ПЕРЕНОСНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
PORTABLE ELECTRIC PLANT

Изобретение относится к переносным электрическим установкам, использующим тепловые двигатели для привода электрических генераторов, а также для производства сжатого воздуха.
Известна электрическая установка [1], в которой для возбуждения ЭДС в силовых обмотках статора генератора переменного тока якорь совершает вращательное движение, а в качестве привода используют двигатель внутреннего сгорания [2]. Недостатком такой конструкции является сложность преобразования с помощью кривошипно-шатунного механизма возвратно-поступательного движения поршней двигателя во вращательное движение коленчатого вала, соединенного с якорем генератора.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является портативная электрическая установка, в которой ЭДС вырабатывается за счет поступательного движения штока поршня, содержащая корпус, тепловой двигатель с поршнями, соединенными между собой штоком и размещенными в рабочих камерах [3]. Установка содержит электрический генератор с обмотками статора. Подвижная часть генератора имеет магниты. Емкости с топливом сообщены с зарядными устройствами рабочих камер двигателя. Тепловой двигатель, генератор и емкости с топливом установлены в корпусе. Магниты выполнены кольцевыми, закреплены на штоке и обращены друг к другу разноименными полюсами. Установка снабжена ручками для переноса.
Недостатками портативной электрической установки являются низкая надежность работы в связи со сложностью конструкции подвижного штока поршня с закрепленными на нем кольцевыми магнитами, а также сложность конструкции теплового двигателя с двумя камерами сгорания.
Целью изобретения является повышение надежности работы портативной электрической установки, электрического генератора и упрощение конструкции теплового двигателя.
Указанная цель достигается тем, что переносная электрическая установка (ПЭУ) содержит тепловой двигатель с двумя поршнями, размещенными в камерах и соединенными между собой штоком, и электрический генератор с неподвижными обмотками статора, подвижной частью генератора в виде штока, кольцевые магниты, обращенные друг к другу разными полюсами, емкости с топливом, сообщенную с зарядным устройством двигателя, причем двигатель и генератор установлены в корпусе. При этом одна из камер является рабочей камерой теплового двигателя, а вторая - вспомогательной. Корпус разделен уплотнительной диафрагмой. Подвижная часть генератора выполнена в виде штока из магнитного материала, сердечники обмотки выполнены кольцевыми двутаврового сечения, кольцевые магниты охватывают шток поршня и расположены по обеим сторонам сердечников, а на штоке поршня прорезаны кольцевые канавки, заполненные немагнитным материалом.
ПЭУ характеризуется тем, что в качестве материала кольцевых магнитов используется сплав неодим-железо-бор.
ПЭУ характеризуется тем, что длина прорезей двутавровых сердечников обмотки равна длине канавок штока поршня и толщине кольцевых магнитов, а толщина полок сердечников обмотки выполняется равной толщине выступов штока поршня.
ПЭУ характеризуется также тем, что прорези кольцевых сердечников обмотки у штока поршня заполнены немагнитным материалом.
На фиг.1 представлена конструктивная схема предлагаемой переносной электрической установки. Переносная электрическая установка содержит корпус 1, тепловой двигатель с рабочим 2 и вспомогательным 3 поршнями, размещенными соответственно в рабочей 4 и вспомогательной 5 камерах. Поршни 2 и 3 соединены между собой штоком 6, проходящим через электрический генератор с обмотками 7 статора. Емкость с топливом 8 сообщена с зарядным устройством рабочей камеры 4. Тепловой двигатель, генератор и емкость с топливом 8 установлены в корпусе 1. При этом корпус 1 разделен уплотнительной диафрагмой 9, имеет впускной 10, перепускной 11 и выпускной 12 патрубки, а также предохранительную пружину 13. Установка снабжена ручками 18 для переноса.
Обмотки 7 состоят из кольцевых сердечников 14 (фиг.2) двутаврового сечения. Кольцевые магниты 75, обращенные друг к другу разноименными полюсами, охватывают шток 6 рабочего поршня 2 и расположены по обеим сторонам кольцевых сердечников 14 вдоль штока 6. На штоке 6 выполнены кольцевые канавки 16, заполненные немагнитным материалом, например сплавом на основе алюминия. Прорези кольцевых сердечников 14 у штока 6 имеют кольцевые вставки 17, выполненные из немагнитного материала.
Кольцевые сердечники 14 имеют прорези длиной «h» и полки толщиной «k». Длина кольцевых канавок 16 штока 6 составляет величину «H». Толщина выступов штока 6 равна «m». Толщина кольцевых магнитов 15 составляет величину «c». Длина прорезей «h» кольцевых сердечников 14 равна длине канавок «H» штока 6 и толщине «c» кольцевых магнитов 15, а толщина полок «k» кольцевых сердечников 14 равна толщине выступов «m» штока 6.
Переносная электрическая установка работает следующим образом.
Топливо из емкости 8 подается в зарядное устройство впускного патрубка 10 и обеспечивает работу теплового двигателя по схеме газообмена с кривошипно-камерной продувкой.
При положении рабочего поршня 2 у верхней мертвой точки (ВМТ) в рабочей камере 4 происходит воспламенение рабочей смеси. Рабочий поршень 2 вместе со штоком 6 и вспомогательным поршнем 3 начинает перемещаться к нижней мертвой точке (НМТ). Рабочий поршень 2 открывает выпускной патрубок 12, через который отработавшие газы выходят из рабочей камеры 4 в атмосферу. При дальнейшем движении к НМТ рабочий поршень 2 вытесняет рабочую смесь из подпоршневой полости через перепускной патрубок 11 в рабочую камеру 4. Происходит удаление остатков отработавших газов и продувка рабочей камеры 4. На всем протяжении перемещения рабочего поршня 2 со штоком 6 от ВМТ к НМТ (фиг.1) магнитные потоки кольцевых магнитов 15 генерируют ЭДС в обмотках 7 кольцевых сердечников 14, снимаемую с электрических разъемов. Генерирование ЭДС происходит в тот промежуток времени, когда выступы «m» штока 6 находятся вблизи полок «k» кольцевых сердечников 14 (на фиг.2 магнитные силовые линии показаны пунктиром). Кинетическая энергия движения рабочего поршня 2 со штоком 6 и вспомогательным поршнем 3 превращается в потенциальную энергию сжатого воздуха во вспомогательной камере 5. После прохождения НМТ потенциальная энергия сжатого воздуха во вспомогательной камере 5 перемещает рабочий поршень 2 вместе со штоком 6 и вспомогательным поршнем 3 по направлению к ВМТ. При движении рабочего поршня 2 от НМТ через впускной патрубок 10 в подпоршневую полость рабочего поршня 2 поступает свежий заряд. После перекрытия рабочим поршнем 2 выпускного патрубка 12 происходит сжатие рабочей смеси в рабочей камере 4. На всем протяжении перемещения рабочего поршня 2 со штоком 6 от НМТ к ВМТ магнитные потоки кольцевых магнитов 15 вновь генерируют ЭДС в обмотках 7 кольцевых сердечников 14. Далее цикл повторяется.
Во избежание соударения рабочего поршня 2 с корпусом 1 во вспомогательной камере 5 установлена предохранительная пружина 13. Уплотнительная диафрагма 9 изолирует рабочую 4 и вспомогательную камеру 5.
В качестве материала кольцевых магнитов 15 может использоваться сплав неодим-железо-бор, обладающий высокими магнитными свойствами.
Для повышения надежности обмотки 7 прорези кольцевых сердечников 14 штока 6 имеют кольцевые вставки 17, выполненные из немагнитного материала, например, из алюминиевого сплава.
Сжатый вспомогательным поршнем 3 во вспомогательной камере 5 воздух может использоваться для привода пневмоинструмента, подкачки шин автотранспорта, наполнения баллонов сжатого воздуха.
Запуск теплового двигателя может быть осуществлен подачей электрического тока к разъемам обмотки 7.
Использование предлагаемого технического решения способствует повышению надежности работы портативной электрической установки, электрического генератора и упрощает конструкцию теплового двигателя.
Литература
1. Аткинс Б. Общая теория электрических машин. Пер. с англ. И.В. Антика. Государственное энергетическое издательство. М.-Л.: 1960. 272 с.
2. Мировое судовое дизелестроение. Концепции конструирования, анализ международного опыта: Учеб. пособие / Г.А. Конкс, В.А. Лашко. М.: Машиностроение, 2005. 512 с.
3. Портативная электрическая установка. Патент РФ на полезную модель №105678; опубл. 20.06.2011 г., бюл. №17. F02B 63/04.