electrical machine
US3027471A (en) Gas bearing spin motor
RU2658061C1 (ru) Маховик с магнитной смазкой (варианты)
CN101217247A (zh) 一种电机(电动机和发电机)装置
CN108708904A (zh) 永磁轴承
CN102082486B (zh) 三边永磁体激磁的磁性齿轮
KR20120127958A (ko) 베어링 어셈블리 및 이를 포함하는 스핀들 모터
CN204497904U (zh) 磁悬浮飞轮电机
WO2017158710A1 (ja) フライホイール装置及び、発電及び駆動モータ装置
CN203481988U (zh) 一种磁悬浮飞轮电机
CN208380885U (zh) 一种一体化轴向悬浮永磁同步屏蔽泵
RU2545166C1 (ru) Магнитный редуктор
JP2016039733A (ja) フライホイール装置及び、発電及び駆動モータ装置
RU2650178C1 (ru) Двигатель-маховик
JP7064728B2 (ja) フライホイール装置及び回転電機
US20130264990A1 (en) Synchronous Motor With Soft Start Element Formed Between The Motor Rotor And Motor Output Shaft To Successfully Synchronize Loads That Have High Inertia And/Or High Torque
JPWO2021182612A5 (ru)
CN106949142A (zh) 一种外转子径向六极的径向‑轴向混合磁轴承
CN208364604U (zh) 永磁轴承
JP3215881U (ja) フライホイール装置及び回転電機
RU134714U1 (ru) Электродвигатель-маховик
RU166310U1 (ru) Гидрогенератор

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190818