ЭЛЕКТРОАГРЕГАТ Российский патент 1997 года по МПК F02B71/04 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроагрегатам, объединяющим в себе первичный поршневой двигатель и электромеханический преобразователь, и может найти применение в качестве приводного двигателя, например, в транспортных средствах.

Известен электроагрегат, состоящий из двигателя внутреннего сгорания и электрического генератора [1]
Недостатком агрегата является наличие отдельных генератора и двигателя, что увеличивает габариты и вес (массу) агрегата.

Наиболее близким к предложенному электроагрегату является роторно-поршневой совмещенный электроагрегат, включающий в себя двигатель внутреннего сгорания и генератор [2]
Недостатком агрегата является необходимость применения дополнительного электродвигателя для преобразования электрической энергии в механическую.

Задача изобретения упрощение агрегата, снижения массы габаритов и материалоемкости при одновременном увеличении мощности.

Задача решается тем, что электроагрегат состоит из первичного поршневого двигателя, преобразующего энергию рабочего тела в перемещение поршня в цилиндре, и из электромеханического преобразователя, содержащего источник магнитного поля, и согласно изобретению снабжен по крайней мере одной внешней подвижной частью, содержащей магнитную систему и магнитопровод, датчиками положения поршня двигателя, корпус агрегата выполнен из немагнитного диэлектрического материала, магнитная система внешней части включает постоянный магнит и/или электрическую обмотку, а электромеханический преобразователь содержит магнитную систему и магнитопровод и выполнен в виде преобразователя магнитного поля источника в перемещающееся или изменяющееся поле, взаимодействующее с внешней частью.

Кроме того, поршень двигателя содержит электрическую обмотку и/или постоянный магнит или выполнен в виде постоянного магнита, а электромеханический преобразователь включает в себя поршень двигателя, магнитную систему и магнитопровод внешней подвижной части.

Кроме того, поршень двигателя выполнен из магнитомягкого материала, а электромеханический преобразователь включает в себя поршень двигателя, магнитную систему и магнитопровод внешней части, а также магнитопровод и магнитную систему, содержащую постоянный магнит и/или электрическую обмотку, неподвижно установленные снаружи корпуса.

Кроме того, внутренняя поверхность корпуса и наружная поверхность поршня двигателя выполнены в виде, по крайней мере, прямого круглого цилиндра с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси цилиндра.

Кроме того, внутренняя поверхность корпуса и наружная поверхность поршня двигателя выполнена в виде фигур вращения, по крайней мере, тора с возможностью вращательного или возвратно-поступательного перемещения.

Кроме того, двигатель выполнен роторно-поршневым и, по крайней мере, с одной рабочей камерой и с возможностью вращения поршня-ротора.

Кроме того, корпус двигателя снабжен ферромагнитными вставками - магнитопроводами, коммутатором, соединенным с обмоткой магнитной системы и датчиками положения с возможностью размыкания обмотки при обратном движении поршня двигателя, контактами, соединенными с обмоткой внешней части с возможностью подключения внешней части электрической цепи.

Кроме того, внешняя часть установлена с возможностью затормаживания, первичный двигатель выполнен в виде двигателя внутреннего сгорания и свободно-поршневой машины.

Первичным двигателем агрегата может служить любая поршневая машина (двигатель), преобразующая энергию рабочего тела (газ, пар, жидкость) с помощью поршня, движущегося в цилиндре [3, с 406.

К таким двигателям относятся, например, двигатели внутреннего сгорания и паровые машины [3, с. 406] В этих двигателях (в частности, в двигателе внутреннего сгорания) поршень может совершать возвратно-поступательное, возвратно-вращательное или вращательное перемещение (например, двигатель Ванкеля [3, с.72]).

Свободно установленный поршень, механический не связанный с внешними частями, требует применения датчиков положения поршня для управления двигателем (не показаны) [3, с.473]
Для управления агрегатом можно предусмотреть несиловые механические связи с поршнем.

На чертеже изображен агрегат, продольный разрез.

Агрегат содержит корпус 1 из немагнитного диэлектрического материала с ферромагнитными вставками магнитопроводами 2. Внутри корпуса расположен подвижный рабочий орган первичного двигателя поршень 3. Снаружи корпуса расположены одна или две внешние подвижные части 4, содержащие по крайней мере только ферромагнитный магнитопровод 5.

Внутренняя полость корпуса 1 имеет, например, форму или прямого цилиндра (поршень 3 может совершать возвратно-поступательное перемещение вдоль оси AA или вращательное перемещение вокруг оси BB, как в двигателе Ванкеля), или фигуры вращения, по крайней мере тора (поршень 3 совершает вращательное или возвратно-вращательное перемещение вокруг оси BB).

Источником магнитного потока (поля) служит или сам поршень 3, или магнитная система 6, установленная неподвижно снаружи корпуса 1. Поле создается постоянным магнитом 7 или электрической обмоткой 8. Внешняя подвижная часть 4 может содержать или постоянный магнит и/или электрическую обмотку 9.

Электроагрегат может служить двигателем или генератором. В первом случае токи, наводимые в части 4, взаимодействуют с полем источника, преобразованного поршнем 3, создают механическую силу.

Если токи созданы в теле магнитопровода 5 (как в двигателе Шенфера) или в обмотке 9, то возникает асинхронный момент, если на части 4 размещен постоянный магнит, то синхронный момент.

В электроагрегате генераторе обмотка 9 через скользящие контакты соединяется с внешним потребителем. Подвижная часть 4 при этом может быть заторможена. Частота тока в обмотке 9 служит мерой частоты перемещения поршня 3 или части 4. Так, если часть 4 заторможена, то частота тока соответствует частоте движения поршня 3. Если часть 4 не заторможена, то соответствует частоте скольжения части 4 относительно поршня 3 (при синхронном режиме скольжение отсутствует).

Для преобразования двунаправленных перемещений поршня в однонаправленное предусмотрен коммутатор (не показан), включенный в цепь электрической обмотки 8 или 9, или обмотки поршня 3 (не показана). Коммутатор управляется сигналами датчиков положения и размыкает обмотку при возвратном перемещении части 4.

Электроагрегат с внешним источником поля (см. чертеж) работает следующим образом.

При движении поршня 3 магнитное поле источника 6 модулируется и в результате появляется составляющая поля, перемещающаяся относительно части 4. Эта составляющая поля наводит в элементах части 4 токи (ЭДС). Взаимодействие токов с магнитным полем создает механическую силу, перемещающую подвижную часть 4. Частота токов в обмотке 9 используется для измерения параметров движения части 4 или поршня 3.

Для амортизации поршня в крайних положениях предусмотрены амортизаторы, установленные внутри цилиндра (не показаны). Амортизаторы выполнены в виде механической пружины или постоянного магнита. В последнем случае поршень выполнен в виде постоянного магнита или содержит постоянный магнит.

В агрегате с возвратно-поступательным движением поршня установлены два амортизатора. В агрегате с возвратно-вращательным движением поршня можно установить один амортизатор-магнит.

Источники информации.

1. Электроагрегаты бензиновые унифицированные переменного тока, техническое описание и инструкция по эксплуатации. IBA.64.3110TO.

2. авторское свидетельство СССР N 1772376, кл. E 02 B 53/00, 1989.

3. Политехнический словарь. Советская энциклопедия, 1989.

Использование: энергомашиностроение. Сущность изобретения: электроагрегат включает первичный тепловой двигатель и электромеханический преобразователь, выполненный в виде подвижной части, содержащей магнитную систему и магнитопровод. Подвижная часть является выходным рабочим органом при работе агрегата в режиме двигателя, а в заторможенном состоянии может использоваться как генератор. 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электроагрегат, состоящий из первичного поршневого двигателя, преобразующего энергию рабочего тела в перемещение поршня в цилиндре, и из электромеханического преобразователя, содержащего источник магнитного поля, отличающийся тем, что он снабжен по крайней мере одной внешней подвижной частью, содержащей магнитную систему и магнитопровод, датчиками положения поршня двигателя, корпус агрегата выполнен из немагнитного диэлектрического материала, магнитная система внешней части включает в себя постоянный магнит и/или электрическую обмотку, электромеханический преобразователь содержит магнитную систему и магнитопровод и выполнен в виде преобразователя магнитного поля источника в перемещающееся поле, взаимодействующее с внешней частью. 2. Электроагрегат по п.1, отличающийся тем, что поршень двигателя содержит электрическую обмотку и/или постоянный магнит или выполнен в виде постоянного магнита, а электромеханический преобразователь включает в себя поршень двигателя, магнитную систему и магнитопровод внешней подвижной части. 3. Электроагрегат по п.1, отличающийся тем, что поршень двигателя выполнен из магнитомягкого материала, а электромеханический преобразователь включает в себя поршень двигателя, магнитную систему и магнитопровод внешней части, а также магнитопровод и магнитную систему, содержащую постоянный магнит и/или электрическую обмотку, неподвижно установленные снаружи корпуса. 4. Электроагрегат по пп.1 3, отличающийся тем, что внутренняя поверхность корпуса и наружная поверхность поршня двигателя выполнены в виде по крайней мере прямого круглого цилиндра с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси цилиндра. 5. Электроагрегат по пп.1 3, отличающийся тем, что внутренняя поверхность корпуса и наружная поверхность поршня двигателя выполнены в виде фигур вращения по крайней мере тора с возможностью вращательного или возвратно-вращательного перемещения. 6. Электроагрегат по пп.1 3, отличающийся тем, что двигатель выполнен роторно-поршневым по крайней мере с одной рабочей камерой и с возможностью вращения поршня-ротора. 7. Электроагрегат по пп. 1 6, отличающийся тем, что корпус двигателя снабжен ферромагнитными вставками-магнитопроводами. 8. Электроагрегат по пп.1 7, отличающийся тем, что он снабжен коммутатором, соединенным с обмоткой магнитной системы и датчиками положения с возможностью размыкания обмотки при обратном (возвратном) движении поршня двигателя. 9. Электроагрегат по пп.1 7, отличающийся тем, что он снабжен контактами, соединенными с обмоткой внешней подвижной части с возможностью подключения внешней части электрической цепи. 10. Электроагрегат по пп.1 9, отличающийся тем, что внешняя часть установлена с возможностью затормаживания. 11. Электроагрегат по пп.1 10, отличающийся тем, что первичный двигатель выполнен в виде двигателя внутреннего сгорания. 12. Электроагрегат по пп.1 11, отличающийся тем, что первичный двигатель выполнен в виде свободно-поршневой машины. 13. Электроагрегат по пп.1 12, отличающийся тем, что в цилиндре установлен по крайней мере один амортизатор, выполненный в виде механической пружины или постоянного магнита.