Адаптивный электромеханический преобразователь

Адаптивный электромеханический преобразователь относится к электротехнике, а более конкретно, к электромеханическим преобразователям для генерации и транспортирования тепловой энергии. Напорные лопасти преобразователя при пуске имеют форму, которая обеспечивает захват ими малого количества теплоносителя, находящегося внутри устройства, что обеспечивает низкий противодействующий момент со стороны теплоносителя вращению напорных лопастей. При повышении температуры теплоносителя за счет теплопередачи нагреваются элементы напорных лопастей. Так как материалы элементов имеют разные значения коэффициентов теплового линейного расширения, на лопасти действует момент, изгибающий лопасти. В результате обеспечивается снижение пускового тока преобразователя.

Полезная модель относится к электротехнике, а более конкретно, к электромеханическим преобразователям, генерирующим тепловую и механическую энергию.

Известен теплогенерирующий электромеханический преобразователь (RU 65335, H05B 6/10, F25B 29/00, 27.07.2007), содержащий первичную обмотку, магнитопровод и вращающуюся короткозамкнутую вторичную обмотку, выполненную в виде полого цилиндра. Вращающаяся вторичная обмотка и магнитопровод разделены дополнительным теплоизолирующим элементом из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию радиального и/или упорного подшипника скольжения и составляющего единое целое с магнитопроводом и первичной обмоткой, а на внутренней поверхности вторичной обмотки сформированы и жестко связаны с ней напорные лопасти, которые осуществляют перекачку теплоносителя.

Известен теплогенерирующий электромеханический преобразователь (RU 87855, H05B 6/10, 20.10.2009), выбранный в качестве прототипа и содержащий первичную обмотку, уложенную на наружной боковой поверхности магнитопровода цилиндрической формы. Внутри магнитопровода расположена вращающаяся короткозамкнутая вторичная обмотка, выполненная в виде полого цилиндра. Вращающаяся вторичная обмотка и магнитопровод разделены дополнительным теплоизолирующим элементом из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию радиально-упорного подшипника скольжения и составляющего единое целое с магнитопроводом и первичной обмоткой. На внутренней поверхности вторичной обмотки сформированы и жестко связаны с ней напорные лопасти. Магнитопровод охвачен наружным кожухом, при этом внешняя поверхность магнитопровода и внутренняя поверхность наружного кожуха образуют канал для теплоносителя.

Недостатками данных устройств является высокий пусковой ток преобразователя, обусловленный большим моментом сопротивления, создаваемым теплоносителем при пуске.

Задача полезной модели - снижение пускового тока адаптивного электромеханического преобразователя за счет использования изменения размерных соотношений напорных лопастей при изменении температуры теплоносителя.

Технический результат достигается тем, что в адаптивном электромеханическом преобразователе, содержащем первичную обмотку, уложенную на наружной боковой поверхности магнитопровода цилиндрической формы, внутри которого расположена вращающаяся короткозамкнутая вторичная обмотка, имеющая вид полого цилиндра, причем вращающаяся вторичная обмотка и магнитопровод разделены дополнительным теплоизолирующим элементом из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию радиально-упорного подшипника скольжения и составляющего единое целое с охваченным наружным кожухом магнитопроводом и первичной обмоткой, при этом внешняя поверхность магнитопровода и внутренняя поверхность наружного кожуха образуют канал для теплоносителя, а на внутренней поверхности вторичной обмотки сформированы и механически связаны с ней напорные лопасти, которые выполнены в виде жестко связанных между собой элементов из материалов с различными коэффициентами теплового линейного расширения (КТЛР).

На фиг. 1 показан общий вид адаптивного электромеханического преобразователя, на фиг. 2 - поперечный разрез вторичной обмотки адаптивного электромеханического преобразователя в пусковом режиме, на фиг. 3 - поперечный разрез вторичной обмотки адаптивного электромеханического преобразователя в рабочем установившимся режиме.

Адаптивный электромеханический преобразователь содержит наружный кожух 1 (фиг. 1), внутри которого размещен магнитопровод цилиндрической формы 2. На наружной боковой поверхности магнитопровода 2 уложена первичная обмотка 3. Внутри магнитопровода 2 расположена вторичная обмотка 4, выполненная из электропроводящего материала, например, из алюминия, имеющая форму полого цилиндра, на внутренней поверхности которого сформированы и механически связаны с ней напорные лопасти 5. Внешняя поверхность магнитопровода 2 и внутренняя поверхность наружного кожуха 1 образуют канал 6, предназначенный для перемещения теплоносителя, например, воды или трансформаторного масла. Стрелками на фиг. 1 показано направление движения теплоносителя. Торцевые части вторичной обмотки 4 и магнитопровода 2 разделены элементом 7 из самосмазывающегося неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию подшипника скольжения и обеспечивающего свободное вращение вторичной обмотки 4 в тангенциальном направлении, но ограничивающим ее осевое перемещение относительно магнитопровода 2. Напорные лопасти 5 жестко прикреплены к внутренней поверхности вторичной обмотки 4. Напорные лопасти 5 состоят из жестко соединенных между собой элементов 8 и 9 (фиг. 2 и 3), выполненных из материалов с различными КТЛР, например, из алюминия и инвара. При изготовлении напорные лопасти 5 ориентированы радиально, а первым в направлении вращения вторичной обмотки 4 располагается элемент 9 из материала с меньшим КТЛР.

Адаптивный электромеханический преобразователь работает следующим образом.

На первичную обмотку 3 (фиг. 1) подается напряжение от электрической сети переменного тока. Проходящий при этом по обмотке 3 ток создает намагничивающую силу и переменное магнитное поле, наводящее на основании закона электромагнитной индукции во вторичной обмотке 4 электродвижущие силы и обусловленные ими вторичные токи, взаимодействующие с первичным магнитным полем, созданным первичной обмоткой 3. Количество теплоты, выделяемое во вторичной обмотке 4, и ее производительность, т.е. количество нагреваемой и/или перемещаемой среды в единицу времени, зависят от величины тока, наведенного во вторичной обмотке 4. Вращающаяся вторичная обмотка 4 обеспечивает отбор тепла с внутренней поверхности магнитопровода 2 за счет закручивания нагреваемого и/или перемещаемого теплоносителя. Так как между торцевыми поверхностями магнитопровода 2 и вторичной обмотки 4 расположен элемент 7, выполненный из самосмазывающегося материала и представляющий собой подшипник скольжения, вторичная обмотка 4 приходит во вращение со скоростью, определяемой параметрами преобразователя. При вращении вторичной обмотки 4, выполненной в виде полого цилиндра, к внутренней поверхности которого жестко прикреплены напорные лопасти 5, теплоноситель перемещается по двум каналам - внутреннему и внешнему. Во внутреннем канале теплоноситель нагревается за счет отвода тепловой мощности вращающейся вторичной обмотки 4, а также механических, гидравлических и добавочных потерь. Во внешнем канале 6, образованном внешней поверхностью магнитопровода 2, в котором уложена первичная обмотка 3, и наружным кожухом 1, нагрев теплоносителя происходит за счет электрических потерь в первичной обмотке 3 и магнитных потерь.

Напорные лопасти 5 при пуске (фиг. 2), т.е. при низкой температуре теплоносителя ориентированы радиально и имеют форму, которая обеспечивает захват ими малого количества теплоносителя, находящегося внутри вторичной обмотки 4, что обеспечивает малый противодействующий момент со стороны теплоносителя вращению напорных лопастей 5 и, соответственно, снижение пускового тока.

По мере повышения температуры теплоносителя нагреваются элементы 8 и 9 напорных лопастей 5 (фиг. 3). Так как элементы 8 и 9 выполнены из материалов с разными коэффициентами теплового линейного расширения, причем первым по направлению вращения обмотки 4 расположен элемент 9 с меньшим КТЛР, на лопасти 5 действует момент, изгибающий лопасти 5 и делающий их вогнутыми по направлению вращения обмотки 4.

В случае прекращения работы адаптивного электромеханического преобразователя и снижении температуры теплоносителя, изгибающий момент, действующий на напорные лопасти, уменьшается и последние возвращаются в первоначальное положение.

Таким образом, изменение размерных соотношений напорных лопастей 5 адаптивного электромеханического преобразователя при изменении температуры теплоносителя в зависимости от режима работы обеспечивает снижение пускового тока преобразователя.

Адаптивный электромеханический преобразователь, содержащий первичную обмотку, уложенную на наружной боковой поверхности магнито-провода цилиндрической формы, внутри которого расположена вращающаяся короткозамкнутая вторичная обмотка в виде полого цилиндра, причем вращающаяся вторичная обмотка и магнитопровод разделены дополнительным теплоизолирующим элементом из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию радиально-упорного подшипника скольжения и составляющего единое целое с охваченным наружным кожухом магнитопроводом и первичной обмоткой, а на внутренней поверхности вторичной обмотки сформированы и механически связаны с ней напорные лопасти, при этом внешняя поверхность магнитопровода и внутренняя поверхность наружного кожуха образуют канал для перемещения теплоносителя, отличающийся тем, что напорные лопасти выполнены в виде жестко связанных между собой элементов из различных материалов, причем первым в направлении вращения вторичной обмотки располагается элемент из материала с меньшим значением коэффициента теплового линейного расширения.

РИСУНКИ