Теплогенерирующий электромеханический преобразователь
Владельцы патента RU 2525234:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ") (RU)
Изобретение относится к электротехнике, а именно к теплогенерирующему электромеханическому преобразователю, предназначенному для нагрева и/или перемещения жидкой или газообразной среды. Устройство содержит дополнительный неподвижный элемент, выполненный из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функции радиального и/или упорного подшипника скольжения, из полимерного композиционного материала на основе эпоксидно-диановой смолы с наполнителем из порошка фторопласта, рубленого стекловолокна и дополнительно оксида алюминия Al2O3 или двуокиси кремния SiO2, что позволяет увеличить количество отводимого от первичной обмотки тепла. Увеличение коэффициента теплопроводности неподвижного теплоизолирующего элемента обеспечивает снижение температуры первичной обмотки теплогенерирующего электромеханического преобразователя, что соответственно повышает надежность его работы. 2 табл
Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для промышленных, сельскохозяйственных и бытовых нужд.
Известен электромеханический преобразователь, содержащий первичную обмотку, магнитопровод и вращающуюся короткозамкнутую вторичную обмотку в виде полого цилиндра, отделенную от магнитопровода дополнительным теплоизолирующим элементом из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию 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 (патент на полезную модель РФ №65335, МПК7 Н05В 6/10, F25B 29/00).
Наиболее близким по технической сущности является теплогенерирующий электромеханический преобразователь, содержащий первичную обмотку, магнитопровод и вращающуюся короткозамкнутую вторичную обмотку, выполненную в виде полого цилиндра, отделенного от магнитопровода 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, при этом дополнительный неподвижный теплоизолирующий элемент состоит из полимерного композиционного материала на основе эпоксидно-диановой смолы с наполнителем из порошка фторопласта-4 и рубленого стекловолокна, например, при следующем весовом соотношении компонентов: эпоксидно-диановая смола - 75…90%; фторопласт - 4-8…24%; остальное - рубленое стекловолокно (патент на изобретение РФ №2410852, МПК Н05В 6/10, F25B 29/00, E21D 5/012).
Недостатком этих устройств является их низкая надежность, обусловленная напряженным тепловым режимом первичной обмотки.
Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности устройства за счет улучшения теплообмена между обмоткой и охлаждающей средой и уменьшения тепловой нагрузки первичной обмотки.
Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в увеличении коэффициента теплопроводности материала дополнительного неподвижного теплоизолирующего элемента теплогенерирующего электромеханического преобразователя.
Такой технический результат является следствием использования дополнительного неподвижного элемента из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функции радиального и/или упорного подшипника скольжения, из полимерного композиционного материала на основе эпоксидно-диановой смолы с наполнителем из порошка фторопласта, рубленого стекловолокна и оксида алюминия Al2O3 или двуокиси кремния SiO2, что позволяет увеличить коэффициент теплопроводности композиционного материала без снижения его электрической прочности.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующим.
Теплогенерирующий электромеханический преобразователь состоит из магнитопровода с размещенной на нем сетевой обмоткой и вращающейся короткозамкнутой вторичной обмотки, выполненной в виде полого цилиндра, на внутренней поверхности которого сформированы и жестко связаны с ней напорные лопасти. Вращающаяся вторичная обмотка и магнитопровод разделены дополнительным неподвижным теплоизолирующим элементом из антифрикционного неэлектропроводящего материала, выполняющего функцию радиального и/или упорного подшипника скольжения и составляющего единое целое с магнитопроводом и первичной обмоткой. Антифрикционный неэлектропроводящий материал состоит из композиционного полимера на основе эпоксидно-диановой смолы с наполнителем из порошка фторопласта, рубленого стекловолокна и оксида алюминия Al2O3 (например, в весовом соотношении: 75…85% - эпоксидно-диановая смола, 4…6% - фторопласт-4, 5…7% - оксид алюминия Al2O3, остальное - рубленое стекловолокно) или двуокиси кремния SiO2 (например, в весовом соотношении: 75…85% - эпоксидно-диановая смола, 4…6% - фторопласт-4, 6…12% - двуокись кремния SiO2, остальное - рубленое стекловолокно).
В таблице 1 приведены примеры реализации композиции, используемой в качестве материала дополнительного неподвижного теплоизолирующего элемента теплогенерирующего электромеханического преобразователя при включении оксида алюминия, в таблице 2 - при включении двуокиси кремния.
| Таблица 1 | ||
| Весовые соотношения компонентов при использовании оксида алюминия | ||
| Компоненты | I реализация | II реализация |
| Эпоксидно-диановая смола | 85% | 75% |
| Фторопласт-4 | 4% | 6% |
| Оксид алюминия | 5% | 7% |
| Рубленое стекловолокно | остальное | остальное |
| Таблица 2 | ||
| Весовые соотношения компонентов при использовании двуокиси кремния | ||
| Компоненты | I реализация | II реализация |
| Эпоксидно-диановая смола | 85% | 75% |
| Фторопласт-4 | 4% | 6% |
| Двуокись кремния | 6% | 12% |
| Рубленое стекловолокно | остальное | остальное |
При этом эпоксидно-диановая смола и рубленое стекловолокно обеспечивают большую прочность, малую усадку, хорошую адгезию, низкую водопоглощаемость, фторопласт - высокую износостойкость, низкий коэффициент трения, высокое электрическое сопротивление, оксид алюминия Al2O3 или двуокись кремния SiO2 - высокую теплопроводность дополнительного неподвижного теплоизолирующего элемента. При работе теплогенерирующего электромеханического преобразователя первичная обмотка является наиболее напряженным в тепловом отношении элементом, поскольку находится внутри дополнительного неподвижного теплоизолирующего элемента из композиционного материала. Количество тепловой мощности, отводимое от первичной обмотки, определяется тепловым сопротивлением дополнительного неподвижного теплоизолирующего элемента, зависящего от коэффициентов теплопроводности отвержденной эпоксидно-диановой смолы (0,064 …0,216 Вт/(м·К)), фторопласта (0,25 Вт/(м·К)), рубленого стекловолокна (0,030…0,050 Вт/(м·К)). Использование оксида алюминия Al2O3 с коэффициентом теплопроводности 25…30 Вт/(м·К) или кремния SiO2 с коэффициентом теплопроводности 1…7 Вт/(м·К)) приводит к снижению теплового сопротивления, соответственно к увеличению количества отводимого от первичной обмотки тепла и снижению ее температуры. Уменьшение температуры обмотки на каждые 10…12 градусов ведет к увеличению ее срока службы практически в два раза, что соответственно приводит к повышению надежности теплогенерирующего электромеханического преобразователя.
Таким образом, использование для дополнительного неподвижного теплоизолирующего элемента, представляющего собой радиальный и/или упорный подшипник скольжения, композиции, например, в весовом соотношении: 75…85% - эпоксидно-диановая смола, 4…6% - фторопласт, 5…7% - оксид алюминия Al2O3 или 6…12% - двуокись кремния SiO2, остальное - рубленое стекловолокно, позволяет уменьшить нагрев первичной обмотки и повысить надежность теплогенерирующего электромеханического преобразователя.
Теплогенерирующий электромеханический преобразователь, содержащий первичную обмотку, магнитопровод и вращающуюся короткозамкнутую вторичную обмотку, выполненную в виде полого цилиндра, отделенного от магнитопровода 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, при этом дополнительный неподвижный теплоизолирующий элемент состоит из полимерного композиционного материала на основе эпоксидно-диановой смолы, фторопласта и рубленого стекловолокна, отличающийся тем, что в состав материала, образующего дополнительный теплоизолирующий элемент включены оксид алюминия Al2O3 5…7% или двуокись кремния SiO2 6…12%, а остальные компоненты находятся в следующем весовом соотношении: эпоксидно-диановая смола - 75…85%, фторопласт-4 - 4…6%, остальное - рубленое стекловолокно.
