Линейный агрегат двигательгенератор Советский патент 1976 года по МПК H02K35/00 

сечения, а жираая - при ферромагнитных участках, сечение которых представплет собой две равнобоких трапеции, примыкак щие друг, к другу меньшими основаниями)} на фиг. S схематически изображен описьН ваемый агрегат с двумя синхронизированны ми двигателями, сдвинутыми на половину периода цикла, продольный и поперечный разрезы (второй вариант); на фиг. 6 - диаграмма исзме шния скоростей подвижных ачементов одно: о (сапошная пиния) и другого (пунктирная линия) генераторов; на фиГ. 7 - пространственное изображение подвижного э: е мента генератора. Согласно первому варианту конструкции |нзобра енному на фиг. 1 и 2, двигатель ;-грсгата - двухтактный и четырехпоршнё- вой. Этот двигатель нхтеет на одной и той же продааьной оси два цилиндра 1 и 2, В цилиндре 1 установлены но скользяией посадке два рабочих поршня 3 и 4, переме щающиеся в противоположных напракпениях В цилиндре 2 установлены по скользящей посадке два других поршня 5 и 6, также перемещающиеся в противоположных напраЕ лениях. Внутренние поршни 4 и 5 жестко соединены между собой с помощью стержня 7, имеющего поперечную перемычку 8.Внеш ние поршни 3 и 6 также жестко соединены между собой с помощью стержней 9 ( на чертеже показаны частично), проходящих за пределами чертежа параллельно оси ука занных цилиндров, причем эти стержни закреплены в перекладинах 10, составлющих одно целое с продолжением указанных внеш них поршней. Внутренняя подвижна : часть двигателя (поршни 4, 5) сцеплена с первым подвижным мш нитным элементом 11 посредствог перемычки 8, стержня 12, стержня 9 и кронштейнов 13. Стержень 12 установлен в направляющей 14. Внешняя подвижная часть двигателя (поршни 3, 6) сцеплена со вторым подвижным магнитным элементом 15 посредством перекладин 10, стержпё& и кронштейнов 16. Стержни 9 уст ч новлены в направляющей 17. Синхронизатор связывает Между собой оба подвижных магнитных элемента 11 и 15 и, следовательно, оба рабочих злеме н- та так, что их противоположно каправле ные движения яачяются сопряженными. Он содержит два шатуна 18 и 19, шарнирно соединенные на двух диаметрально расположенных шейках 20 и 21 коленчатого вала 22, установленного в подшипниках и соединенного с маховиком 23. Поршневая головка шатуна 18 надета ri ось, установ ленную на внешней перекладине 1О, а пор 1шневая головКа шатуна 19 установлена ак, что она решается вокруг концевой си стержня 12. Генератор переменного тока содержит еподвижные индукторы 24, расположенные о пиниям в одной продольной осевой плооости УУ симметрично с двух сторон от орпуса двигателя. Число индукторов, расоложенных на одной линии, может быть произвольным (на фиг, 1 показаны три индуктора). Аналогично во второй осевой плоскости Z Z , перпендикуля рной УУ , расположены две другие линии индукторов так, тобы индукторы бьши попарно симметричны. Все указанные индукторы возбуждаются одновременно обмотками возбуждения 25. На каждом индукторе расположена также рабочая обмотка 26, уложенная в пазу, делящем индуктор на два участка (полюса) с, cf (фиг. 1 и 2). Ток наводится в обмотках 26 при изменении магнитного сопротивления, возникающего при возвратно-поступательных движениях, сопряженных в противофазе и осущеотвляемых подвижными алёментами 11 и 15, установленными друг против друга в воздушном зазоре индукторов 24. Аналогично приводятся в движение от двигателя подвижные элементы 11 и 15 других индукторов. Каждый из магнитных подвижных элементов 11 и 15 (см. фиг. 7) выполнен в виде рамки 27 с высоким сопротивлением, внут ри которой на равных расстояниях расположены ферромагнитные пластины 28, отделенные друг от друга немагнитными участками (прорезями). Перемещение рамок 27 в воздушном зазоре соответствующих индукторов создает изменение магнитного П9тока, вызывающее ,наведение переменных токов. На фиг. 3 показаны девять положенийподвижных-элементов 11 и 15, ааниь4аемых ими при совместных противоположно направленных перемещениях, соответственно обозначенных стрелками А и Б, причем эти де- вять положений от СО до О9 соответствуют девяти равным частям, на которые разбита длина полного хода указанных элементов. Учитывая, что магнитная проницаемость ферромагнитного участка примерно в 400 раз больше магнитной проницаемости воздуia, можно подсчитать мгновенное ма нитнре сопротивление в каждом из участков с, d индуктсфа, которое практически зависит от поверхности наложения ферромагнитных учаютков элементов 11 и 15. Таким образом, для определения величины магнитного со.-ротивпения достаточно знать для каждого положения общую поверхность напротив полюсов с и J ферромагнит |ного участка элемента 11, изображенного .не.ферывной линией, и анаюгичного учасгк ааемента 15, изображенного пунктирной ли нией (см. фиг. 3). Глубина j паза равна его ширине, высота индуктора - 2 k -f г , где Я - высота каждого из двух полюсных наконечников полного индуктора, а длина хода возвратно-поступательного движения, совершаемого подви.жными элементами, равна L . : Если три параметра Ь , ti. , е связа(1Ы между собой соотношением (() то, если прорези элементов 11 и 15 имеют прямоугольную форму (см. фяг. 3)j изменение магнитного потока в полюсе С изображается ломаной линией А В С IJ при перемещении , равном рабочему ходу 1, и изменение потока в полюсе d изображается той же ломаной линией, но смещенной по фазе на половину хода L /2 (см, фиг. 4). Полное изменение магнитного потока в обоих полюсах индуктора показано ломаной линией А В С J А за период 2 , соотьетствующий L/2 (см, фиг. 4). В этих условиях для каждого хода L получают дв 11ериода переменного тока. Следовательно, частота генератора переменного тока, соответствующего фиг. 1, в четыре раза боль ше частоты цикла (движение вперед и назад) двигателя. Согласно предлагаемому изобретению (в применении к его первому варианту, .см. фиг, i и 46) синусоидальную форму кривой магнитного потока получают, если ; прорезям элементов 11 и 15 придают фор :му, отличающуюся, от прямоугольной. В . соответствии с вариантом конструкции, изображенной на фиг, 3 и 4 , за счет умен шения поверхности ферромагнитных пластин 28 увеличивают поверхность прорезей, сохраняя одинаковой по 1фаям длину ферромагнитных и немагнитных участков, рав- ную полюсному г,9лению индуктора (Ti + CJ . . Длч прорезям придают удлиненную шестиугольную форму в виде буквьт У (см. фиг. 3 б), симметричной относительн поперечных краев , вклинивающихся в ферромагнитные пластины 28, Угол наклона Т этих краев (см. фкг. 36/ выбирают в пределах 15 я ЗО , предпочтительно 22°, В рассмотренном примере (см, фиг. 36 угол оС 22 ) кривая потока отклоняется ;от ломаной линии ЛВС J А и принимает синусоидальную форму Ф, Ф (см, фиг. 4в) большая часть точек которой на теоретической синзсоиде Ф - У (1 + СОЬХ) и только некоторьгс точки (менее 1%) от Ю1ОНЕ:отся от нее, Оор.ма кривой потока (может пметоcrpoixT CMHJ сон.гк.лыгуюаюрму з; виснмости отсопряжеинь.х г-,ремещений при сооб.щеиг :оп po4Ub(M кр;1ям прорезей миЛО.Й кривизны. Так же, как я в пре.дыдущем случае, когда каждая из кривых Ф (на участке С ) и Ф (на участке d ) имела период, раЕИЬ й L , результирую дая кривая (Ф + ф ) имеет период, равный - . Слецовательно, частота генератора переменного тока в четыре ;:аза больие частоты цикла двигателя (движение назад II вперед). Элоктродвих./щая cujia Е, возкшсаю.щая в обмотке 26 (со сдвигом по фазе на -д- по отношению к магнитному потоку Ф + Ф-), также синусоидальную форму с периодом, равным - , в зависимости от нереме7ления заслонок и частоту, четырем частотам цикда двигателя, если (как предусмотрено) двигатель имеет двухтактный цикл. После прохождения мертвой точки теля изменению направления элементов 11 и 15 соответствует изменение направления индуцированного переменного тока, который, преходя чепез те же по абсолютной величине значе;: 1Я .в тех же относительных положениях подвижных ааементов, сооб7лает этому ивдуцированному синуса- , идальному току тот же характер, что н у многополюсного вр8Щ,ающегося генератора. Если изменение сечения магнитопровода имеет синусондачьную форму в зависимости от перемещений X, то изменения магнитного потока и ачектродвижу.щей силы не имею синусоидачьной формы зависимости от времени иэ-за изменения линейной скорости подвижных элементов в патожеииях, блнэ.ких к мертвым точкам. Для устранения этого магнитному пОто;ку н ачектродвки.у.щей ciwe обеспечивают ;синусоидальную форму, величину тока в обмотках возбуждения 25 обратно .пропорционально линейной скорости, что обеопечивается питанием обмоток возбуждения |25 через корректирующее устройство. Это устройство может быть выполнено путем распределения, и соответствующего выбора поверхности коллекторных шин reiiepaTopa вообуждения. Устройство может быть вьшолне- но также с помошыо реостата, папзун которого соединен с элементами 11 м 15 и перемещается по двум неподаижньм 1 роволоч1Ц)1М резисторам на участках с длиной, равгной четверти хода, близк;их к мертвым точ- как. Шаг вчтков этих резисторов - переменный йпя коррехдии изменения скорости хода на этих участках. На фиг, 5 изобра;кеп iirperaT двигате-т. ,-еператор (второй вариант)/

При таком варианте выполнения ш регата не производится никаких воздействий на ток в обмотках возбуждения 25 для обеспечения синусоидальной формы тока. Для этог используют двухтактный четырехпоршневой двигатель, линейная скорость подвижных элементов которого остается постоянной на средней половине хода (участок й ,Ь| 1фивой фиг. 6), Эта скорость значительно изменяется в двух крайних четвертях хода, примыкающих к мертвым точкам.

В соответствии со вторым вариантом предлагаемого изобретения два двигателя 29 и 30 соединены параллельно и с помощью синхронизатора смещены по фазе на половину хода - (см. фиг. 5а). В этом случае в качестве синхронизатора используется коленчатый вал, который состоит из четырех шеек: с одной стороны шеек 31 и 3 2 Соединенных с помощью шатзнов 33 и 34 с внешним и внутренним подвижными элементамй двигателя 29-и , спецоватепьно, с поцвижны ми элементами ЗбТГзбгенератора, а с другой стороны шеек 37 и 38, соединенных с помощью шатунов 39 и 40 с внешним и внутренним поа вижными элементами двигателя ЗО и, слеповательно, с элементами 41 и 42 второго генератора, , причем шейки 31 и 32 распо- ложены на коленчатом валу в диаметрально противоположных точках и сдвинуты на 90 относительно шеек 37 и 38, Также диаметрально противоположных между собой. С каждой стороны двигателя (см. фиг. 5Ь ) расположен рад неподвижных индукторов 24, снабженных обмотками возбужде ния 25 и рабочими обмотками 26.

Так как оба двигателя смещены по фазе ца половину хода, считают, что подвижные магнитнь е ачементы имеют постоянную скорость на длине полного хода L (см. фиг, 6), так как один из подвижных элементов, приводимых в движение от одного двигателя, может работать только на линейном участке а jb хода, а другой подвижный

элемент, приводимый в движение другим о

дв Яателем, может работать только на допапнительном участке указанного хода.

Формула изобретения

1, Линейный агрегат двигатель-генератор, состоящий из двигателя внутреннего сгорания и линейного индукторного генератора с подвижным элементом, содержащим чередующиеся ферромагнитные и немагнитные участки, отлич. ающийся тем, что, с целью повышения частоты генерируемого тока и получения синусоидального напряжения, генератор выполнен с двумя подвижными элементами, размещенными в зазоре неподвижных индукторов, имеющих полюсное деление, равное половине длины хода двигателя, а двигатель выполнен двухтактным четырехпоршневым, попарно, и встречно перемещающиеся поршни которого соединены с подвижными элементами генератора, имеющими длину каждого из чередующихся участков, кратную полюсному делению индуктора, причем фер&ромагнитные участки каждого подвижного элемента в продольном сечении имеют форму двух равнобоких трапеций, примыкающих друг к другу меньшими основаниями.

2,Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен реостатом, регулирующим ток возбуждения индукторов в конечных положениях хода двигателя, подвижная часть которого жестко связана с подвижным элементом генератора.

3.Агрегат по п. 1, отличающ И- и с я тем, что он снабжен вторым двигатель- генератором, ана.чогичным основному и -соединенный, с ним коленчатым валом, шейки которого, связанные с разными двигателями, с;: винуты относительно друг друга на 90 ,а индукторы генераторовсмещены в осевом направлении относительно друг друга на половину хода двигателя.

5

I

ie

Фиг. 1

«sj

::X.

Д 0

а

3

Г7

Ф

//

/

0

Фие. Риг. J7 32 /

Qi

Фиг.6

. 7