Маховик с магнитной смазкой (варианты)



Маховик с магнитной смазкой (варианты)
Маховик с магнитной смазкой (варианты)
Маховик с магнитной смазкой (варианты)
Маховик с магнитной смазкой (варианты)
Маховик с магнитной смазкой (варианты)

Владельцы патента RU 2658061:

Захаренко Андрей Борисович (RU)

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.

 

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.

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, в частности к двигателям-маховикам, и может использоваться для систем ориентации и стабилизации космических аппаратов.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении стабильности и к.п.д.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении стабильности и к.п.д.

Изобретение относится к электротехнике, к накопителям энергии для транспортных систем, летательных аппаратов, источников аварийного и бесперебойного питания систем связи и телекоммуникаций, для атомных, ветровых, солнечных электростанций.

Изобретение относится к области двухколесных транспортных средств, в частности к устройствам принудительного наклона или предотвращения наклона двухколёсного транспортного средства.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве накопителя энергии для транспортных средств и источника бесперебойного питания для ветровых электростанций.

Изобретение относится к области машиностроения. Механический накопитель содержит маховик и привод в виде магнитного редуктора, размещенные соосно и в герметично разделенных между собой корпусах.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и электротехники. Ветроэнергетическая установка содержит ветроколесо, соединенное посредством вала с мультипликатором, выходной вал которого соединен с обгонной муфтой, соединенной с асинхронным генератором с короткозамкнутым ротором, который электрически соединен с батареей пусковых конденсаторов, трансформаторами напряжения, диодным мостом, блоком управления, электрически соединенным с аккумуляторной батареей.

Изобретение относится к области энергетики. Технический результат - повышение энергоэффективности и энергосбережения накопителя энергии.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам снижения потребления электрической энергии из питающей сети. Способ снижения потребления электрической энергии из питающей сети заключается в накоплении инерционным аккумулятором (маховиком) кинетической энергии с последующей передачей накопленной энергии электродвигателям и синхронному генератору во время появления активной электрической нагрузки в цепи генератора.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромагнитным приводам постоянного тока для передачи угловых перемещений, и может быть использовано для создания двухпозиционных электромагнитных реле или устройств с поворотом подвижного элемента на некоторый ограниченный угол и обратно с двумя устойчивыми состояниями.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к двигателям-маховикам, и может использоваться для систем ориентации и стабилизации космических аппаратов.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройству роторов электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов. Технический результат – повышение энергетических характеристик.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - повышение частоты вращения ротора и уменьшение в нем дополнительных потерь.

Изобретение относится к электрическому двигателю с низким моментом короткого замыкания, предназначенному для использования в приводном устройстве с несколькими двигателями, приводящими в движение один и тот же элемент.

Изобретение относится к области гидроэнергетики, в частности к конструкции гидроэлектрической турбины, содержащей статор и концентрически размещенный внутри него ротор.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в синхронных генераторах. Технический результат состоит в снижении сопротивления ротора вращению от первичного двигателя в результате пространственного разделения основного и вторичного магнитных потоков и снижения, таким образом, степени их взаимодействия.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - обеспечение отказоустойчивой конструкции машины.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, в частности электрогенераторам переменного тока. Технический результат - повышение рабочего магнитного потока магнитоэлектрической машины.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам с обмоткой, не содержащей железа. Электродвигатель (1), включающий в себя, по меньшей мере, первичную часть (2а, 2b) с обмоткой (3), не содержащей железа, которая содержит, по меньшей мере, две фазы (6), при этом одна фаза (6) включает в себя, по меньшей мере, два жгута (4) обмотки и, по меньшей мере, один электрический соединительный элемент (5), и вторичную часть (7а, 7b) с четным количеством магнитных полюсов (8), которые с чередованием расположены на вторичной части (7а, 7b), при этом обмотка (3) расположена на первичной части (2а, 2b) в воздушном зазоре (9) между первичной частью (2а, 2b) и вторичной частью (7а, 7b) по отношению к оси (10а, 10b) таким образом, что соответствующие жгуты (4) обмотки фазы (6) расположены напротив соответствующего магнитного полюса (8), и все магнитные полюса (8) выполнены с возможностью одновременного использования для образования усилия.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – эффективное охлаждение сердечника ротора.

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 или прямых круговых цилиндрических колец 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.

Наверх