ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА РАДИАЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК H02K44/02 H02K44/08 H02K44/12 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в металлургии, энергетике, химии.

Существо предложения. Принцип действия.

Существует два класса электрических машин: вращательного и поступательного движения. Преобразование энергии в них связано с наличием электромагнитной силы и электродвижущей силы (ЭДС).

Значение электромагнитной силы - F можно представить, как векторное произведение суммарного магнитного потока - Ф на суммарный ток - I, взаимодействующий с потоком Ф.

ЭДС машины - Е можно представить, как векторное произведение суммарного магнитного потока Ф на линейную скорость подвижной части машины - V.

Для машин вращательного и поступательного движения возможны четыре комбинации расположения векторов F, Ф и I относительно оси машины А-А. На фиг.1 дано расположение векторов у наиболее распространенного типа электромашин, когда ток направлен вдоль оси А-А и поток радиально к ней; на фиг.2 векторы I и Ф поменялись местами - это дисковые электрические машины. На фиг.3 и 4 даны комбинации расположения векторов F, Ф и I относительно оси А-А для машин поступательного движения. Так использованы четыре комбинации расположения векторов относительно оси А-А. Всего возможны шесть комбинаций расположения векторов F, Ф и I относительно оси А-А, следовательно, может и должен существовать третий класс электрических машин.

Третьим классом электрических машин могут быть машины радиального движения. Расположение векторов F, Ф и I для них относительно оси А-А дано на фиг.5 и 6. Здесь, как и для классов вращательного и поступательного движения, рассмотрены различные варианты расположения векторов Ф и I при сохранении радиального направления вектора F. Если машина по варианту фиг.5 имеет круглое поперечное сечение, то векторы индукции от потока Ф замыкаются по концентрическим окружностям относительно оси А-А. Благодаря этому в машине варианта по фиг.5 устройство системы возбуждения индуктор может быть более простым при использовании постоянных магнитов, что затруднено по варианту фиг.6.

Поскольку электромагнитные силы в электрических машинах радиального движения должны быть направлены всегда радиально в сторону центральной оси, то радиальные каналы должны быть суживающимися по направлению к центральной оси А-А, а подвижной массой, перемещающейся в каналах, должны быть ионизированные газы или жидкость, в том числе расплавленный металл.

Аналогом предлагаемой электрической машины может быть МГД-генератор по патенту ЕР 0058266 опубл. 25.08.1982 г. (3).

Специфика конструкции и принцип действия электрических машин радиального действия по данному изобретению представлены в машине на примере генераторного режима по варианту фиг.5, эскиз поперечного сечения которого представлен на фиг.7 и продольного сечения на фиг.8. На фиг.7 обозначены корпус машины 1, радиальные каналы 2, элементы системы возбуждения 3 в виде постоянных магнитов, а также показано направление тока I знаком +, расположение векторов F, Ф и I для части каналов, и обозначена полярность постоянных магнитов N, S; на фиг.8 показаны направление тока I, сил F и электроды 4 для подвода тока I к каналам от внешнего напряжения, выполненные в виде металлических пластин, примыкающих к кромкам каналов.

В качестве подвижной массы для генераторного режима обычно принимаются ионизированные газы: низко- или высокотемпературная плазма, подводимые через сопло 5 к суженым участкам каналов в районе центральной оси А-А с повышенным давлением. Кинетическая энергия подведенных газов расходуется на преодоление электромагнитных сил F, а движение проводящей массы - проводника - со скоростью V обеспечивает создание ЭДС на электродах 4 и тока I во внешней цепи.

Как и машины класса вращательного и поступательного движения машина радиального движения способна работать и в двигательном режиме. В этом случае подвижная масса, подведенная к радиальным каналам из полости между корпусом и элементами индуктора будет поступать под воздействием силы F в продольную полость, расположенную по оси А-А, создавая напор, обеспечивающий продвижение массы вне машины.

В режиме генератора ионизированная масса (ионизированный газ) подводится с повышенным давлением к участку трубы 5, служащим соплом, и далее по радиальным каналам в полость корпуса 1, где утилизируется.

Подвижная масса рассмотрена в виде ионизированных газов или жидкостей.

Не исключено, что в электрических машинах радиального движения можно использовать подвижную массу в виде твердого проводника - порошка или других электропроводящих твердых частиц.

В качестве примера известных аналогов предлагаемой машины может быть также рассмотрены электрические машины радиального движения в двигательном режиме для подвижной массы в виде ионизированных газов или жидкостей. Такие машины, называемые магнитодинамической - МГД машиной, используются, хотя не слишком широко, в силу известных недостатков (1, 2).

В МГД машинах индукционного типа, подобных линейным асинхронным машинам, значителен воздушный зазор, равный высоте короба, по которому пропускается жидкий металл, это резко снижает коэффициент мощности и КПД машин. Кроме того, значительное усложнение конструкции и ухудшение показателей машин вызывают краевые эффекты, потоки рассеяния и другое.

МГД машины индукционного типа, подобных линейным асинхронным машинам, значителен воздушный зазор, равный высоте короба, по которому пропускается жидкий металл, это резко снижает коэффициент мощности и КПД машин. Кроме того, значительное усложнение конструкции и ухудшение показателей машин вызывают краевые эффекты, потоки рассеяния и другое.

МГД машины кондукционного типа, подобные машинам постоянного тока, имеют низкие энергетические показатели и трудность реализации конструкции, связанную с проблемой подвода тока к металлу в режиме насоса, измеряемому в нескольких сот тысячах ампер при напряжении 2-4 В, что имеет место для насосов большой производительности. Сложной получается и система возбуждения для требуемого магнитного потока из-за больших воздушных зазоров.

Указанные трудности преодолимы в значительной степени в предлагаемом МГД генераторе или МГД насосе радиального движения.

Согласно фиг.7 у предлагаемой машины вместо одного канала, с большим воздушным зазором по аналогу, число каналов выбрано 12, но возможно и большее число с соответствующим уменьшением воздушного зазора. Площадь канала значительна, но средняя ширина - воздушный зазор - не велика, что позволяет упростить систему возбуждения при использовании постоянных магнитов. Резко (в 12 раз) упрощается система подвода или отвода токов, так как они могут соединяться последовательно внешними перемычками 6, соединяющими выход одного канала с входом смежного канала на противоположной стороне, чем многократно повышается ЭДС, которая пропорциональна суммарной ЭДС каналов, увеличена производительность и мощность генератора. Упрощается конструкция элементов машины и улучшаются энергетические показатели.

Предлагаемая конструкция электрической машины в дополнение к существующим классам машин вращательного и поступательного движения, отличается тем, что выполнена с числом каналов больше двух, которые расположены между источниками магнитного поля и сужающихся по направлению к центральной оси машины. Это шаг в область новых технологий. Электрические машины радиального движения могут использоваться в энергетике, в том числе ядерной при прокачке металлов с низкой температурой плавления, а также в других сферах для различных целей.

Источники информации

1. Вольдек А.И. «Индукционные магнитодинамические машины с металлическим жидким телом», 1970.

2. Бирзвалк Ю.А. «Основы теории и расчета кондукционных МГД насосов постоянного тока», 1968.

3. Патент ЕР 0058266 от 25.08.1982 г.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в области атомной энергетики, металлургии и других областях техники. Электрическая машина состоит из корпуса, выполненного в виде двух участков труб - внутренней и наружной, охватывающего двенадцать каналов, сужающихся от наружной трубы к внутренней. Через каналы проходит жидкий металл. Между каналами расположены постоянные магниты, создающие в каналах магнитный поток. В результате взаимодействия протекающего через каналы тока с потоком в каналах в жидком металле наводится электродвижущая сила. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в упрощении системы отвода тока, что позволяет упростить конструкцию машины и снизить ее стоимость за счет последовательного подключения участков каналов к внешней цепи. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Электрическая машина радиального движения, содержащая цилиндрический индуктор для создания магнитного потока и канал с электропроводящей подвижной массой, в которой электромагнитные и электродвижущие силы создаются от взаимодействия с магнитным полем, отличающаяся тем, что она выполнена с числом каналов больше двух, причем каналы радиально расположены между источниками магнитного поля индуктора и выполнены сужающимися по направлению к центральной оси машины.2. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что каналы снабжены внешними перемычками, соединяющими их последовательно.