МАГНИТОТЕПЛОВОЙ РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК F03G7/00 

Изобретение относится к энергетике, а именно к преобразователям тепловой энергии в механическую, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, быту и космической технике.

Аналогами изобретения могут служить ветродвигатели, использующие самовосполняемую энергию движения воздушных масс и содержащие крыльчатые или лопастные ветроколеса, редукторы и электрогенераторы на достаточно прочном и высоком основании (см. Сборник научных трудов Гидропроекта, выпуск 129, под. ред. Н.А. Малышева и В.М. Ляхтера, М. 1988, с.10).

Эти аналоги обеспечивают вращение механизма (например ветряной мельницы) или электрогенератора в результате вращения ветроколеса под воздействием ветра.

Недостатками аналогов являются необходимость выноса их кинематических узлов на значительную высоту, где имеется устойчивый ветер, потребность полигона и атмосферы.

Прототипом изобретения можно считать магнитотепловой двигатель, содержащий статор-соленоид, расположенный вокруг сегмента ротора, представляющего собой кольцо, набранное из сегментов ферромагнитного материала и изолирующих сегментов, причем статор и нижняя часть ротора опущены в ванну с хладагентом, а устойчивое положение ротора обеспечивается лишь опорой его на валы отбора мощности. Зоной нагрева на комнатную температуру является часть ротора, не опущенная в ванну с хладагентом. Рабочее вращение ротора обеспечивается вращением электромагнитных полей сегментов магнитного материала ротора и соленоида статора, в котором при вращении ротора возникнет ток индукции, создающий выталкивающее сегмент поле. Взаимодействие токов происходит в условиях сверхпроводимости, обеспечиваемой температурой хладагента (сжиженного газа)[1]
Недостатками прототипа являются техническая сложность устройства и энергоемкость (применение хладагента). Ротор прототипа не имеет простой надежной оси вращения и вращение его зависит от контактного трения с валами "отбора мощности".

Целью изобретения является повышение экономичности двигателя за счет упрощения конструкции и использования самовосполняемой энергии солнечной радиации (при возможности использования любой другой лучевой тепловой энергии). При этом имеется ввиду, что в космическом пространстве атмосферные образования и вращение планеты не препятствует солнечной радиации.

Поставленная цель достигается использованием магнитной жидкости, изменяющей свое магнитное состояние при изменении температуры (или твердого ферромагнетика, имеющего то же свойство), и блокировкой ротора с экранирующим статор колесом.

На фиг. 1 изображен продольный осевой разрез предлагаемого роторного двигателя; на фиг. 2 вид на двигатель слева по фиг. 1; на фиг. 3 в плане часть развертки общей цилиндрической поверхности А (см. фиг. 2), в которой расположены окружные детали колес двигателя (ротора, статора и экранирующего колеса).

Предлагаемый магнитотепловой роторный двигатель содержит статор 1 (см. фиг. 1), укрепленный на основании 2, причем в ступице статора 1 и в подшипнике 3 вращается ротор 4, сблокированный с экранирующим колесом 5. По окружности статора 1 расположены емкости 6 (см. фиг. 3) из парамагнитного прочного материала, обладающего большими коэффициентами теплопроводности и лучепоглощения. Емкости 6 заполнены магнитной жидкостью, жидкая основа которой обладает низкой вязкостью, а материал и размер частиц твердой фазы подобраны так, чтобы для определенного интервала температур, зависящего от местных, сезонных и т.п. параметров солнечной радиации, магнитная жидкость легко переходила из супермагнитного в ферромагнитное состояние (или наоборот) при экранизации солнечных лучей и определенном увеличении напряженности магнитного поля или наоборот, (см. В.Е. Фертман. Магнитные жидкости, Минск; 1988, с.60-68).

В порядке варианта вместо емкостей 6 на статор 1 могут быть установлены теплоизолированные друг от друга призмы из твердого ферромагнетика, имеющего низкую точку Кюри, то есть приемлемую температуру перехода из ферромагнитного в парамагнитное состояние (и наоборот), например, металла гадолиния, имеющего точку Кюри + 17^oС.

"Лопатки" ротора 4 (фиг. 1) представляют собой постоянные магниты 7 (фиг. 3), заключенные в экранирующие и концентрирующие магнитное поле кожухи 8 (фиг. 3), выполненные из магнитомягкого ферромагнетика и открытые со стороны, обращенной к емкостям 6. Магниты 7 (фиг. 3) развернуты по отношению к диаметральной осевой плоскости двигателя на угол α (см. фиг. 3), причем ось магнита 7 совпадает с осью каждой проходящей перед ним емкости 6 и совпадает с центром экранирующей лопатки 9 колеса 5 (фиг. 3), жестко сидящего на оси ротора 4.

Лопатки 9 выполнены из диамагнетика и имеют зеркальные отражатели 10, отражающие падающие на них солнечные лучи в направлении незащищенных лопатками соседних емкостей 6 (зона нагрева).

Экранирующее колесо 5 имеет шиберную прокладку 11 со стороны статора 1, лопатки которой также выполнены из диамагнитного материала и в открытом положении совпадают с лопатками 9 колеса 5 (зона охлаждения), а при необходимости уменьшает солнечную радиацию или совсем ее экранируют, а также могут перекрыть частично или совсем просветы между лопатками 9, исключив зону нагрева.

Магнитотепловой роторный двигатель работает следующим образом.

Когда шибер 11 перекрывает проемы между лопатками 9 колеса 5 параллельно оси двигателя, они не попадают на емкость 6 статора 1, и ротор 4 находится в некотором неподвижном положении равновесия сил взаимодействия между магнитами 7 и емкостями 6.

Если шибер 11 повернуть так, что его лопатки войдут под лопатки 9 экранирующего колеса 5, то открытые при этом емкости 6 статора 1 осветятся прямыми и отраженными от отражателей 10 лучами, температура магнитной жидкости в открытых емкостях 6 повысится и магнитная жидкость в них перейдет в супермагнитное состояние. Это нарушит равновесие сил магнитного взаимодействия ротора 4 и статора 1 и ротор 4 сдвинется в поиске нового равновесного положения. Но ротор 4 жестко сблокирован с экранирующим колесом 5, поэтому зоны нагрева и охлаждения емкостей 6 статора 1 переместятся вслед за движением ротора 4 и равновесное положение ротора 4 не сможет восстановиться, так как усилия магнитного взаимодействия между магнитами 7 ротора 4 и емкостями 6 статора 1, находящимися ферромагнитном состоянии: направлены под углом к плоскости ротора 4, близким углу a (см. фиг. 3), и, следовательно, имеются вращающие ротор 4 составляющие этих усилий (осевые составляющие гасятся подшипниками двигателя).

Останавливается двигатель выдвижением шибера 11 и торможением ротора 4 (тормоз на чертежах не изображен).

Так как переходы магнитной жидкости в ферромагнитное или супермагнитное состояния занимают миллионную долю секунды, двигатель может развивать значительные обороты в зависимости от конкретного его исполнения.

В отличие от прототипа статор предлагаемого двигателя содержит емкости с магнитной жидкостью, а ротор содержит постоянные магниты с магнитной арматурой, причем ротор сблокирован с экранирующим емкости статора колесом, имеющим шибер.

На примере прототипа и современной электротехники видно, что магнитные материалы уже давно широко применяются для создания разнообразных двигателей, но нигде не зафиксировано создание роторного двигателя, использующего магнитотепловые свойства магнитных жидкостей и самовосполняемую энергию солнечной радиации.

Предлагаемый двигатель может внести значительный вклад в экономию невосполняемой энергии в народном хозяйстве и может так же стать удобным источником энергии в космической технике.

Использование: энергомашиностроение. Сущность изобретения: двигатель содержит статор 1, укрепленный на основании 2, причем в ступице статора 1 и в подшипнике 3 вращается ротор 4, сблокированный с экранирующим колесом 5. По окружности статора 1 расположены емкости 6 из парамагнитного прочного материала, обладающего большими коэффициентами теплопроводности и лучепоглощения. "Лопатки" ротора 4 представляют собой постоянные магниты 7, заключенные в экранирующие и концентрирующие магнитное поле кожухи 8. Магниты 7 развернуты по отношению к диаметральной осевой плоскости двигателя на угол α , причем ось магнита 7 совпадает с осью каждой проходящей перед ним емкости 6 и совпадает с центром экранирующей лопатки 9 колеса 5, жестко сидящего на оси ротора 4. Лопатки 9 имеют зеркальные отражатели 10. Экранирующее колесо 5 имеет шиберную прокладку 11 со стороны статора 1. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Магнитотепловой роторный двигатель, содержащий статор с термомагнитным материалом и ротор, а также зоны нагрева и охлаждения, отличающийся тем, что термомагнитный материал статора выполнен в виде емкостей с магнитной жидкостью, а ротор содержит постоянные магниты с магнитной арматурой и жестко связан с экранирующим статор колесом, имеющим лопатки и шиберную прокладку, с возможностью создания переменных по ширине и перемещающихся синхронно с ротором зон нагрева и охлаждения емкостей статора. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что термомагнитный материал статора выполнен в виде призм из твердого ферромагнетика.