ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР, СОВМЕЩЕННЫЙ С ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК H02K35/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства в качестве привода электрических двигателей транспортных средств и различных машин и агрегатов. В дизельных электрогенераторах известной конструкции процесс преобразования тепловой энергии в электрическую имеет сложную систему и происходит следующим образом. В цилиндрах двигателя внутреннего сгорания под действием давления газов происходит возвратно-поступательное движение поршней, которое с помощью кривошипно-шатунного механизма преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, затем это движение передается на вал якоря генератора, где и происходит преобразование кинетической энергии в электрическую.

Все это приводит к большим затратам энергии на трение, на их производство и эксплуатацию. Известные электрогенераторы с возвратно-поступательным движением магнитного поля, совмещенными с двигателем внутреннего сгорания, в которых свободнопоршневой двигатель и генератор размещены в одном корпусе.

В известном устройстве статор генератора прилегает к рабочим цилиндрам двигателя внутреннего сгорания, а якорь расположен в поршне, что сильно затрудняет их охлаждение. Постоянные магниты, расположенные в поршне, на много увеличивают его вес, что снижает быстроходность протекания рабочих процессов.

Целью изобретения является упрощение конструкции агрегата, повышение его работоспособности.

Для достижения этой цели в предлагаемой конструкции генератора статор и якорь отдалены от цилиндров двигателя внутреннего сгорания, что упрощает их охлаждение. Отличие заявленного устройства от прототипа состоит в том, что оно снабжено цилиндрическим тонкостенным магнитопроводящим якорем, статор выполнен в виде вставленных один в другой с зазором двух цилиндров, соединенных между собой боковыми стенками, якорь размещен в зазоре между ними с возможностью перемещения вдоль него, обмотки электромагнитного возбуждения и обмотки электродвижущей силы уложены в пазах внешнего цилиндра статора, где обмотки электромагнитного возбуждения расположены около боковых стенок статора, а обмотки электродвижущей силы между ними, причем поршни связаны между собой и якорем генератора ребрами жесткости, проходящими через продольные пазы цилиндров двигателя внутреннего сгорания и внутреннего цилиндра статора.

На фиг. 1 изображен генератор, совмещенный с двигателем внутреннего сгорания в разрезе вдоль продольной оси; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Электрический генератор, совмещенный с двигателем внутреннего сгорания, содержит магнитопроводящий цилиндрический статор 1, выполненный в виде вставленных один в другой с зазором двух пустотелых цилиндров, соединенных между собой боковыми стенками, цилиндрический тонкостенный магнитопроводящий якорь 2, размещенный в зазоре между цилиндрами статора с возможностью перемещения, цилиндры 5 двигателя внутреннего сгорания, установленные в полости внутреннего цилиндра статора 1, внутри которых размещены поршни 6, связанные между собой якорем 2 генератора ребрами 7 жесткости, проходящими через продольные пазы цилиндров 5 двигателя внутреннего сгорания и внутреннего цилиндра статора 1, а внешний цилиндр статора 1 имеет внутренние пазы, в которые уложены обмотки 3 возбуждения и обмотки 4 электродвижущей силы, причем обмотки возбуждения расположены около боковых стенок статора 1, а обмотки электродвижущей силы между ними, турбокомпрессор 8 соединен с цилиндрами 5 при помощи коллекторов 11, патрубков 12, впускных окон 9, впускных клапанов 10, электромагнитных катушек 13 и пружин 16. Между клапанов 10 установлены форсунки 15, которые закрыты крышкой 14.

В конструкции электрогенератора, совмещенного с двигателем внутреннего сгорания, основной вес занимает статор, а целях его снижения необходимо изготовить из сверхпроводниковых материалов обмотки электромагнитного возбуждения 3, обмотки электродвижущей силы 4 и якорь, тогда громоздкие магнитопроводы статора 1, изготовленные из электротехнической стали, исключаются полностью, не меняя их расположения изображенных на фиг. 1.

Предлагаемый генератор работает следующим образом.

Для запуска двигателя дизеля в зависимости от нахождения поршней 6 включается одна из обмоток 3 электромагнитного возбуждения, якорь 2 с поршнями 6 начинает двигаться в сторону включенной обмотки 3 и сжимает воздух в правом цилиндре 5, при приближении поршней 6 в правое крайнее положение в цилиндр 5, форсункой 15 впрыскивается топливо происходит самовоспламенение горючей смеси, т.е. рабочий цикл, в это время в левом цилиндре 5 электромагнитной катушкой 13 открыты выпускные клапаны 10. После того, когда в правом цилиндре 5 происходит рабочий цикл, поршни 6 совместно с якорем 2 начинают двигаться в сторону левого крайнего положения, электромагнитная катушка 13 отключается, левый клапан 10 закрывается пружиной 16, левый поршень 6 перекрывает впускные окна 9 левого цилиндра 5 происходит цикл сжатия в правом цилиндре 5, катушкой 13 открываются клапаны 10, отработанные газы через коллектор 11 поступают в газовую турбину турбокомпрессора 8, которая начинает работать, затем поршни 6 открывают впускные окна 9 правого цилиндра 5, происходит его продувка воздухом, нагнетаемым турбокомпрессором 8 по патрубкам 12 и каналу между цилиндрами 5 и внутренним цилиндром статора 1 (на фиг. 1 продувка цилиндра 5 показана стрелками). Поршни 6 подходят к левому крайнему положению происходит цикл сжатия, в это время форсункой 15 впрыскивается топливо в левый цилиндр 5 происходит рабочий цикл, затем все повторяется в последовательности, описанной выше. На фиг. 1 показана работа дизеля с раскраской рабочих процессов, где синим цветом показано движение воздуха, нагнетаемого турбокомпрессором, а красным движение сгоревших газов.

После запуска дизеля включаются две обмотки 3 электромагнитного возбуждения, создающие постоянный магнитный поток, который одноименными полюсами соединяется на внутреннем цилиндре статора 1 и совместно проходит через якорь 2 (на фиг. 1 движение магнитного потока показано сплошными линиями со стрелками). Якорь 2 совместно с поршнями 6 и магнитным потоком совершает возвратно-поступательные движения, где магнитный поток пересекает витки обмоток 4 и индуктирует в них токи электродвижущей силы, меняющий свое направление в зависимости от направления движения якоря 2.

Предлагаемый генератор основное применение найдет в транспортном машиностроении, где его использование исключает из машин такие агрегаты, как коробка передач, карданные валы, ведущие мосты и другие узлы, что значительно увеличит долговечность машин и сократит трудоемкость их изготовления и затраты на эксплуатацию.

Использование: в качестве привода электрических двигателей транспортных средств. Сущность изобретения: генератор содержит магнитопроводящий цилиндрический статор 1, выполненный в виде вставленных один в другой с зазором двух пустотелых цилиндров, соединенных между собой боковыми стенками, цилиндрический тонкостенный магнитопроводящий якорь 2, размещенный в зазоре между цилиндрами статора. Цилиндры 5 двигателя внутреннего сгорания установлены в полости внутреннего цилиндра статора. Внешний цилиндр статора 1 имеет внутренние пазы, в которые уложены обмотки возбуждения и обмотки электродвижущей силы. После запуска дизеля включаются две обмотки возбуждения, создающие постоянный магнитный поток. Якорь 2 совместно с поршнями 6 совершает возвратно-поступательное движение. При этом магнитный поток пересекает витки обмоток и индуцирует в них токи электродвижущей силы, меняющей свое направление в зависимости от направления движения якоря. 2 ил.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР, СОВМЕЩЕННЫЙ С ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий цилиндры двигателя внутреннего сгорания с установленными в них поршнями, охваченные цилиндрическим магнитопроводящим статором генератора с обмотками электромагнитного возбуждения и обмотками электродвижущей силы в его пазах, отличающийся тем, что он снабжен цилиндрическим тонкостенным магнитопроводящим якорем, статор выполнен в виде вставленных один в другой с зазором двух цилиндров, соединенных между собой боковыми стенками, якорь размещен в зазоре между цилиндрами статора с возможностью перемещения вдоль него, обмотки электромагнитного возбуждения и обмотки электродвижущей силы уложены в пазах внешнего цилиндра статора, где обмотки электромагнитного возбуждения расположены около боковых стенок статора, а обмотки электродвижущей силы между ними, причем поршни связаны между собой и якорем генератора ребрами жесткости, проходящими через продольные пазы цилиндров двигателя внутреннего сгорания и внутреннего цилиндра статора.