Мембранный двигатель с внешним подводом тепла Советский патент 1993 года по МПК F02G1/04 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателям с внешним подводам тепла.

Целью изобретения является повышение КПД и удельной мощности двигателя.

На фиг.1-3 показан мембранный двигатель. Мембранный двигатель с внешним подводом состоит из статора 1 и ротора 2, закрепленного на оси 3 статора.

Статор 1 представляет собой круглую платформу, на которой равномерно по всей окружности установлены цилиндры 4. В каждом цилиндре с некоторым зазором установлен поршень-вытеснитель 5 на поддерживающей мембране 6. Мембрана 6 соединена с втулкой 7, которая через рабочую мембрану 8, 9 и переходной элемент 10 крепится к статору. Рабочая мембрана выполнена из Двух частей - центральной уп- лотнительной 8 и периферийной рабочей 9. Части рабочей мембраны соединены через нижний элемент 11 механического привода, на котором при помощи стоек 12 и магнито- провода 13 укреплены постоянные магниты 14 и 15. Втулка 7 служит направляющей для штока 16 привода вытеснителя 5 и для маг- нитопровода 17 постоянного магнита 18.

Шток 16 нижним концом соединен с порш- нем-вытеснителем 5 через промежуточные элементы 19. а верхним концом соединен с магнитопроводом 17. Под цилиндрами 4, установленными на статоре, размещены горелки 20.

Сегментообразные магниты 14, 15, 18 образуют в сборе три концентрические кольца (фиг.1), из которых кольцо среднего диаметра имеет возможность перемещения вверх-вниз вместе с вытеснителем 5 относительно периферийных колец статора.

Угловая протяженность сегментообраз- ных магнитов 14, 15, 18 одинаковая. Для выравнивания площадей полюсов внутреннего и внешнего магнитных колец статора магниты 15 выполнены большей ширины, чем магниты 14. Ближайшие магниты, закрепленные на каждом магнитопроводе статора, имеют противоположную полярность поверхности, обращенной к своему магни- топроводу. как это представлено на фиг;1. Магниты 18 среднего кольца смещены относительно магнитов 14 и 15 периферийных колец статора в азимутальном направлении на половину полюсного деления.

СО

с

со со

00

ел ю ел

CJ

Ротор 2 представляет собой ферромагнитный диск, на котором аналогично статору размещены сегментообразные магниты 14, 15, 18, обращенные плоскостью своих разноименных полюсов к магнитной систе- ме статора (фиг.2).

Для обеспечения пускового момента двигателя и однонаправленного вращения ротора его магниты 18 среднего кольца имеют полярность, противоположную полярно- сти магнитов статора среднего кольца, как показано в скобках на фиг.1. Иными словами, осуществлен фазовый сдвиг на 180° между полюсами средних колец статора и ротора, обращенных друг к другу. Выходной вал ротора закреплен на оси 3 с возможностью вращения. На роторе размещены радиальные лопасти центробежного вентилятора.

Работа двигателя; В исходном- положе- нии периферийные магнитные кольца статора удалены от ротора. Взаимодействуют (притягиваются) центральные магнитные кольца статора и ротора, благодаря этому вытеснитель 5 находится в верхнем положе-

НИИ.

Нагрев рабочего тела при помощи горелок 20 приводит к увеличению его объема и подьему мембраны 9 вместе с укрепленными- на ней периферийными магнитными кольцами статора. Уменьшение расстояния между периферийными магнитными кольцами статора и ротора приводит ротор во вращение, обусловленное разностью взаимодействующих площадей магнитного ста- тора и ротора. Движение ротора продолжается до того момента, пока противоположные периферийные полюса статора и ротора не перекроют друг друга полностью, В процессе этого вращения вытесни- тель 5 будет опускаться вниз за счет передачи на него через шток 16 отталкивающей силы взаимодействующих между собой центральных магнитных колец статора и ротора. При этом рабочее тело через зазор между цилиндром 4 и вытеснителем 5 переместится в холодную верхнюю область под мембраной 9. Охлаждение рабочего тела в верхней области приводит к уменьшению его объема и опусканию мембраны 9. Вместе с опусканием мембраны 9 периферийные магнитные кольца статора удалятся от ротора, а взаимное действие ротора с центральным кольцом статора приведет к дово- роту ротора и подьему вытеснителя в крайнее положение до завершения цикла. После этого цикл повторяется.

Благодаря предложенной конструкции двигатель по сравнению с прототипом имеет неоспоримые преимущества, т.к. работа двигателя с автоматически поддерживаемым жестким сдвигом фаз между положением вытеснителя и положением рабочей мембраны обеспечивает оптимальный режим работы с максимальным КПД.

Поскольку в предлагаемом устройстве для съема мощности используют постоянные магниты, плотность энергии которых на порядок выше достижимой плотности энергии электромагнитов, то удельная масса устройства оказывается на порядок меньше, чем у прототипа.

Формула изобретения

Мембранный двигатель с внешним подводом тепла, содержащий цилиндры, установленные в них с зазором поршни-вытеснители, рабочую мембрану и устройство съема и подвода мощности, о т л и- ч ю щ и и с я тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик путем повышения удельной мощности и КПД двигателя, устройство съема и подвода мощности выполнено в виде ротора и статора с закрепленными на них секционными магнитами, при этом магниты статора и ротора расположены двумя группами и различные группы магнитов статора и ротора смещены между собой в направлении вращения, причем магниты ротора закреплены неподвижно, а одна группа магнитов статора жестко связана с рабочей мембраной, а другая - с порш- нями-вытеснителями.

ID CM

in.

00 CO

со

OO

I

18

Г5

2

I Ш

w///mmmmz№.

13

W////////////Mc

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателям с внешним подводом тепла. Цель изобретения улучшение эксплуатационных характеристик, повышение КПД и удельной мощности двигателя. Двигатель содержит средство съема и подвода мощности, выполненное в виде ротора с секционными магнитами, контактирующими с ответными секционными магнитами, связанными с поршнем-вытес- нителем и рабочей мембраной двигателя. 3 ил.