RU2550228C2 - Электрический генератор переменного тока с двигателем стирлинга - Google Patents
Электрический генератор переменного тока с двигателем стирлинга Download PDFInfo
- Publication number
- RU2550228C2 RU2550228C2 RU2012130533/06A RU2012130533A RU2550228C2 RU 2550228 C2 RU2550228 C2 RU 2550228C2 RU 2012130533/06 A RU2012130533/06 A RU 2012130533/06A RU 2012130533 A RU2012130533 A RU 2012130533A RU 2550228 C2 RU2550228 C2 RU 2550228C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- cylinder
- cold
- cores
- heater
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
Изобретение относится к системам двигатель-генератор. Электрический генератор переменного тока с двигателем Стирлинга содержит цилиндр, рабочий поршень, холодильник, регенератор и нагреватель, а также кольцевую электрическую обмотку на цилиндре. Цилиндр разделяется подвижным вытеснительным поршнем на холодную и горячую полости. Рабочий поршень подвижно установлен в холодной полости. Холодильник, регенератор и нагреватель последовательно расположены и соединяют холодную и горячую полости. Рабочий поршень жестко соединен со штоком, выполненным из магнитного материала. Сердечники электрической обмотки имеют двутавровое сечение. По обеим сторонам сердечников вдоль оси штока расположены кольцевые магниты, обращенные друг к другу разноименными полюсами. На штоке поршня выполнены кольцевые канавки, заполненные немагнитным материалом. На цилиндре у вытеснительного поршня установлен датчик положения поршня, последовательно электрически соединенный через микропроцессор с регулировочным клапаном на трубопроводе между нагревателем и холодной полостью. Изобретение направлено на повышение надежности и экономичности генератора. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам двигатель-генератор, и может быть использовано при проектировании и производстве источников переменного электрического тока.
Известна система двигатель-генератор переменного электрического тока [Аткинс Б. Общая теория электронных машин. Пер. с англ. И.В. Антака. Государственное энергетическое издательство. М.-Л., 1960. 272 с.], в которой для возбуждения ЭДС в силовых обмотках статора якорь совершает вращательное движение. Зачастую в этой системе в качестве двигателя используют двигатель внутреннего сгорания [Мировое судовое дизелестроение. Конструкции конструирования, анализ международного опыта: Учебн. пособие / Г.А. Конкс, В.А. Лешко. - М.: Машиностроение, 2005. 512 с.].
Недостатком такой системы является сложность преобразования с помощью кривошипно-шатунного механизма возвратно-поступательного движения поршней двигателя во вращательное движение коленчатого вала, присоединенного к якорю генератора.
Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь тепловой энергии в электрическую с двигателем Стирлинга [Уокер Г. Двигатели Стирлинга. М.: Машиностроение., 1985, с.215-217, рис.9.13]. Указанный преобразователь содержит герметичный цилиндр с рабочим поршнем из постоянного магнита, вытеснительным поршнем и рабочей средой, обмоток возбуждения, нагревателя, регенератора, холодильника и функциональных элементов, необходимых для работы преобразователя.
Недостатками этого устройства является низкая надежность рабочего поршня из магнитного материала и малая экономичность преобразователя вследствие отсутствия органов управления параметрами системы и ее функциональными внутренними и внешними связями, обеспечивающими преобразование тепловой энергии в электрическую.
Целью изобретения является повышение надежности и экономичности работы преобразователя тепловой энергии в электрическую.
Указанная цель достигается тем, что электрический генератор переменного тока (ЭГПТ) с двигателем Стирлинга, содержащий цилиндр, разделяемый подвижным вытеснительным поршнем на холодную и горячую полости, рабочий поршень, подвижно установленный в холодной полости, холодильник, регенератор и нагреватель, последовательно расположенные и соединяющие холодную и горячую полости, а также кольцевую электрическую обмотку на цилиндре, отличающийся тем, что рабочий поршень жестко соединен со штоком, выполненным из магнитного материала, сердечники электрической обмотки имеют двутавровое сечение, по обеим сторонам сердечников, вдоль оси штока расположены кольцевые магниты, обращенные друг к другу разноименными полюсами, на штоке поршня выполнены кольцевые канавки, заполненные немагнитным материалом, а на цилиндре у вытеснительного поршня установлен датчик положения поршня, последовательно электрически соединенный через микропроцессор с регулировочным клапаном на трубопроводе между нагревателем и холодной полостью. В качестве материала кольцевых магнитов использован сплав из неодим-железа-бора. Длина прорезей двутавровых сердечников электрической обмотки равна длине канавок штока поршня и толщине кольцевых магнитов, а толщина полок сердечников электрической обмотки выполняется равной толщине выступов штока поршня, при этом прорези кольцевых сердечников электрической обмотки у штока поршня заполнены немагнитным материалом.
ЭГПТ с двигателем Стирлинга характеризуется тем, что в качестве материала кольцевых магнитов использован сплав из неодим-железа-бора.
На фиг.1 представлена схема ЭГПТ с двигателем Стирлинга, на фиг.2 - вид А в разрезе.
ЭГПТ содержит цилиндр 1, разделяемый подвижным вытеснительным поршнем 2 на холодную полость 3 и горячую полость 4, рабочий поршень 5, подвижно установленный в холодной полости 3, нагреватель 6, регенератор 7 и холодильник 8, последовательно расположенные и соединяющие горячую полость 4 и холодную полость 3. ЭГПТ имеет также кольцевую электрическую обмотку 9 на цилиндре 1.
Согласно изобретению рабочий поршень 5 жестко соединен со штоком 10, выполненным из магнитного материала. Кольцевые сердечники 11 (фиг.2) электрической обмотки 9 имеют двутавровое сечение, по обеим сторонам сердечников 11 вдоль оси штока 10 расположены кольцевые магниты 12, обращенные друг к другу разноименными полюсами, на штоке 10 выполнены кольцевые канавки 13, заполненные немагнитным материалом. На цилиндре 1 у вытеснительного поршня 2 установлен датчик 14 положения поршня (фиг.1), последовательно электрически соединенный через микропроцессор 15 с регулировочным клапаном 16 на трубопроводе между холодильником 8 и холодной полостью 3. Прорези кольцевых сердечников 11 и штока 10 имеют соответственно кольцевые вставки 17 и 13 (фиг.2), выполненные из немагнитного материала.
Кольцевые сердечники 11 имеют прорези длиной ”h” и полки толщиной ”K”. Длина кольцевых канавок 13 на штоке 10 равна "H". Толщина кольцевых магнитов 12 составляет величину ”c”. Длина прорезей ”h” кольцевых двутавровых сердечников 11 равна длине канавок ”H” штока 10 и толщине ”c” кольцевых магнитов 12, а толщина полок ”k” кольцевых сердечников 15 соответствует толщине выступов ”m” штока 10.
ЭГПТ с двигателем Стирлинга работает следующим образом. При действии механизма привода (не показан) в цилиндре 1 перемещается рабочий поршень 5 и вытеснительный поршень 2 со сдвигом по фазе относительно друг друга. При резком (быстром) движении рабочего поршня 5 от НМТ к ВМТ и замедленном движении вытеснительного поршня 2 в этом же направлении происходит процесс сжатия рабочего тела, находящегося в холодной полости 3 цилиндра 1.
Затем происходит процесс подвода теплоты к рабочему телу. При этом рабочий поршень 5 совершает замедленное движение, приближаясь к своей верхней мертвой точке (ВМТ), а вытеснительный поршень 2 совершает быстрое перемещение к своей нижней мертвой точке (НМТ). За счет этого рабочее тело перемещается из холодной полости 3 через холодильник 8, регенератор 7, нагреватель 6 в горячую полость 4 цилиндра 1. При этом рабочее тело в нагревателе 6 интенсивно нагревается. Избыточное давление рабочего тела действует на рабочий поршень 5, который интенсивно перемещается к своей НМТ. При этом совершается такт расширения-рабочий ход.
Затем вытеснительный поршень 2 быстро перемещается к своей ВМТ. За счет этого рабочее тело перемещается из горячей полости 4 через нагреватель 6, регенератор 7 и холодильник 8 в холодную полость 3. При этом рабочее тело охлаждается до исходной температуры. Система приходит в исходное состояние, и цикл повторяется.
При движении рабочего поршня 5 от НМТ к ВМТ происходит холостой ход и от ВМТ к НМТ рабочий ход. Вследствие этого перемещения магнитные потоки кольцевых магнитов 12 и кольцевых сердечников 11 (фиг.2) генерируют ЭДС в электрической обмотке 9, снимаемую с электрических разъемов (на фиг.1 не обозначены). Генерирование ЭДС происходит в тот промежуток времени, когда выступы ”m” штока 10 находятся вблизи полок ”k” кольцевых сердечников 11 (на фиг.2 магнитные силовые линии показаны пунктиром).
Для регулирования рабочих положений поршней на цилиндре 1 с помощью датчика 14 (емкостного, магнитного и т.п.) определяется положение вытеснительного поршня 2. Результирующий сигнал подается на вход микропроцессора 15, где сравнивается с заданным значением, а затем соответствующий сигнал поступает на регулировочный клапан 16, который регулирует количество рабочего тела в холодной полости 3. Это обеспечивает оптимальные выходные характеристики преобразователя тепловой энергии в электрическую.
Для надежного уплотнения шток 10 выполняется цилиндрическим с заполнением кольцевых канавок 13 немагнитным материалом, например алюминиевым сплавом.
В качестве материала кольцевых магнитов 12 может использоваться сплав неодим-железо-бор, обладающий высокими магнитными свойствами. Наличие кольцевых магнитов 12, охватывающих шток 10, позволит повысить надежность уплотнения между штоком 10 и цилиндром 1 использованием магнитной смазки.
Для повышения надежности кольцевой электрической обмотки 9 (фиг.1) прорези кольцевых сердечников 11 у штока 10 имеют кольцевые вставки 17 (фиг.2), выполненные из немагнитного материала, например из алюминиевого сплава.
Claims (4)
1. Электрический генератор переменного тока с двигателем Стирлинга, содержащий цилиндр, разделяемый подвижным вытеснительным поршнем на холодную и горячую полости, рабочий поршень, подвижно установленный в холодной полости, холодильник, регенератор и нагреватель, последовательно расположенные и соединяющие холодную и горячую полости, а также кольцевую электрическую обмотку на цилиндре, отличающийся тем, что рабочий поршень жестко соединен со штоком, выполненным из магнитного материала, сердечники электрической обмотки имеют двутавровое сечение, по обеим сторонам сердечников вдоль оси штока расположены кольцевые магниты, обращенные друг к другу разноименными полюсами, на штоке поршня выполнены кольцевые канавки, заполненные немагнитным материалом, а на цилиндре у вытеснительного поршня установлен датчик положения поршня, последовательно электрически соединенный через микропроцессор с регулировочным клапаном на трубопроводе между нагревателем и холодной полостью.
2. Электрический генератор переменного тока с двигателем Стирлинга по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала кольцевых магнитов использован сплав из неодим-железо-бора.
3. Электрический генератор переменного тока с двигателем Стирлинга по п.1, отличающийся тем, что длина прорезей двутавровых сердечников электрической обмотки равна длине канавок штока поршня и толщине кольцевых магнитов, а толщина полок сердечников электрической обмотки выполняется равной толщине выступов штока поршня.
4. Электрический генератор переменного тока с двигателем Стирлинга по п.1, отличающийся тем, что прорези кольцевых сердечников электрической обмотки у штока поршня заполнены немагнитным материалом.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012130533/06A RU2550228C2 (ru) | 2012-07-17 | 2012-07-17 | Электрический генератор переменного тока с двигателем стирлинга |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012130533/06A RU2550228C2 (ru) | 2012-07-17 | 2012-07-17 | Электрический генератор переменного тока с двигателем стирлинга |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012130533A RU2012130533A (ru) | 2014-01-27 |
RU2550228C2 true RU2550228C2 (ru) | 2015-05-10 |
Family
ID=49956808
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012130533/06A RU2550228C2 (ru) | 2012-07-17 | 2012-07-17 | Электрический генератор переменного тока с двигателем стирлинга |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2550228C2 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017176168A3 (ru) * | 2016-04-08 | 2018-01-18 | Александр Иванович КУПРИЕНКО | Двигатель внешнего сгорания, работающий по циклу стирлинга, с электромагнитным приводом вытеснителя |
RU2645107C1 (ru) * | 2017-03-20 | 2018-02-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Наука-Энерготех" (ООО "Наука-Энерготех") | Автономная микро-тэц на газовом топливе с использованием свободнопоршневого двигателя стирлинга |
RU2659908C1 (ru) * | 2017-07-14 | 2018-07-04 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ трансформации тепловой энергии в электроэнергию свободнопоршневым энергомодулем с линейным электрогенератором и теплообменником |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6311491B1 (en) * | 1999-12-17 | 2001-11-06 | Fantom Technologies Inc. | Heat engine |
RU2439771C1 (ru) * | 2010-11-22 | 2012-01-10 | Эдвид Иванович Линевич | Вибрационный генератор электрической энергии |
-
2012
- 2012-07-17 RU RU2012130533/06A patent/RU2550228C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6311491B1 (en) * | 1999-12-17 | 2001-11-06 | Fantom Technologies Inc. | Heat engine |
RU2439771C1 (ru) * | 2010-11-22 | 2012-01-10 | Эдвид Иванович Линевич | Вибрационный генератор электрической энергии |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Уокер Г., Двигатели Стирлинга, М., Машиностроение, 1985. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017176168A3 (ru) * | 2016-04-08 | 2018-01-18 | Александр Иванович КУПРИЕНКО | Двигатель внешнего сгорания, работающий по циклу стирлинга, с электромагнитным приводом вытеснителя |
RU2645107C1 (ru) * | 2017-03-20 | 2018-02-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Наука-Энерготех" (ООО "Наука-Энерготех") | Автономная микро-тэц на газовом топливе с использованием свободнопоршневого двигателя стирлинга |
RU2659908C1 (ru) * | 2017-07-14 | 2018-07-04 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ трансформации тепловой энергии в электроэнергию свободнопоршневым энергомодулем с линейным электрогенератором и теплообменником |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012130533A (ru) | 2014-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hanipah et al. | Recent commercial free-piston engine developments for automotive applications | |
JP4656840B2 (ja) | 電気直線駆動部を有するフリーピストン装置 | |
JP4901659B2 (ja) | 内燃機関 | |
FI2643573T3 (fi) | Tehokas lineaarinen polttomoottori | |
Jia et al. | Development approach of a spark-ignited free-piston engine generator | |
JP2013526677A (ja) | フリーピストン内燃エンジン | |
CN102434277A (zh) | 一种内燃永磁直线发电装置 | |
RU2550228C2 (ru) | Электрический генератор переменного тока с двигателем стирлинга | |
Hanipah | Development of a spark ignition free-piston engine generator | |
GB2476496A (en) | Piston for an engine generator, eg a free piston engine | |
WO2011066326A2 (en) | Compact, high-efficiency integrated resonant power systems | |
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 | |
CN205117494U (zh) | 柴油直线发电机 | |
JP2001289119A (ja) | フリーピストン形スターリングエンジン | |
RU2411379C2 (ru) | Линейный электрогидродинамический двигатель внутреннего сгорания кущенко в.а. | |
RU2630364C1 (ru) | Экспедиционный генератор | |
Wang et al. | Design and modeling of a free-piston engine generator | |
CN100502209C (zh) | 活塞式内燃直线发电机 | |
RU2500906C1 (ru) | Свободнопоршневой двигатель | |
RU2528481C2 (ru) | Портативная электрическая установка | |
Suzuki et al. | Examination of a free-piston engine linear generator system with opposite-side combustion | |
RU2522253C1 (ru) | Восьмицилиндровый свободнопоршневой двигатель | |
CN205117495U (zh) | 混合动力发动机 | |
Sato et al. | Examination of a free-piston engine linear generator system with generation control for high efficiency | |
RU112947U1 (ru) | Электрический генератор переменного тока |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150604 |