Магнитно-тепловой двигатель Советский патент 1983 года по МПК H01L37/04 

: Изобретение относится к устройствам, преобразующим тепловую энергию в механтгческую энергию вращения, и может быть использовано в качестве привода различных механизмов и элементов автоматики.

Идвесткшге устройства для преобразования тепловой энергии в механическую, содержащие ротор из ферромагнитного мате|зиала с точкой Кюрн, близкой к рабочей текшературе, и статор с укрепленным маг нитом, а таюке нагреватель и холодкаьник При нагревании локального участка рОтора находящегося в непосредственной близости к постоянному магниту, до температуры вьшге температуры Кюри (Те) материала ротора, этот локальный участок становтгг jH немагнитным, а магнит притягивает дальний холодный участок ротора, который сохраняет ферромагнитное состояние, равновесие нарушается и ротор начинает вра- Вдаться. При дальнейшем нагревании участка ротора, находящегося вблизи постоянного магнита, BpatneKHB будет постоянным. Восстановление ферромагнитных свойств материала ротора происходит в холодной зоне статора ( 1 .

Недостатком таких устройств является малая мсшшость и низкий КПД, за счет готерь тепла из-за теплопроводности меж ду холодным и теплым участками ротора.

.Пля повышения градиента температур в рабочей части ротора термозависимый ь втериал на роторе чередуют с теплоизопяционньпу{ в В1зде отдельных полос или пластин.

Известен также магнитно-тепловой дшигатель, содержащий корпус с зонами нагрева и охлаждения, расположенные в корпусе постояхдаый магнит и ротор, выполненный в виде чередующихся участков термомагнитного и теплоизоляционного материалов 23 .

Недостатком данного двигателя является низкая мощность и КПД, за счет того, что нагретый выше Tj-. участок не способствует созданию вращаютцего момента (он становится балластом).

Цель изобретения - повьпление мощное« ти и кпд двигателя.

Указанная цель достигается тем, что в магнитно-тепловом двигателе, содержащем корпус с зонами нагрева и охлаждения, расположенные в корпусе постоянный магшгг и ротор, выпсшненный в виде чередуюыгихся участков термомагнитного и тештоизоляционного материалов, участки тергломагигитного материала вьшолнены в виде шшерсионных постоянных магнитов и расположены так, что направление намагни-че1Ж ости И1гоерсионны,х постоянных магнитов, прилегающих к постоя1гаому магниту корпуса, совпадает с направлением поля этого магнита.

Инверсионные постоянные магниты выполнеш. из интерметаллического соединения туггая и кобальта.

Такое техническое решение стало возможным в связи с обнаружением инверсии намагниченности в соединешшТп -2 Со7 при изменении температуры. Это ЯБле1те заключается в том, что в постоянных магнитах из такого материала направление ос - таточной намагниченности и, следователн но, создаваемого ими поля при температуре компенсапии магнитных моментов подрешеток .температура инверсии) изменяется на противоположное. Такие магниты были названы инверсионными.

На чертеже изображен магнитно-тепловой двигатель, общий вид.

Двиг0те5пь содержит корпус 1, закрепленный на корпусе постоянный магнит Р, кольцеобразный ротор 3, закрепленный на валу 4. Ротор выполнен в виде чередующихся участков из инверсионных постоянных магнитов 5 (нп чертеже заштрихованы), разделенш тх теплоизолирук ци1 1 материалом 6 (незащтркхованные участки). Часть ротора, прилегающая к постоянному магниту 2, нахошггс в зоне 7 охлаждения, а противоположная в зОне 8 нагрева. Постоянный магнит 2 может быть расположен в зоне охлаждения или вне ее. Ротор расположен так, что направление намагниченности в инверсионных постоянных магнитах, прилегающих к постоянному магниту 2, совпадает с на правлеш5;ем его поля (показано стрелками) Двигатель работает следующим образом В кскоанам положении при температуре вьш1е температуры инверсии, направление намагниченности в инверсионном постоянном магните, прилежащети к постоянному магниту корпуса, совпадает с направлением его поля. Магниты притягиваются , ротор находится в равновесии. При охлаждении инверсионного постоянного магнита, прилежащего к постоянному магниту корпуса, ниже температуры инверсии направление намагниченности в нем и , следовательно, напраЕй1е:ние его поля изменится на противоположное. Под действием силы отталкивания противоположно направленных полей ротор начнет вращаться. Соседний инверсионный постоянный магнит, находящийся при температуре выше температуры инверсии , имеет направление намаптаченност.. совпадающее с полем постоянного магнита 2, и притянется к нему, ротор повернется на 36Р/|Г), 1де и-количество инверсионных постоянных мапштоБ, и будет находиться в равновесии до тех пор, пока этот магнит не охладится до температуры ниже температуры инверсии. Затем опять произойдет поворот ротора ни 36О/ii и т.д. Первоначальное направление намагничености в И1терсион11ых постоянных магнитах восстанавливается в зоне нагрева, где температура выше температуры инверсии ферромагнитного материала, из которого изготовлены инверсионные постоянные магниты ротора. В конкретной модели двигателя инвер сионные постоянные магниты изготовляются из интерметаллического соединения Тц(.Со имеющего температуру инверсии Тц 110 К Четыре таких магнита укрепляются на спицах ротора через 90 , теплоизоляционным материалом служит воздух. Ротор укрепляется в корпусе с возможностью враще1гая. В нижней части корпуса закрепляется постоянный магнит из интерметаллического соединения 5 m Со, При комнатной темпера туре ротор находится в равновесии за счет притяжения одного из инверсионных магнитов к постоянному магниту 2. Затем в корпус (поддон) заливается жидкий азот, в зоне охлаждения создается температура, равная 77 К (ниже температуры инверсии) Магнтгг ротора, находящийся в зоне охлаждения, меняет направление намагниченност 1Ш противоположное и отталкивается от магнита 2, ротор начинает поворачиваться следующий за ним попадает в поле действ ш постоянного магнита 2 и притягивается к нему, завершая поворот ротора на 90 . Этот магнит попадает в зону охлажде гая охлаждается ниже температуры инверсии. направление намагниченности в нем меняется на противоположное, ротор снова поворачивается на 9С . В верхней зоне ротора, где температура выше температуры инверсии инверсионных постоянных магиртов ротора, направление намагниченности в них устанавливается в первоначальное положение и вращение ротора происходит до тех пор , пока температура в нижней части статора поддерживается ниже температуры инверсии материапов инверсионных магнитов. В магнитно-тепловых двигателях, не - пользующих изменение магнитного состояния вещества вблизи температуры Кюри, вращающий момеиг( ) создается в результате за счет притяжения части ротора, сохранившей ферромагнитное состояние, к постоянному магниту стато - VMH, где V - объем этой части ротора, М-его намагниченность, Н-поле, создаваемое постоянным магнитом статора). В предлагаемом двигателе вращающий момент создается одновременно отталкиванием одного магнита ротора, температура которого ниже температуры инверсии, и притяжением другого магнита ротора с температурой выше температуры инверсгга к неподвижному постоянному магтггу статора. р - (м f -- dV Таким образом, при одинаковой величине намагниченности материалов ротора в магнитно-тепловых двигателях с шюерсионными постоянными магнитами по сравнению с известными обеспечивается увеличение мощности в два раза.

1. МАГНИТНО-ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий корпус с зонами нагрева н охлаждения, расположенные в корпусе постоянный магнит и ротор, выполненный в виде чередующихся участков термомагнитного и теплоизоляционного материалов, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности и КПД двигателя, участки термомагнитного матерт1ала выполнены в виде инверсионных пос тоянных магнитов и расположены так, что направление намагниченности инверсионных постоянных маптатов, пр11пегающих к постоянному магшггу корпуса, совпадает с направлением поля этого магнита. 2. Двигатель по п. 1, отличающий с я тем, что инверсионные постоянные магниты выполнены из интерметаллического соединения тулия и кобальта.. (Л С