RU2422654C1 - Synchroniser of movement of armatures-pistons in opposite phase of free piston pump-generator - Google Patents
Synchroniser of movement of armatures-pistons in opposite phase of free piston pump-generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2422654C1 RU2422654C1 RU2010105428/06A RU2010105428A RU2422654C1 RU 2422654 C1 RU2422654 C1 RU 2422654C1 RU 2010105428/06 A RU2010105428/06 A RU 2010105428/06A RU 2010105428 A RU2010105428 A RU 2010105428A RU 2422654 C1 RU2422654 C1 RU 2422654C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- armature
- piston
- pistons
- generator
- speed
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Изобретение относится к энергомашиностроению.The invention relates to power engineering.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
Ближайший прототип изобретения - «Гидравлический способ синхронизации движения поршней свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания», патент №2324829.The closest prototype of the invention is “Hydraulic method for synchronizing the movement of pistons of a free piston internal combustion engine”, patent No. 2324829.
Основные узлы, обеспечивающие синхронизацию движения поршней свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания (далее - энергомодуль): насос-генератор 1 (Фиг.1) с якорем 2, клапаны управления потоком жидкости 3 (далее - клапаны) и два двигателя внутреннего сгорания 4 (правый и левый). Перед пуском энергомодуля якорь 2 находится в правом крайнем положении. Левый клапан 3 - в верхнем положении, а правый - в нижнем. Поршни 5 правого двигателя - в точках максимального схождения, поршни левого - в точках максимального расхождения, клапаны впуска воздуха 6 правого двигателя и выпуска отработавших газов 7 закрыты, а клапаны компрессоров 8 - закрыты. Все детали левого двигателя занимают противоположное положение.The main nodes that ensure the synchronization of the pistons of a free piston internal combustion engine (hereinafter referred to as the energy module): a generator pump 1 (Fig. 1) with an
При пуске энергомодуля система управления (не показана) форсункой 9 подает топливо в камеру сгорания правого двигателя. Одним из способов топливо воспламеняется и расширяющиеся продукты сгорания разводят его поршни. Соединенные с поршнями двигателя поршни компрессора 10 сжимают воздух в его полостях и цилиндрах двигателя 4. Плунжеры 11 продавливают жидкость через насос-генератор 1, откуда жидкость поступает в полости плунжеров левого двигателя, и его поршни начинают встречное движение. Через открывшиеся клапаны компрессора 8 в полости компрессоров 10 засасывается воздух из атмосферы, клапаны впуска воздуха 6 и клапаны выпуска отработавших газов закрываются. При продавливании жидкости через насос-генератор 1 его якорь 2 начинает движение справа налево. Полюса якоря 2 движутся между полюсами статорных магнитов (постоянные магниты) 12 и 13. При этом в теле якоря 2 возникает переменный магнитный поток, в результате чего в катушке якоря 14 генерируется электрический импульс. По достижении якорем 2 левого крайнего положения система управления переводит клапаны 3 в противоположное положение и жидкость из полости плунжера 11 правого двигателя начинает поступать в левую полоть якоря 2. Якорь 2 движется слева направо, и в катушке якоря 14 генерируется электрический импульс противоположного знака. Система управления сообщает якорю колебательное движение до тех пор, пока плунжеры и поршни обоих двигателей не достигнут противоположных крайних точек. В этот момент система управления форсункой 9 подает топливо в камеру сгорания левого двигателя и воспламеняет его. Таким образом, рабочий цикл одного двигателя инициирует рабочий цикл другого.When starting the energy module, the control system (not shown) by the
Применение в свободнопоршневых машинах двух поршней с оппозитным движением объясняется необходимостью исключения влияния сил реакции от движения поршней. Одно из условий действия подобных машин - синхронное движение поршней в противофазе на всем протяжении их пути. Изготовить цилиндр и поршни машины абсолютно правильной геометрической формы, а поршни к тому же равными по массе - невозможно. Также невозможно обеспечить равенство сил трения в парах поршень-цилиндр на протяжении всего рабочего цикла. Кроме того, на закон движения поршней влияют и другие факторы - непрогнозируемые перемещение машины в пространстве, вращение земли и т.д.The use of two pistons with opposed motion in free piston machines is explained by the need to exclude the influence of reaction forces from the movement of the pistons. One of the conditions for the operation of such machines is the synchronous movement of the pistons in antiphase throughout their path. It is impossible to make a cylinder and pistons of a machine of absolutely regular geometric shape, and pistons are also equal in weight. It is also impossible to ensure the equality of the friction forces in the piston-cylinder pairs throughout the entire working cycle. In addition, other factors influence the law of piston motion - unpredictable movement of the machine in space, rotation of the earth, etc.
Синхронизация движения поршней энергомодуля осуществляется системой управления с помощью клапанов синхронизации 15. Система управления отслеживает текущую скорость каждого поршня и по сигналу рассогласования скоростей поршней подает команду на соответствующий клапан синхронизации. Так, если скорость верхнего поршня правого двигателя меньше скорости нижнего, система управления переводит клапан синхронизации 15 нижнего цилиндра правого двигателя в частично или полностью закрытое положение. Динамическое сопротивление движению жидкости в трубопроводе увеличивается, и скорость его поршня уменьшается. После уравнивания скоростей поршней клапан синхронизации 15 возвращается в исходное положение.The movement of the pistons of the energy module is synchronized by the control system using
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Задача изобретения состоит в обеспечении синхронного движения поршней насос-генератора в противофазе. Насос-генератор - машина, преобразующая энергию потока жидкости в электроэнергию и электроэнергию в энергию потока жидкости - заявка на получение патента на изобретение «Насос-генератор с оппозитным движением якорь-поршней», №2009115041, дата подачи 20.04.2009. Сущность изобретения поясняется описанием нагрузочного способа синхронизации движения его поршней. Якорь-поршень (в дальнейшем - якорь) - узел, объединяющий функции якоря линейного электрогенератора и поршня машины.The objective of the invention is to provide synchronized movement of the pistons of the pump generator in antiphase. Pump-generator - a machine that converts the energy of a fluid flow into electricity and electricity into the energy of a fluid flow - application for a patent for the invention "Pump-generator with opposite movement of the armature-pistons", No. 2009115041, filing date 04/20/2009. The invention is illustrated by the description of the load method of synchronizing the movement of its pistons. Anchor-piston (hereinafter referred to as the anchor) is a unit that combines the functions of the armature of a linear electric generator and the piston of a machine.
В состав насос-генератора (Фиг.2) входят статорные (постоянные) магниты 1, 2, якоря 3, 4, катушки подмагничивания якорей 5, 6, распределительные клапаны 7, 8, каналы 9,13, трубопроводы 10, 11, 12, 14, 15 и система управления.The composition of the pump generator (Figure 2) includes stator (permanent)
При работе насос-генератора в режиме электрогенератора рабочая жидкость под давлением от источника питания (например, от гидронасоса привода колес автомобиля системы рекуперации энергии торможения автомобиля) по каналу 9, через клапан управления потоком жидкости 7 (далее - распределительный клапан), по трубопроводу 10 поступает в левую торцевую полость якоря 3, а по трубопроводу 11 - в правую полость якоря 4. Якоря начинают встречное движение и выдавливают жидкость из правой торцевой полости якоря 3 и левой торцевой полости якоря 4. Жидкость из этих полостей по трубопроводу 12, через распределительный клапан 8 и по каналу 13 возвращается к источнику питания. Якоря 3, 4 изготовлены из магнитомягкого материала. При движении торцов якорей 3, 4 в магнитных полях в зазорах статорных магнитов 1, 2 в телах якорей 3, 4 индуцируются переменные магнитные потоки, генерирующие в катушках подмагничивания якорей 5, 6 импульсы электроэнергии. При достижении якорями крайних точек схождения система управления переводит распределительные клапаны 7, 8 в противоположные положения. Жидкость от источника по каналу 9, через распределительный клапан 7 и трубопроводам 14, 12 начинает поступать в правую торцевую полость якоря 3 и левую торцевую полость якоря 4, а из левой торцевой полости якоря 3, по трубопроводу 10 и из правой торцевой полости якоря 4 по трубопроводу 11 и 15, через распределительный клапан 8 и по каналу 13 возвращается к источнику питания. Якоря меняют направление движения и в катушках подмагничивания 5, 6 генерируются электрические импульсы противоположного знака. В дальнейшем система управления продолжает менять положение распределительных клапанов 7, 8 и якоря 3, 4 совершают колебательные движения, в результате чего в катушках подмагничивания якорей 5, 6 генерируются переменные электрические колебания, энергия которых поступает потребителю.When the pump generator is in the generator mode, the working fluid is pressurized from the power source (for example, from the hydraulic pump of the vehicle’s wheel drive of the vehicle’s braking energy recovery system) through
При работе насос-генератора в режиме насоса система управления подает на катушки подмагничивания якорей 5, 6 знакопеременные импульсы электроэнергии, вследствие чего на торцах якорей 3, 4 возникают соответствующие им магнитные полюса. Если их положение при единичном импульсе таково, как показано на чертеже, то левый торец якоря 3 с северным магнитным полюсом выталкивается из левого кольцевого зазора статорного магнита 1, а правый его торец с южным магнитным полюсом втягивается в левый кольцевой зазор статорного магнита 2. Аналогичным образом якорь 4 взаимодействует с кольцевыми зазорами статорных магнитов 1, 2. При этом из правой полости якоря 3 и левой полости якоря 4 по трубопроводам 12, 14, через распределительный клапан 8 и по каналу 13 жидкость поступает потребителю (например, гидромотору), а по каналу 9, распределительный клапан 8 и трубопроводам 10, 11 возвращается от потребителя в левую торцевую полость якоря 3 и правую торцевую полость якоря 4. По достижении якорями крайних точек схождения система управления меняет положение клапанов 7, 8 на противоположное и направление тока в катушках подмагничивания 5, 6, и жидкость продолжает поступать потребителю по каналу 13 и возвращаться от него по каналу 9. Таким образом, оппозитный характер движения якорей нейтрализует действие сил реакции от движения поршней на корпус насос-генератора.When the pump generator is in pump mode, the control system supplies alternating pulses of electricity to the magnetization coils of the
Так же как и вышерассмотренный энергомодуль насос-генератор по тем же причинам нуждается в системе синхронизации движения поршней в противофазе. Действует такая система следующим образом.Just like the pump-generator power module discussed above, for the same reasons, it requires a piston synchronization system in antiphase. Such a system operates as follows.
При работе насос-генратора в режиме генератора система управления отслеживает текущее значение скоростей обоих поршней насос-генератора и по сигналу рассогласования скоростей поршней прерывает или прекращает ток через катушку подмагничивания того якоря, скорость которого меньше скорости другого якоря. Если, например, скорость якоря 3 меньше скорости якоря 4, система управления разрывает цепь катушки возбуждения якоря 5. В результате исчезновения магнитного потока в теле якоря 3 прекращается взаимодействие торцов якоря 3 со стационарными магнитами 1, 2, и скорость якоря 3 возрастает. В момент, когда скорости обоих поршней сравняются, система управления восстанавливает цепь катушки возбуждения 5. Аналогичным образом система управления действует и в случае, когда скорость якоря 4 меньше скорости якоря 3.When the pump-generator is in generator mode, the control system monitors the current value of the speeds of both pistons of the pump-generator, and interrupts or stops the current through the magnetization coil of the armature whose speed is less than the speed of the other armature by the piston speed misalignment signal. If, for example, the speed of the
При работе насос-генератора в режиме насоса система управления по сигналу рассогласования прерывает или прекращает ток в катушке подмагничивания того якоря, скорость которого больше скорости другого якоря. Если, например, скорость того же якоря 3 больше скорости якоря 4, система управления прерывает цепь катушки подмагничивания якоря 5. Магнитный поток в теле якоря 5 исчезает и электромагнитные силы, движущие якорь 3, также исчезают, скорость якоря 3 уменьшается. Следует отметить, что восстановление цепи катушки подмагничивания якоря должно происходить с определенным опозданием после уравнивания скоростей поршней с тем, чтобы уравнивание их скоростей произошло в момент, когда поршни окажутся в крайних точках схождения или расхождения. Иными словами восстановление цепи катушки подмагничивания якоря должно происходить в момент, обеспечивающий синхронное движения якорей в противофазе.When the pump generator is in pump mode, the control system interrupts or stops the current in the magnetization coil of the armature whose speed is greater than the speed of the other armature by a mismatch signal. If, for example, the speed of the
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Синхронизатор движения якорь-поршней в противофазе свободно-поршневого насос-генератора, преобразующего энергию потока жидкости в электроэнергию и электроэнергию в энергию потока жидкости, включающего систему управления, статорные магниты, якорь-поршни, катушки подмагничивания якорь-поршней, клапаны управления потоком жидкости, отличающийся тем, что синхронизация движения поршней в противофазе насос-генератора осуществляется при возникновении разности величин скоростей поршней насос-генератора уменьшением или прекращением тока в одной из катушек подмагничивания якоря, для этого при работе насос-генератора в режиме генератора система управления отслеживает текущее значение величин скоростей каждого якорь-поршня и по сигналу рассогласования скоростей якорь-поршней уменьшает или прерывает ток в катушке подмагничивания того якорь-поршня, скорость которого меньше скорости другого якоря, а при работе насос-генератора в режиме насоса система управления отслеживает текущее значения величин скоростей каждого якорь-поршня и по сигналу рассогласования скоростей якорь-поршней уменьшает или прерывает ток в катушке подмагничивания того якоря, скорость которого больше скорости другого якорь-поршня, и после достижения якорь-поршнем скорости, обеспечивающей синхронное движение якорь-поршней в противофазе, система управления восстанавливает цепь катушки подмагничивания якорь-поршня.Anchor-piston motion synchronizer in antiphase of a free-piston pump generator, which converts the energy of the fluid flow into electricity and electric power into the energy of the fluid flow, including the control system, stator magnets, anchor-pistons, magnetization coils of the armature-pistons, fluid flow control valves, different the fact that the synchronization of the movement of the pistons in antiphase of the pump generator is carried out when a difference in the values of the speeds of the pistons of the pump generator occurs when the current decreases or one of the coils of the magnetization of the armature, for this, when the pump generator is in generator mode, the control system monitors the current values of the speeds of each armature-piston and, by the signal of the speed misalignment of the armature-pistons, reduces or interrupts the current in the magnetization coil of that armature-piston, the speed of which is less the speed of the other armature, and when the pump generator is in pump mode, the control system monitors the current values of the speeds of each armature-piston and the armature speed mismatch signal b-pistons reduces or interrupts the current in the magnetization coil of that armature, the speed of which is greater than the speed of the other armature-piston, and after the armature-piston reaches a speed that provides synchronous movement of the armature-pistons in antiphase, the control system restores the circuit of the magnetization coil of the armature-piston.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Изобретение применимо к машинам, в которых преобразовывается электроэнергия в энергию потока жидкости и, наоборот, преобразовывается энергия потока рабочей жидкости в электроэнергию. Область применения - станкостроение и автомобилестроение. Насос-генератор исключает необходимость использования механизмов перемены передач, позволяет рекуперировать энергию торможения движущихся деталей станков, торможения автомобиля и т.д. Требования к технологии и материалам не выходят за пределы современных возможностей.The invention is applicable to machines in which electricity is converted into energy of a fluid flow and, conversely, energy of a flow of a working fluid is converted into electricity. A scope - machine tool industry and automotive industry. The pump-generator eliminates the need to use gear change mechanisms, allows you to recover the braking energy of moving machine parts, car braking, etc. The requirements for technology and materials do not go beyond modern capabilities.
ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛGRAPHIC MATERIAL
Фигура 1. Принципиальная схема свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания.Figure 1. Schematic diagram of a free piston internal combustion engine.
1 - насос-генератор, 2 - якоря, 3 - клапаны управления потоком жидкости, 4 - двигатели внутреннего сгорания, 5 - поршень двигателя, 6 - клапан впуска воздуха, 7 - клапана выпуска отработанных газов, 8 - клапан компрессора, 9 - форсунка, 10 - поршни компрессора, 11 - плунжер, 12, 13 - статорные магниты, 14 - катушка подмагничивания якоря, 15 - клапан синхронизации.1 - pump-generator, 2 - anchors, 3 - fluid flow control valves, 4 - internal combustion engines, 5 - engine piston, 6 - air intake valve, 7 - exhaust gas valve, 8 - compressor valve, 9 - nozzle, 10 - compressor pistons, 11 - plunger, 12, 13 - stator magnets, 14 - armature magnetization coil, 15 - synchronization valve.
Фигура 2. Принципиальная схема насос-генератора с оппозитным движением якорь-поршней в противофазе.Figure 2. Schematic diagram of a pump generator with the opposite movement of the armature pistons in antiphase.
1, 2 - статорные магниты, 3, 4 - якорь-поршни, 5, 6 - катушки подмагничивания якорь-поршней, 7, 8 - клапаны управления потоком жидкости, 9, 13 - каналы впуска и выпуска жидкости, 10, 11, 12, 14, 15 - трубопроводы.1, 2 - stator magnets, 3, 4 - armature pistons, 5, 6 - magnetization coils of armature pistons, 7, 8 - fluid flow control valves, 9, 13 - fluid inlet and outlet channels, 10, 11, 12, 14, 15 - pipelines.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010105428/06A RU2422654C1 (en) | 2010-02-15 | 2010-02-15 | Synchroniser of movement of armatures-pistons in opposite phase of free piston pump-generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010105428/06A RU2422654C1 (en) | 2010-02-15 | 2010-02-15 | Synchroniser of movement of armatures-pistons in opposite phase of free piston pump-generator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2422654C1 true RU2422654C1 (en) | 2011-06-27 |
Family
ID=44739252
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010105428/06A RU2422654C1 (en) | 2010-02-15 | 2010-02-15 | Synchroniser of movement of armatures-pistons in opposite phase of free piston pump-generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2422654C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2508594C1 (en) * | 2012-10-22 | 2014-02-27 | Анатолий Александрович Рыбаков | Method of adapting oscillation frequency of generator pump lifter-pistons to linear oscillator circuit resonance frequency |
RU2539695C1 (en) * | 2014-02-11 | 2015-01-27 | Анатолий Александрович Рыбаков | Method of movement synchronisation of pistons of double-cylinder free piston with pistion opposite movement power module connected with pistons of gas compressor |
RU2576389C1 (en) * | 2015-03-16 | 2016-03-10 | Анатолий Александрович Рыбаков | Ways to synchronize movement of the piston in antiphase |
RU2659581C1 (en) * | 2017-08-08 | 2018-07-03 | Анатолий Александрович Рыбаков | Method of synchronization of piston movement in anti-phase of two-cylinder-free-piston heat exchanger of external combustion |
-
2010
- 2010-02-15 RU RU2010105428/06A patent/RU2422654C1/en active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2508594C1 (en) * | 2012-10-22 | 2014-02-27 | Анатолий Александрович Рыбаков | Method of adapting oscillation frequency of generator pump lifter-pistons to linear oscillator circuit resonance frequency |
RU2539695C1 (en) * | 2014-02-11 | 2015-01-27 | Анатолий Александрович Рыбаков | Method of movement synchronisation of pistons of double-cylinder free piston with pistion opposite movement power module connected with pistons of gas compressor |
RU2576389C1 (en) * | 2015-03-16 | 2016-03-10 | Анатолий Александрович Рыбаков | Ways to synchronize movement of the piston in antiphase |
RU2659581C1 (en) * | 2017-08-08 | 2018-07-03 | Анатолий Александрович Рыбаков | Method of synchronization of piston movement in anti-phase of two-cylinder-free-piston heat exchanger of external combustion |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2422654C1 (en) | Synchroniser of movement of armatures-pistons in opposite phase of free piston pump-generator | |
RU2441993C2 (en) | Pistons line syncronization technique in a coupled double-cylinder free-piston engine | |
EP3307992B1 (en) | Free piston device | |
CN107762560B (en) | Thermal-electric conversion device for small organic Rankine cycle waste heat recovery system | |
CN104811008A (en) | Cylindrical permanent magnet flux-switching linear oscillation motor | |
US5473205A (en) | Double-duct liquid metal magnetohydrodynamic engine | |
Wu et al. | Research on starting process and control strategy of opposed-piston free-piston engine generator _ simulation and test results | |
US20130302181A1 (en) | Zero emissions pneumatic-electric engine | |
RU2476699C1 (en) | Blowing method of combustion chamber of free-piston two-cylinder power module with common external combustion chamber and linear electric generator | |
CN101686029A (en) | Thermomagnetic power plant | |
RU2479733C1 (en) | Method for increasing efficiency of expansion process of combustion products by air bypass between compressor cavities of expansion machines in free-piston two-cylinder power module with total external combustion chamber and linear electric generator | |
US5637935A (en) | Double-duct liquid metal magnetohydrodynamic engine | |
JP2018062902A (en) | Free piston engine generator | |
RU2550228C2 (en) | Ac generator with external combustion engine | |
RU2537322C1 (en) | Method of movement synchronisation of piston groups of free piston pump-compressor with common linear motor | |
Sato et al. | High power density by combining of a double stator and an opposite-magnets linear generator in a dual-type free-piston engine generator | |
RU2468224C1 (en) | Free-piston double-cylinder energy module of double purpose with common external combustion chamber and linear power generator | |
CN114526154A (en) | Generated energy output control system of opposed piston linear generator set | |
RU2427717C1 (en) | Impulse method of movement synchronisation of pistons of free piston duplex power module with common combustion chamber | |
Kim et al. | Starting mode analysis of tubular-type linear generator for free-piston engine with dynamic characteristics | |
RU2537324C1 (en) | Method of compressed air generation by free-piston power module with common external combustion chamber | |
RU2324829C1 (en) | Hydraulic method of synchronization of piston movement in an internal combustion plunger free engine | |
RU2328607C1 (en) | Method of load synchronisation of free-piston internal combustion engine pistons motion | |
RU2618689C1 (en) | Way of the air gap magnetic flux drag reduction among linear electric power generator anchors of the free-piston energy module with the external combustion shaft | |
Huang et al. | Research and analysis of a novel voice coil motor with wireless power supply |