Сверхвысокооборотный микрогенератор

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.

 

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.

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных установках с высокоскоростным электрическим приводом рабочего органа, в частности, в условиях вакуума.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромагнитомеханическим устройствам с двумя роторами, которые соосны и имеют электромагнитную связь.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к скважинному электродвигателю, к скважинному инструменту и к скважинной системе. Скважинный электродвигатель содержит корпус, в котором закреплен статор, ротор с возможностью вращения, расположенный внутри указанного статора, при этом ротор имеет фиксированный конец, закрепленный в фиксированном подшипнике во избежание перемещения в осевом направлении, и нефиксированный конец, закрепленный в нефиксированном подшипнике для возможности перемещения в осевом направлении во избежание осевых нагрузок вследствие термического расширения ротора при нагреве во время эксплуатации электродвигателя, причем указанные подшипники изготовлены, по меньшей мере, частично, из керамического материала.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к бесконтактным электродвигателям с возбуждением от постоянных магнитов, и может быть использовано в качестве погружного электродвигателя.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрических машинах. Технический результат - исключение избыточных заклинивающих связей в опорах при соединении с рабочим органом, повышение долговечности электродвигателя.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрических машинах. Технический результат -обеспечение улучшенной оценки токов подшипников.

Электрический погружной насос в соответствии с одним или более аспектами настоящего изобретения содержит корпус, статор, установленный в корпусе, вал, установленный с возможностью вращения внутри корпуса, и подшипник ротора, содержащий карбидную втулку подшипника, прикрепленную к валу металлическим элементом.

Изобретение относится к области электротехники и касается электрических машин и преобразователей угла. Предлагаемое устройство контроля содержит регулируемый стабилизированной источник постоянного тока (1), ключ (2), регулируемый резистор (3), первый усилитель (4), второй усилитель (5), компаратор (6), инвертор (7), первую схему И (8), мультивибратор (9), вторую схему И (10), первый счетчик (11), второй счетчик (12), первый регистр (13), второй регистр (14), компьютер (15), измеритель сопротивления (16), проверяемую электрическую машину (17), датчик углового положения (ДУП) (18), редуктор (19), электродвигатель (20), блок управления (БУ) (21), состоящий из следующих элементов: Т-триггера (22), третьей схемы И (23), реле (24) с его обмоткой (25) и с нормально замкнутым контактом (26), второго источника питания (27) и тумблера (28) СТАРТ.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано, в частности, в приводах стеклоочистителей автомобилей. .

Изобретение относится к насосу для перекачивания жидкости. Насос содержит приводной блок (3) и теплоотвод (23), соединенный с указанным приводным блоком (3).

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – повышение устойчивости к механическим нагрузкам.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к охлаждению электрической машины. Технический результат – улучшение охлаждения.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении эффективности охлаждения.

Изобретение относится к средствам охлаждения электродвигателя. В изобретении предусмотрена возможность охлаждения электродвигателя за счет того, что корпус (106) электродвигателя (100) содержит наружную оболочку (108), внутреннюю оболочку (110) и канал (116) для охлаждающей жидкости, расположенный между внутренней оболочкой (108) корпуса и наружной оболочкой (110) корпуса, при этом внутренняя оболочка корпуса имеет первое отверстие (128), обеспечивающее возможность прохода воздуха из воздушного канала (122) в роторе электродвигателя между внутренней оболочкой (108) корпуса и наружной оболочкой (110) корпуса, через канал (116) для охлаждающей жидкости.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для охлаждения. Техническим результатом является уменьшение непреднамеренного выхода протекающей в охлаждающей рубашке текучей среды при различных рабочих состояниях.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в упрощении конструкции охлаждения.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к синхронному генератору (301) безредукторной ветроэнергетической установки (100), содержащему наружный ротор (304) с независимым возбуждением, полюса которого выполнены в виде сердечников полюсных наконечников с обмотками возбуждения, и статор (302), при этом синхронный генератор (301) имеет наружный диаметр (344) ротора и отношение наружного диаметра статора к наружному диаметру генератора больше 0,86, в частности, больше 0,9 и, в частности, больше 0,92.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструкции синхронного генератора с наружным ротором для безредукторной ветроэнергетической установки. Синхронный генератор с наружным ротором содержит статор и состоящий из нескольких частей ротор с независимым возбуждением в виде сегментов, представляющих сердечники с катушками.

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к конструкциям электрических машин с наружным обдувом оребренного корпуса, и может применяться, например, в асинхронных двигателях общего назначения.

Изобретение относится к погружным электродвигателям, приводящим во вращение насосы для подъема жидкости из скважин, преимущественно к электродвигателям, работающим на повышенных частотах вращения.

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.

Наверх