Поршневой двигатель Советский патент 1991 года по МПК F02G1/04 

Jl l

Изобретение относится к двигателест- роению. Цель - повышение эффективных показателей двигателей путем совместного использования тепловой и электрической энергии. Цилиндр двигателя 1 содержит ра бочий поршень 2. вытеснительный поршень 3, соединенные с частями постоянного магнита 11 и 10. Цилиндр связан с нагревате лем 7, регенератором 6, охладителем 5 Поршни разделяют обьем двигателя на горячую полость 4, холодную полость и полость газовой пружины. Топливный элемент 8 подключен к электрической цепи через аккумулятор 23 и связан с нагревателем 7 при помощи контура цирку ч ци т ппонн- сителя. Части постоянного магнита Ч) и 1 установлены в секторной прорези одного из двух статоров 15 переменной толщины, изготовленных из постоянного магнита В секторную прорезь другого статора 15 установлены обмотка 17 и якорь 16 электромагнита, связанного с электрической цепью торцовыми ь горхностями статорам 15 установлен ротор 12, ось которого перпендикулярна торцовым поверхностям статора. Между статорами и ротором образуется переменный зазор При работе двигателя тепловая энергия топливного элемента 8 передается в напева гель 7, а электрическая энергия топливною элемента расходуется на преодоление электромагнитных сил. возникающих при движении ча стей постоянного магнита 10 и 11 и создании полезной работы ротора 3 ил 23

О

ел

v4 VI О О

Фиг 1

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению, а конкретно к двигателям, работающим на горячем газе по замкнутому циклу.

Цель изобретения - повышение эффективных показателей двигателя путем совме- стного использования тепловой и электрической энергии.

На фиг. 1 показана схема поршневого двигателя; на фиг. 2 - торцовая часть ротора; на фиг. 3 - статор, аксонометрия.

Поршневой двигатель содержит рабочий цилиндр 1, рабочий поршень 2, вытес- нительный поршень 3, горячую полость 4, охладитель 5, регенератор 6, нагреватель 7, топливный элемент 8, катушку 9 индуктивности, центральную часть 10 постоянного магнита, который соединен с поршнем 3, и периферийную часть 11 постоянного магнита, соединенного с поршнем 2. Топливный элемент 8 подключен к электрической цепи и связан с нагревателем 9 при помощи контура циркуляции теплоносителя. У торца ци- линдра 1 установлен ротор 12 из немагнитного материала с тремя постоянными магнитами 13, расположенными друг относительно друга под углом не более 60° (фиг. 2). Ротор 12 установлен на валу 14, ось которого перпендикулярна торцовым плоскостям первого и второго статора 15 переменной толщины, изготовленных из постоянного магнита. Ротор установлен между торцовыми поверхностями статоров так, чтобы одноименные полюса постоянных магнитов были расположены друг против друг . Между максимальной и минимальной толщиной каждого статора выполнена секторная прорезь (фиг. 3).

В секторную прорезь одного из статоров установлены якорь 16 и обмотка 17 электромагнита. В секторной прорези другого статора расположены центральная часть 10 и периферийная часть 11 постоянного магнита. Поршни 2 и 3 разделяют объем цилиндра на горячую полость 4,холодную полость и полость газовой пружины. У боковой поверхности ротора 12 установлены датчики положения магнитов ротора 18 и 19, соединенные с входом блока управления. Блок управления включает усилитель 20, усилители мощности на базе транзисторов 21 и 22, которые коллекторами подключены к аккумулятору 23 электрической энергии, а эмиттерами к катушке 9 и обмотке 17. Статоры 15 переменной толщины обращены один к другому торцовыми плоскостями с образованием переменного зазора между статором и ротором.

Двигатель работает следующим образом.

При работе топливного элемента 8 выделяется теплота, которая при помощи теплоносителя передается в нагреватель 9, а электрическая энергия топливного элемента накапливается в аккумуляторе 23. При вращении ротора 12 один из постоянных магнитов 13 приближается к датчику 19. Вследствие этого сигнал от датчика поступает в транзистор 22, а в катушку 9 от акку0 мулятора 23 поступает ток такого направления, что центральная часть постоянного магнита 10 передвигается в направлении к ротору 12. Одновременно с этим вытеснительный поршень 3 перемещает ра5 бочее тело двигателя из охладителя 5 через регенератор 6 в нагреватель 7. Под воздействием давления рабочего тела происходит совместное движение поршней 2 и 3 по направлению к ротору 13, при этом части 10 и

0 11 постоянного магнита заходят в секторную прорезь статора 15 в момент, когда один из постоянных магнитов 13 ротора 12 находится вблизи прорези. Расходуемая при этом энергия соответствует энергии, по5 требляемой от топливного элемента 8.

Аналогичное воздействие на ротор 12 оказывает якорь электромагнита 16 за счет энергии, потребляемой от топливного элемента 8. Энергия поступает от аккумулятора

0 23 при открытии транзистора 21 сигналом датчика 18, поступающим через усилитель 20 во время приближения одного из постоянных магнитов 13 ротора 12 к этому датчику. Вращение ротора 12 обеспечивается

5 наличием переменного зазора между торцовыми поверхностями статоров и ротора, что приводит к возникновению сил. создающих крутящий момент ротора 12. В месте расположения секторной прорези статора возни0 кает тормозящая сила, которая преодолевается во время захода в секторную прорезь статора якоря электромагнита 16 и частей 10 и 11 постоянного магнита. За счет возникновения электромагнит5 ных сил между частями 10 и 11 постоянного магнита начинается обратное движение вы- теснительного поршня 3. Рабочее тело при этом перемещается из горячей полости 4 в холодную полость. Под действием полости

0 газовой пружины рабочий поршень 2 также начинает возвратное движение, сжимая рабочее тело. При подходе следующего постоянного магнита 13 ротора 12 к датчикам 18 и 19 цикл повторяется.

5Использование тепловой энергии топливного элемента 8 для передачи в нагреватель 7 и электрической энергии топливного элемента на преодоление электромагнитных сил при движении постоянных магнитов и на создание полезной работы ротора позаоляет повысить эффективность показателей двигателя.

Формула изобретения Поршневой двигатель, содержащий ис- точники подвода и отвода теплоты от рабочего тела, рабочий цилиндр с расположенными в нем первым и вторым поршнями, первый и второй магниты, из которых по меньшей мере один связан с поршнями и каждый из магнита установлен в секторной прорези одного из двух (первого или второго) секторов переменной толщины, изготовленных из постоянного магнита и обращенных один к другому торцовыми плоскостями с образованием пере менного зазора, ротор, ось которого перпендикулярна торцовым плоскостям статоров, снабженный постоянными магнитами и расположенный между торцовыми плоскостями статоров, причем секторная прорезь в каж- дом статоре выполнена между максимальной и минимальной толщиной статора, первую и вторую катушку индуктивности, расположенные в прорези первого и второго статоров соответственно датчики положения магнитов ротора, аккумулятор электрической энергии, блок управления включением аккумуляторов, причем катушки индуктивности, датчики положения, аккумулятор и блок управления соединены в одну электрическую цепь, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективных показателей двигателя путем совместного использования тепловой и электрической энергии, двигатель снабжен топливным элементом и регенератором, первый магнит выполнен постоянным и разделен на две части: центральную и периферийную, источники подвода и отвода теплоты выполнены в виде нагревателя и охладителя, первый поршень выполнен в виде рабочего поршня и связан с периферийной частью первого постоянного магнита, а второй поршень связан с центральной частью первого постонного магнита и выполнен в виде вытеснителя, разделяющего объем цилиндра на горячую и холодную полости, нагреватель, регенератор и охладитель установлены последовательно и образуют магистраль, соединяющую между собой горячую и холодную полости цилиндра, причем топливный элемент подключен к электрической цепи и связан с нагревателем при помощи контура циркуляции теплоносителя, а второй магнит и вторая катушка индуктивности выполнены заодно в виде обмотки и якоря.

Фиг. 2

Ю

77

Фиг. 3