Тепловой поршневой двигатель. Электромагнитный поршневой двигатель
Тепловой поршневой двигатель
Изобретение относится к двигателям с внешним подводом теплоты, работающим по циклу Стирлинга. Цель изобретения - повышение эффективности двигателя путем выполнения электромагнитной связи между поршнями. Двигатель содержит цилиндры 1 и 1 с помещенными в них рабочими поршнями 6 и 6 и вытеснителями-регенераторами 2 и 2. В вытеснители-регенераторы установлены катушки электромагнита 3 и 3, связанные через ленточный кабель 4 и 4 с блоком управления 5. В рабочие поршни установлены постоянные магниты, при этом поршни связаны с линейным генератором переменного поля. При подаче бпоком управления 5 импульсов постоянного тока в катушку электромагнита 3 и З вытеснительные поршни притягиваются к рабочим поршням, а рабочее тело через вытеснители-регенераторы перемещается в полость расширения 10 . Под действием импульсов постоянного тока другой полярности от блока управления к катушке электромагнита вытеснители-регенераторы будут перемещаться в обратную сторону и перемещать рабочее тело в полость сжатия 10. Путем изменения параметров импульса блока управления с использованием электромагнитной связи между поршнями достигается повышение эффективности двигателя. 1 ил, СП С
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (si(s F 02 6 1/043
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
»» р УЮФ » (д.. м.о4 ч.;-".! .@й ... .:3 (EH/, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
4 (, (21) 4675222/06 (22) 06.04.89 (46) 23.10.91, Бюл, N 39 (72) Н.Н.Слесарчик (53) 621.41 (088.8) (56) Уокер Г. Двигатели Стирлинга, M. Машиностроение, 1985, с. 217. (54) ТЕПЛОВОЙ ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к двигателям с внешним подводом теплоты, работающим по циклу Стирлинга, Цель изобретения— повышение эффективности двигателя путем выполнения электромагнитной связи между поршнями, Двигатель содержит цилиндры 1 и 1 с помещенными в них рабочими порш; нями 6 и 6 и вытеснителями-регенераторами 2 и 2 . В вытеснители-регенераторы установлены катушки электромагнита 3 и 3
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям с внешним подводом тепла, работающим на горячих газах с замкнутым циклом, например по циклу
Стирлинга.
Целью изобретения является повышение эффективности двигателя путем выполнения электромагнитной связи между поршнями.
На чертеже изображен тепловой поршневой двигатель, продольный разрез, /
Двигатель содержит цилиндры 1 и 1 с помещенными в них подвижными вытеснителями-регенераторами 2 и 2, причем в вытеснители установлены катушки электромагнита 3 и 3, которые подключены ( к источнику тока через ленточный кабель 4 и 4 и блок управления частотой (переключа„„SU „„1686209 А1
I связанные через ленточный кабель 4 и 4 с блоком управления 5. В рабочие поршни установлены постоянные магниты, при этом поршни связаны с линейным генератором переменного поля. При подаче блоком управления 5 импульсов постоянного тока в катушку электромагнита 3 и 3 вытеснитель/ ные поршни притягиваются к рабочим поршням, а рабочее тело через вытеснители-регенераторы перемещается в полость расширения 10. Под действием импульсов постоянного тока другой полярности от блока управления к катушке электромагнита вытеснители-регенераторы будут перемещаться в обратную сторону и перемещать рабочее тело в полость сжатия 10 . Путем изменения параметров импульса блока управления с использованием электромагнитной связи между поршнями достигается повышение эффективности двигателя. 1 ил. тель) 5, В цилиндры 1 и 1 также помещены
I рабочие поршни б и б с расположенными в них постоянными магнитами, которые вместе с обмотками электромагнита 7 и 7 обра/ зуют линейный генератор переменного тока, Двигатель включает нагреватель 8 и охладители 9 и 9, полость расширения 10, полость сжатия 10 и буферные полости 11 и
11, пружины 12 и 12, Оппозитные части двигателя выполнены аналогично, однако постоянный магнит в рабочем поршне б и
/ катушка электромагнита имеют обратную полярность по отношению к полярности постоянного магнита в рабочем поршне б и катушке электромагнита 3, Двигатель работает следующим обра( зом. Рабочие поршни б и б находятся ближе к центру двигателя. При подаче блоком уп1666209 — -52
54- 5 — 7
-Г- 5
1
5О
- 50
52
51 равления 5 по ленточlf„f,.f каоелям 4 II 5 импу ibcoB постоянного тока в катушки электромагнита 3 и 3/.(акой полярности, где
0 и и и р и тя Г H 8 а к) тс я к. и (2 с ГО я 4 H ы л l M а Г I- . и a м, расположеь5нь5м EI fl(2()ш15ЯХ б и 6, и пер(ьме- 5 щаются к ним, а рабочее тело ьзытесняе.ся через вытеснители-регенвраторы 2 vl 2 в полость расширения IO. Рабочее тело соприкасается со стен:(ами 5ьагревателя 8, LI при перемещении Гьоршней 6 и 6/совместно 10 с вытесь5ителями-регенераторами 2 и 2 рас/ ширяется. Происходи увеличение давле/ ния газа в буферных пол(ьстях 11 и 11 и накопление кинеть5ческой 52нерьии. В процессе движения поршней 6 и 6 в обмотках 15 ! электромагнита 7 и 7 индуцируется пе;ьеменный ток. В зависимости от зада»ной частоты блоl ет полярность импульсов постоя нноГ,) то (э ia f! р02 УБОГ>О" ложные, и силы электро15агььитьього вэаи- 20 модействия сближаьот кат 152ки алек) ромагнита 3 и 3 с вытеснителями-регенератора/ ми 2 и 2/ к центру нагревателя (>, При этом рабочее тело вытесняется 3 полость с катил
10, где ОнО, взаимодействуя cохладигелями 25
9 и 9, пони>кает сь)се давление. Под дейсгвием повышен,ього Давления г, буферных
/ полостях 11 и 11 рабочие поршни 6 и 6
Движутся I(Цент()у двига oil я, П11)и этом /51,1() исхОДит иь4дуциро Ваььи е 5)е оемеь5 »ОГ() тоха в 30 обмот ках эпектром ) гн ита 7 и 7 . П руж,»ы 12 и 12 служат 52 Основном для стабилизацL Lf рабочих поршней 6 и 6 в крайнем положеНИИ.
Таким образом, использование электромагнитной связи между поршнями 110380 ляет повысить эффективность двигателя за счет изменения параметров импульса блока управления частотой.
Формула изобретения
Тепловой поршневой двигатель, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр, размещенньье в нем вытеснительный поршень и рабочий поршень, перемещающиеся в цилиндре и разделяющие объем цилиндра на полость расширения, полость сжатия и буферную полость, нагреватель, регенератор, охладитель, установленные последовательно в магистрали, соединяющей полость расширения и полость сжатия, причем рабочий поршень связан с потребителем мощности в виде линейного генератора, обмотка которого распо/5ожена снаружи цилиндра в зоне перемещения рабочего поршня, а постоянный магнит расположен в рабочем поршне, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности двигателя путем выполнения электромагнитной связи между поршнями, он снабжен катушкой электромагнита, блоком управления и ленточным кабелем, причем катушка электромагнита установ/ ена в вытеснительном поршьье и подключена к блоку управления через ленточный кабель,
www.findpatent.ru
Поршневой двигатель возвратно-поступательного движения с электромагнитным приводом
Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в автомобилестроении и моторостроении. Технический результат заключается в преобразовании возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала при помощи электромагнитного привода без использования внешнего источника тока. Поршневой двигатель возвратно-поступательного движения включает поршень, цилиндр, коленчатый вал, коробку передач, трансмиссию и электромагнитную систему. Поршень выполнен из двух половин, верхней - в виде токопроводной пластины и нижней - в виде постоянного магнита и установлен в цилиндр из немагнитного материала. Индуктор установлен в верхней "мертвой точке" поршня, а соленоид установлен в нижней "мертвой точке" поршня и соединен с конденсаторной и аккумуляторной батареями через повышающий трансформатор и коммутатор. Коленчатый вал по обеим сторонам поршня снабжен маховиками, соединенными с одной стороны с генератором постоянного тока, а с другой стороны - с коробкой передач через электромагнитные порошковые муфты. Отказ от бензиновых двигателей внутреннего сгорания позволит значительно оздоровить экологическую обстановку в атмосфере мегаполисов и густонаселенных районов, а также резко сократить расходы на производство бензина. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в автомобилестроении и моторостроении.Известен электрический двигатель возвратно-поступательного движения, содержащий однокатушечную обмотку, два якоря, перемещающихся в противофазе, пневматическую буферную полость [1].Недостатками известного двигателя являются:а) невозможность преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное;б) невозможность работы двигателя при отключении от внешней сети.Известен также электромагнитный привод поршневой машины [2], содержащей грузы для преобразования кинетической энергии в энергию сжатия, в которой вращение вала с грузами вокруг оси осуществляется с помощью сегментированного кольцевого электромагнита. При вращении вала коленчатое звено преобразует вращательное движение в линейное перемещение поршней.Недостатком известной поршневой машины, принятой за прототип, является осуществление питания электромагнита от внешнего источника тока.Целью предлагаемого изобретения является преобразование возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала без постоянного использования внешнего источника тока.Это достигается тем, что поршневой двигатель возвратно-поступательного движения, включающий поршень, цилиндр, коленчатый вал, коробку передач, трансмиссию, аккумуляторную батарею, генератор постоянного тока и автоматическую систему управления, согласно изобретению снабжен высоковольтным трансформатором, выпрямителем, поршень выполнен из двух половин, верхней - в виде токопроводной пластины и нижней - в виде постоянного магнита и установлен в цилиндр из немагнитного материала, индуктор установлен в верхней “мертвой точке” поршня, соленоид - в его нижней “мертвой точке” и на него подаются импульсы постоянного тока от аккумуляторной батареи, конденсаторная батарея выполнена из N последовательно расположенных автономных импульсных конденсаторов, параллельно подключенных к индуктору, периодически заряжаемых постоянным током от указанного генератора постоянного тока или от внешней сети и разряжаемых через коммутатор на индуктор по командам автоматической системы управления, а коленчатый вал по обеим сторонам от оси поршня снабжен маховиками, соединенными через электромагнитные порошковые муфты с одной стороны с указанным генератором постоянного тока для подзарядки аккумуляторной и конденсаторной батарей, а с другой стороны через коленчатый вал и коробку передач - на трансмиссию.Кроме того, для увеличения кинетической энергии, запасаемой маховиками при вращении, они выполнены из материала с максимально возможной плотностью, например до ρ=20 г/см3.Для лучшего скольжения поршня относительно стенки цилиндра и уменьшения трения нижняя часть поршня с боковой стороны снабжена кольцевым шариковым сепаратором.Для длительной работы без подзарядки конденсаторная батарея выполнена из N числа последовательно расположенных автономных импульсных конденсаторов, параллельно подключенных к индуктору, периодически заряжаемых постоянным током через высоковольтный трансформатор и выпрямитель от внешней сети и разряжаемых через коммутатор на индуктор по командам автоматической системы управления двигателем.Для увеличения мощности двигателя он может содержать несколько последовательно соединенных друг с другом поршней и цилиндров при помощи общего коленчатого вала.На фиг.1 показана функциональная схема однотактного двигателя. На фиг.2 показаны верхняя и нижняя части поршня и сепаратор. На фиг.3 показана схема взаимодействия магнитных потоков индуктора и соленоида с поршнем, на фиг.4 - схема повышающего трансформатора с укладкой первичной обмотки в полотно дороги.Сущность предлагаемого изобретения показана на чертеже (фиг.1) в момент, когда поршень находится в верхней "мертвой точке".Поршневой двигатель возвратно-поступательного движения состоит из цилиндра 1 из немагнитного материала, поршня 2, шатуна 3 из немагнитного материала, коленчатого вала 4, картера 5 из немагнитного материала, двух маховиков 6, симметрично расположенных на коленчатом валу относительно вертикальной оси поршня, генератора 7 постоянного тока, конденсаторной батареи 8, повышающего трансформатора 9, выпрямителя 10, коммутатора 11, коробки передач 12, электромагнитных муфт 13 и 14, индуктора 15, расположенного в верхней "мертвой точке" (в.м.т.) поршня, соленоида - 16, расположенного в нижней "мертвой точке" поршня (н.м.т.), автоматической системы управления 17 двигателем (АСУ).Поршень 2 выполнен из двух половин (фиг.2). Верхняя часть поршня выполнена в виде электропроводной пластины 18, нижняя часть поршня выполнена в виде постоянного магнита 19. Поршень 2 по образующей снабжен кольцевым шариковым сепаратором 20, цилиндр снабжен водоохлаждаемой рубашкой 21, соединенной с системой охлаждения 22. Маховики 6 выполнены из материала с высокой плотностью, например до 20 г/см3.Конденсаторная батарея 8 выполнена в виде набора автономных импульсных конденсаторов “С”, заряжаемых постоянным током через повышающий трансформатор 9 и выпрямитель 10 и разряжаемых через коммутатор 11 по командам автоматической системы управления 17.Для отбора мощности от коленчатого вала 4 к коробке передач 12 предусмотрена электромагнитная порошковая муфта 13, а к генератору 7 предусмотрена электромагнитная порошковая муфта 14.Поршневой двигатель транспортного средства, например автомобиля, работает следующим образом (фиг.2, 3). Перед запуском высоковольтный трансформатор 9 подключается к внешней сети 24 переменного тока, который преобразуется в постоянный с помощью выпрямителя 10 и заряжает конденсаторную батарею 8, после зарядки транспортное средство отключается от внешней сети 24. Если транспортное средство имеет постоянную связь с внешней сетью, например электровоз, или стационарный аппарат, например компрессор, то отключение не производится и процесс зарядки происходит непрерывно или отключение производится периодически с целью экономии электроэнергии.Для запуска двигателя автоматической системой управления 17 от аккумуляторной батареи 23 подаются импульсы постоянного тока на соленоид 16. В результате взаимодействия магнитных полей соленоида Фс и постоянного магнита Фм поршня 2 поршень многократно отталкивается от соленоида, совершая возвратно-поступательное движение, приводя во вращение коленчатый вал 4. Разгон двигателя (вала 4 и маховиков 6) осуществляется через коммутатор 11 путем подачи ряда импульсов на индуктор 15 в момент нахождения поршня 2 в верхней "мертвой точке". Внешнее поле индуктора и наводит в электропроводной пластине 18 поршня 2 индукционный ток Iи, В результате взаимодействия внешнего поля индуктора Фи с магнитным полем пластины Фп, последняя многократно отталкивается от индуктора 15, разгоняя двигатель до максимальных оборотов. Одновременно отключается соленоид 16.Отбор мощности от коленчатого вала к коробке передач 12 осуществляется через электромагнитную порошковую муфту 13.Автоматическая система управления 17 управляет зарядкой и разрядкой конденсаторной батареи и подзарядкой аккумуляторной батареи. После полного расхода мощности конденсаторной батареи транспортное средство вновь присоединяется к внешней сети 24. Стационарные двигатели могут подзаряжаться непрерывно от внешней сети 24 (например, электровозы). Генератор 7 служит для подзарядки аккумуляторной батареи 23 во время движения транспортного средства.Для остановки или торможения двигателя в соленоид и индуктор подаются импульсы тока обратного знака, при этом поршень начинает втягиваться в соленоид и индуктор и замедляет свое движение или останавливается.Таким образом, кинетическая энергия поршня, сообщенная ему электромагнитным импульсом, преобразуется в кинетическую энергию маховиков, которая передается через вал и коробку передач на трансмиссию 5 и частично расходуется на подзарядку аккумуляторной батареи во время движения транспортного средства.Предлагаемый двигатель использует внутреннюю энергию, запасенную в батареях, и не использует при работе источник внешнего тока (за исключением стационарных установок, которые постоянно подключены к внешней сети).В технике сильных токов для индукционного ускорения проводников применяются индукторы, создающие в тракте ускорения магнитную индукцию до 70 Тл [3].Зная индукцию, найдем давление на пластину по формуле
где В - индукция; μ0=4π·10-7 Гн/м - магнитная проницаемость вакуума. Пусть B=5 Тл, тогда
Тогда сила отталкивания поршня от индуктора будет равна
где Sп - площадь поверхности поршня.Если диаметр поршня (пластины) принять равным 80 мм, то сила будет равна
С учетом КПД индуктора (η=0,8) для дальнейших расчетов примем F=4000 кгс.Скорость перемещения поршня найдем по выражению
где Q=2 кг - вес поршня; g=10 м/с2 - ускорение силы тяжести; t=10-3 с - время импульса. Тогда получим
Угловую скорость коленчатого вала найдем по формуле
Тогда ω=20/0,03=666 с-1 или n=6660 об/мин.Кинетическая энергия маховиков определяется по выражению
где - момент инерции маховиков; m - масса маховиков, m=Q/g=50/10=5 кг, где Q=2·25 - вес двух маховиков; R=0,2 - радиус маховика. Тогда I=5·0,22=0,2 кгм·с2, E=0,5·0,2·6662=44355 кгм.Чтобы автомобиль весом Q=1500 кг двигался со скоростью 72 км/ч (20 м/с), его кинетическая энергия должна быть равна
Использование электромагнитных муфт 13, 14 при передаче крутящего момента от коленчатого вала 4 на коробку передач 12 позволяет замедлять, ускорять или останавливать автомобиль (станок, тепловоз и проч.) без остановки коленчатого вала с маховиками, периодически разгоняя его мощными импульсами.Постоянную или периодическую зарядку конденсаторных батарей, установленных на движущемся транспорте (например, автомобиля), можно осуществлять путем закладки первичной обмотки 25 повышающего трансформатора 9 в полотно дороги 26, устраивая для этой цели параллельные участки 27 или предусматривая длинные специальные полосы на автомобильных трассах 28 (фиг.4).К основным преимуществам предлагаемого поршневого двигателя с электромагнитным приводом относятся:1) экологическая чистота;2) бесшумность;3) безопосность;4) несложность в изготовлении и эксплуатации.Отказ от бензиновых двигателей внутреннего сгорания позволит значительно оздоровить экологическую обстановку в атмосфере городов и густонаселенных районов, а также резко сократить расходы на производство бензина.Источники информации1. А.с. СССР №350103, 04.09.1972.2. Патент США №3792295, 12.03.1974.3. Механические взаимодействия в сильных магнитных полях Межвузовский сборник. Л.: Издание СЗПИ, 1974.
Формула изобретения
1. Поршневой двигатель возвратно-поступательного движения, включающий поршень, цилиндр, коленчатый вал, коробку передач, трансмиссию, аккумуляторную батарею, генератор постоянного тока и автоматическую систему управления, отличающийся тем, что он снабжен высоковольтным трансформатором, выпрямителем, индуктором и соленоидом, поршень выполнен из двух половин, верхней - в виде токопроводной пластины и нижней - в виде постоянного магнита и установлен в цилиндр из немагнитного материала, индуктор установлен в верхней “мертвой точке” поршня, соленоид - в его нижней “мертвой точке”, и на него подаются импульсы постоянного тока от аккумуляторной батареи, конденсаторная батарея выполнена из N последовательно расположенных автономных импульсных конденсаторов, параллельно подключенных к индуктору, периодически заряжаемых постоянным током от указанного генератора постоянного тока или от внешней сети и разряжаемых через коммутатор на индуктор по командам автоматической системы управления, а коленчатый вал по обеим сторонам от оси поршня снабжен маховиками, соединенными через электромагнитные порошковые муфты с одной стороны - с указанным генератором постоянного тока для подзарядки аккумуляторной и конденсаторной батарей, а с другой стороны через коленчатый вал и коробку передач - на трансмиссию.2. Поршневой двигатель по п.1, отличающийся тем, что он содержит несколько последовательно соединенных друг с другом поршней и цилиндров при помощи общего коленчатого вала.3. Поршневой двигатель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что первичная обмотка повышающего трансформатора расположена вне транспортного средства, на котором установлен двигатель, например, вмонтирована в дорожное полотно.
MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 31.07.2009
Извещение опубликовано: 10.08.2010 БИ: 22/2010
NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение
Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.12.2010
Извещение опубликовано: 20.12.2010 БИ: 35/2010
bankpatentov.ru
электромагнитный поршневой двигатель - заявка на патент 2011131409
Классы МПК: H02K7/00 (2006.01)Автор: Маров Павел Борисович (RU) Заявитель: Маров Павел Борисович (RU)
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Электромагнитный поршневой двигатель, содержащий станину П-образной формы, с приливами для крепления анкерными болтами и приливом для крепления переключателя полюсов электромагнита, состоящий из дюралюминия, на боковые стороны которой крепятся два сборочных дюралюминиевых разъемных картера, внутри которых находятся два стальных коленчатых вала в подшипниках, два шатуна, закрепленных в своем корне в подшипниках на смещенной оси коленчатых валов, два стальных цилиндра, крепящиеся к собранным разъемным деталям картеров, электромагнит, находящийся между цилиндрами, с заходом полюсов стального сердечника в цилиндры, крепящийся текстолитовым каркасом намагничивающей катушки к цилиндрам, два дюралюминиевых поршня, находящиеся внутри цилиндров, которые с помощью стальных цилиндрических поршневых пальцев закреплены в шейках шатунов, в вершине поршней находятся постоянные магниты с отверстием в центре, два стальных кулачка с шестернями, закрепленные на коленчатых валах с одной и той же стороны, стальное коромысло переключателя полюсов электромагнита с роликами на концах, которые скользят по кулачкам и с центральным отверстием, через которое оно крепится на переключателе полюсов электромагнита, переключатель полюсов электромагнита, крепящегося к приливу на передней части станины, стального промежуточного зубчатого колеса с валом, который валом закреплен в подшипниках передней части станины и создающий зубчатую передачу между стальными кулачками с шестернями, стального маховика с механизмом увеличения махового момента, который крепится на выступающий из станины вал стального промежуточного зубчатого колеса, генератора постоянного тока, статором крепящегося к боковой части станины, а валом ротора через стальную муфту к коленчатому валу с противоположной стороны кулачков с шестернями, системе воздушного охлаждения с раструбом забора воздуха, крепящегося к картеру со стороны генератора, внутри раструба находится вентилятор, крепящийся к коленчатому валу, с возможностью движения вращения коленчатым валам, генератору постоянного тока, системе охлаждения, кулачкам с шестерней, промежуточному зубчатому колесу с валом, маховику, движению коромыслу переключателя полюсов электромагнита от стартерного двигателя и отличающийся от двигателя внутреннего сгорания более высоким коэффициентом полезного действия, простотой устройства, экологической чистотой, дешевой себестоимостью.
