Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в автономных энергоустановках, использующих энергию текучей среды в том числе газов с преобразованием её в электрическую энергию. Может применятся в любых отраслях промышленности, а также для транспортных средств, в том числе для летательных и космических аппаратов.

Известно «Роторная система магнитоэлектрической машины» (патент RU 2555100, опубликовано 10.07.2015г.), выбрана в качестве прототипа, содержащая корпус турбинного блока, турбину на валу, установленном в подшипниках, корпус генератора, ротор, состоящий из равномерно размещенных постоянных магнитов, намагниченных в радиальном направлении с чередующейся полярностью, характеризующаяся тем, что турбина и ротор установлены на едином пустотелом валу, с возможностью прокачки хладагента через его полость насосом, установленным со стороны турбины, причем на конце пустотелого вала выполнены спиралевидные канавки, а пустотелый вал с ротором образуют цилиндр постоянного сечения, на внешней поверхности которого установлена бандажная оболочка из высокопрочного немагнитного материала. Подшипники могут быть выполнены: в виде бесконтактных газовых опор; в виде электромагнитных подшипников; в виде гибридных магнитных подшипников.

Недостатками прототипа являются: наличие выходных вращающихся деталей (вала), соответственно требуются надёжные кольцевые уплотнения; необходимость охлаждения с помощью хладагентов, что соответственно усложняет конструкцию, а также требует дополнительных устройств для функционирования; возможность того что, часть хладагента может попасть в воздушный зазор между пустотелым валом с постоянными магнитами и статором, и тем самым привести к коррозии магнитов, бандажной оболочки и нарушению целостности изоляции обмоток. Предохраняющие канавки не являются достаточно надёжным решением, да и выполняют они свои функции только при вращении вала.

Известно «Роторная система магнитоэлектрической машины», (патент RU 2475926, опубликовано 20.02.2013г.) состоящая, по крайней мере, из двух коаксиальных роторов, содержащая наружный ротор, на котором равномерно размещены постоянные магниты, постоянные магниты намагничены в радиальном направлении, между постоянными магнитами имеются зазоры, в указанных зазорах размещены выполненные из немагнитного неэлектропроводящего материала удерживающие элементы, характеризующаяся тем, что, с целью повышения критических частот и повышения запаса прочности по напряжениям от центробежных сил, внешний ротор выполнен в виде пустотелого цилиндра из высокопрочного немагнитного, неэлектропроводящего материла, в котором закреплены постоянные магниты, полярность постоянных магнитов чередуется, а внутренний ротор выполнен в виде вала из магнитомягкого материала, зубчатого снаружи, при этом число зубцов внутреннего ротора равно числу постоянных магнитов, радиальные подшипники внешнего ротора располагаются за пределами сердечника статора, радиальные подшипники внутреннего ротора располагаются за пределами подшипников внешнего ротора, а в качестве осевого подшипника внешнего ротора используются осевые магнитные силы взаимодействия постоянных магнитов внешнего ротора, сердечника статора и вала. При этом возможно: зубцов вала может быть больше двух; перемещение вала в осевом направлении может быть фиксировано осевым подшипником; вал может быть выполнен пустотелым, сплошным; высокопрочный неэлектропроводящий материал вала и удерживающих элементов - углепластик, стеклопластик; на валу находятся колеса турбины и компрессора; на валу находится шлицевое соединение; на валу находится зубчатое соединение; на валу находится вентилятор; в качестве радиальных подшипников используются газодинамические лепестковые подшипники скольжения, обеспечивающие подвес ротора за счет «газовой смазки»; между внешним ротором и статором расположена закрепленная на статоре гильза, герметизирующая полость ротора за счет магнитного уплотнения; внутренние подшипники находятся внутри полого вала; статор имеет высоковольтную обмотку с числом пазов на полюс и фазу q<l ; статор имеет низковольтную обмотку с числом пазов на полюс и фазу q ^~ 1.

Недостатками прототипа являются негерметичность устройства, а также сложность конструкции.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание устройства, не имеющего выходных движущихся элементов при этом обладающего энергетическими характеристиками выше чем у прототипа при уменьшении нужной для этого скорости вращения, при уменьшении тепловых нагрузок, а также обладающего возможностью долговременно и автономно функционировать по замкнутому циклу. В качестве такого устройства был выбрана роторная система магнитоэлектрической машины, функционирующая посредством жидкости или газа в качестве рабочего тела при предельно минимальном расходовании последнего либо без такого расходования, а также, при той же конструкции, функционирующий посредством разряжения.

Техническая задача решается тем, что согласно изобретению устройство «Роторная система магнитоэлектрической машины» содержит корпус с внутренней проточкой, с двух сторон закрытый крышками, внутри корпуса, жёстко, между крышек корпуса установлен статор с каналами подвода и отвода рабочей среды, посредством подшипников на статоре установлен ротор с лопастями снабжённый постоянными магнитами намагниченными в радиальном направлении с чередующейся полярностью, поверх постоянных магнитов установлена бандажная оболочка из высокопрочного немагнитного материала отличающаяся тем, что элементы генератора, а именно статор с обмотками установлены снаружи на корпусе, корпус выполнен из немагнитного материала, элементы роторной машины, а именно ротор является внешним по отношению к статору. Кроме того, в статоре роторной машины, каналы подвода рабочего тела к камере ротора могут быть выполнены тангенциально к оси статора; в статоре роторной машины могут быть выполнены каналы для замены смазки в подшипниках ротора; в статоре роторной машины могут быть выполнены каналы и полости для прокачки хладагента через них насосом; корпус и крышки могут иметь каналы для прокачки через них хладагента насосом; корпус и крышки могут иметь поверхности (рёбра охлаждения), обеспечивающие увеличение охлаждаемой площади. Техническим результатом является герметичность роторной системы за счёт отсутствия в конструкции выходных вращающихся, выходных движущихся элементов, минимизация теплопередачи между элементами роторной машины и элементами генератора, результатом чего является минимизация нагрева элементов генератора, а именно статора с обмотками, при обеспечении возможности концентрации давления на лопасть ротора со стороны входного канала при отсутствии сопротивления за лопастями, а также за счёт обеспечения возможности регулирования давления в рабочей камере ротора.

Изобретение поясняется фигурами. На фиг.1 показано устройство в разрезе, на фиг.2 разрез А-А (только ротор 6 и статор 4).

Устройство содержит корпус 1 с внутренней проточкой, с двух сторон закрытый крышками 2, 3. Корпус 1 выполнен из высокопрочного немагнитного неэлектропроводящего материла. Такими материалами могут быть композитные материалы, стеклопластик и углепластик. Внутри корпуса 1 , жёстко, между крышек 2, 3 корпуса установлен статор 4 с каналами подвода и отвода рабочей среды. Конструктивно, по меньше мере, одна из крышек корпуса выполнена таким образом, что обеспечены доступ к каналам подвода и отвода рабочей среды статора, а также фиксация статора в корпусе. Вводное отверстие в статоре, на канале подвода рабочего тела, может быть снабжено запорным или обратным клапаном. В зависимости от требований к температурному режиму, корпус 1, крышки 2, 3, статор 4 могут иметь каналы и полости, через которые можно прокачивать охлаждающую жидкость. Снаружи, корпус 1 , крышки 2, 3 могут иметь поверхности (рёбра охлаждения), увеличивающие площадь охлаждения. Посредством подшипников 5 на статоре 4 установлен ротор 6 с лопастями. В устройстве может б

использоваться маховик. В этом случае ротор 6 конструктивно совмещён с маховиком. Маховик обеспечивает возможность балансировки связки маховик-ротор и повышает плавность хода, стабилизирует ход. В статоре 4 могут быть выполнены каналы для замены смазки в подшипниках. Также подшипники могут быть выполнены в виде бесконтактных газовых опор, могут быть выполнены в виде электромагнитных подшипников, могут быть выполнены в виде гибридных магнитных подшипников. Ротор 6 с лопастями выполнен разъёмным и является внешним по отношению к статору 4. Разъёмным ротор 6 может быть по оси либо по диагонали. Внутренняя полость статора 4 посредством каналов подвода рабочего тела, выполненных тангенциально к оси статора 4, связана с рабочей камерой ротора 6, а именно с объёмом этой камеры, ограниченной внешней поверхностью статора 4 и лопастями ротора 6. Каналы подвода или хотя один из них, выполнены таким образом, что рабочее тело имеет всегда, независимо от положения ротора 6, возможность поступления к лопастям ротора. Для концентрации давления на лопасть и во избежание потери давления, проточка во внутреннем корпусе 1 и лопасти ротора 6 выполнены таким образом, чтобы обеспечить наилучшее прилегание друг к другу. Например, лопасти могут быть шарнирно закреплены на роторе и подпружинены. В канале отвода рабочего тела выполненном в статоре 4 установлен редукционный клапан. В зависимости от требований к частоте вращения ротора 6, редукционный клапан может иметь соответствующие настройки для открытия и закрытия. Вышеуказанные статор 4 и ротор 6 являются элементами роторной машины. На роторе 6 установлен ротор, состоящий из равномерно размещенных постоянных магнитов 7, намагниченных в радиальном направлении с чередующейся полярностью, поверх постоянных магнитов 7 установлена бандажная оболочка 8 из высокопрочного немагнитного материала. Наружный ротор может представлять собой внешний и внутренний, пустотелые цилиндры из высокопрочного немагнитного неэлектропроводящего материла. Такими материалами могут служить стеклопластик и углепластик. Между кольцами равномерно размещены постоянные магниты, которые намагничены в радиальном направлении, полярность постоянных магнитов по окружности чередуется. Между постоянными магнитами имеются зазоры, в указанных зазорах размещены выполненные из немагнитного неэлектропроводящего материала, например, стеклопластика или углепластика, удерживающие элементы. Внешний и внутренний пустотелые цилиндры, удерживающие элементы, технологически представляют собой единое целое. Снаружи, на корпусе 1 установлен статор 9 с обмотками 10. С устройством может использоваться аккумулятор рабочего тела. Им может быть гидроаккумулятор или подобное устройство, помогает поддерживать наиболее оптимальное давление во всей системе роторной машины, блокирует гидроудары или удары другого рабочего тела, которые могут происходить в момент запуска или открытия клапанов, служит накопителем рабочего тела.

Устройство функционирует следующим образом.

Рабочее тело (газ или жидкость) под давлением превышающем атмосферное подаётся в каналы для подвода рабочего тела выполненные в статоре 4 роторной машины. Далее, по этим каналам рабочее тело попадает во внутреннюю полость статора 4. Через каналы, выполненные тангенциально к оси статора 4, рабочее тело попадает в рабочую камеру ротора 6, соответственно оказывая давление на каждую последующую лопасть ротора 6. Ротор 6 приводится во вращение. Маховик (при наличии) накапливает энергию, стабилизирует ход ротора. Непрерывное вращение ротора 6 обусловлено тем, что каждая следующая лопасть попадает под постоянное давление рабочего тела. При данной конструкции мы получаем нулевую потерю давления. Снижение технических характеристик может быть обусловлена только потерей текучей среды из-за износа сопрягаемых трущихся поверхностей устройства. Соответственно вращается связанный с ротором 6 и наружный ротор содержащий постоянные магниты 7 намагниченные в радиальном направлении, полярность которых по окружности чередуется. Посредством редукционного клапана в рабочей камере ротора 6 на требуемой величине поддерживается давление рабочего тела. Поле постоянных магнитов 7, перемещающихся вместе с ротором, пересекает обмотку 10 статора 9, в которой наводится ЭДС и вырабатывается электрическая энергия.

Вращение ротора 6 также может обеспечивается и посредством разряжения. Через запорный или обратный клапан (если имеются) из полости статора 4 удаляют (откачивают) воздух, другой газ или жидкость. Для приведения в движение ротора 6, в полости статора 4 и соответственно в подводных каналах статора должно быть разряжение. При достижении разряжения в этой полости, достаточным для проворачивания ротора 6, последний приходит в движение в сторону разряжения, то есть в обратную сторону.