ЛИНЕЙНЫЙ ГЕНЕРАТОР
LINEAR GENERATOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к линейному генератору, который обеспечивает выработку электроэнергии между поршнем и цилиндром, составляющими гидродинамический цилиндр.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Патентный Документ 1 раскрывает систему выработки электроэнергии, в которой свободно-поршневой двигатель (гидродинамический цилиндр) и линейный генератор объединены друг с другом для выработки электроэнергии.
Аналогично цилиндровой конструкции автомобильного двигателя свободно-поршневой двигатель (гидродинамический цилиндр), составляющий систему выработки электроэнергии, представляет собой цилиндр неразделенной камеры сгорания, содержащий камеру сгорания (гидродинамическая камера), предоставленную только на одном конце цилиндра. Процесс всасывания, процесс сжатия и процесс выхлопа свободно-поршневого двигателя осуществляются посредством перемещения поршня только в одном направлении вследствие давления текущей среды, создаваемой горением и взрывом топлива в неразделенной камере сгорания, а перемещение поршня в другом направлении - действием линейного генератора в качестве электродвигателя. Отвод электроэнергии в линейном генераторе происходит при сгорании и взрыве в свободно-поршневом двигателе.
Патентный Документ 1: Японская опубликованная Патентная Заявка № 2005-318708.
ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ ПОСРЕДСТВОМ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Линейная система выработки электроэнергии в соответствии с Патентным Документом 1 имеет конструкцию, в которой горение и взрыв в свободно-поршневом двигателе (гидродинамический цилиндр), содержащем цилиндр в неразделенной камере сгорания, и функции линейного генератора и электродвигателя объединяются, чтобы осуществить возвратно-поступательное движение поршня свободно-поршневого двигателя в осевом направлении, и катушка линейного генератора служит компонентой электродвигателя и генератора. В случае линейной системы выработки электроэнергии и при наличии контроллера для управления линейной системой выработки электроэнергии возникает проблема в том, что конструкция усложняется и стоимость оказывается высокой.
Кроме того, поскольку поршень перемещается в одном направлении вследствие горения и взрыва, а в другом направлении перемещается электродвигателем, то возникает проблема в том, что выработка электроэнергии будет недостаточной.
Кроме того, поскольку свободно-поршневой двигатель и линейный генератор соединяются последовательно, объем и длина увеличиваются и, таким образом, оказывается необходимым слишком большое рабочее пространство.
СРЕДСТВО РАЗРЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ
Для разрешения вышеупомянутых проблем настоящее изобретение предоставляет линейный генератор, который обеспечивает выработку электроэнергии между поршнем и цилиндром, составляющими гидродинамический цилиндр.
В целом линейный генератор в соответствии с настоящим изобретением имеет конструкцию гидродинамического цилиндра, в котором давление текучей среды в левой гидродинамической камере в контакте с левой концевой стенкой цилиндра и давление текучей среды в правой гидродинамической камере в контакте с правой концевой стенкой цилиндра поочередно прикладываются к поршню в цилиндре, чтобы осуществить возвратно-поступательное движение поршня в осевом направлении. Линейный генератор содержит пояс постоянного магнита и пояс электроиндукционной катушки. Пояс постоянного магнита предоставлен между левой нажимной поверхностью в контакте с левой гидродинамической камерой поршня и правой нажимной поверхностью в контакте с правой гидродинамической камерой. Пояс электроиндукционной катушки, предоставленный над левой и правой гидродинамическими камерами, сформирован на цилиндрической стенке между левой и правой концевыми стенками цилиндра. Поршень, имеющий пояс постоянного магнита, совершает возвратно-поступательное движение в осевом направлении, посредством чего происходит выработка электроэнергии в поясе электроиндукционной катушки.
Левая и правая гидродинамические камеры составляют камеры сгорания, и поршень перемещается в осевом направлении под давлением текучей среды, произведенным горением и взрывом топлива в камере сгорания.
Альтернативно, текучая среда высокого давления подается поочередно в левую и правую гидродинамические камеры извне, и поршень перемещается в осевом направлении под давлением текучей среды высокого давления.
Поршень может быть составлен из цилиндрического постоянного магнита, и обе концевые открытые поверхности трубчатого отверстия цилиндрического поршня могут быть закрыты нажимными концевыми пластинами так, чтобы давление текучей среды могло быть принято нажимной концевой пластиной.
Цилиндрический поршень составлен из отдельного трубчатого тела, содержащего постоянный магнит, или составлен укладыванием множества колец или коротких трубчатых тел, каждое из которых содержит постоянный магнит.
ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение в качестве основной конструкции использует конструкцию гидродинамического цилиндра, в которой давления текучих сред в левой и правой гидродинамических камерах в обоих концах цилиндра прикладываются поочередно, чтобы осуществить возвратно-поступательное движение поршня и, в то же самое время, настоящее изобретение может реализовать выработку электроэнергии между поршнем и цилиндром, составляющими гидродинамический цилиндр, упрощение конструкции генератора, и снижение объема и веса, благодаря чему может быть надежно получена эффективная выработка электроэнергии.
Кроме того, поршень имеет цилиндрическую форму, и давление текучей среды принимается нажимной концевой пластиной, чтобы переместить поршень, благодаря чему может быть уменьшен вес поршня, и могут быть реализованы плавное возвратно-поступательное движение и эффективная выработка электроэнергии.
Кроме того, постоянный магнит поршня может быть эффективно защищен от динамического воздействия и высокой температуры посредством нажимной концевой пластины.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 изображает вид сечения, показывающий пример, в котором поршень (трубчатое тело постоянного магнита) линейного генератора в соответствии с настоящим изобретением состоит из отдельного трубчатого тела, содержащего постоянный магнит;
Фиг.2 - вид в сечении, показывающий пример, в котором поршень (трубчатое тело постоянного магнита) линейного генератора состоит из набора коротких трубчатых тел, содержащих постоянный магнит;
Фиг.3 - вид в сечении, показывающий пример, в котором поршень (трубчатое тело постоянного магнита) линейного генератора состоит из набора колец, содержащих постоянный магнит;
Фиг.4 - вид в сечении, показывающий пример, в котором поршень (трубчатое тело постоянного магнита) линейного генератора состоит из коротких колончатых тел, содержащих постоянный магнит;
Фиг.5 - вид в сечении, показывающий пример, в котором неподвижное трубчатое тело постоянного магнита и неподвижный цилиндрический хомут предоставлены в линейном генераторе вышеупомянутых примеров;
Фиг.6A - вид в сечении, показывающий первую операцию линейного генератора, которая позволяет поршню начать двигаться благодаря горению и взрыву топлива;
Фиг.6B - вид в сечении, показывающий вторую операцию линейного генератора, которая позволяет поршню начать двигаться благодаря горению и взрыву топлива;
Фиг.6С - вид в сечении, показывающий третью операцию линейного генератора, которая позволяет поршню начать двигаться благодаря горению и взрыву топлива;
Фиг.6D - вид в сечении, показывающий четвертую операцию линейного генератора, которая позволяет поршню начать двигаться благодаря горению и взрыву топлива;
Фиг.7A - вид в сечении, показывающий первую операцию линейного генератора, которая позволяет поршню начать двигаться благодаря текучей среде высокого давления, подаваемой извне; и
Фиг.7В - вид в сечении, показывающий вторую операцию линейного генератора, которая позволяет поршню начать двигаться благодаря текучей среде высокого давления, подаваемой извне.
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже в связи с Фиг.1-7 подробно рассматриваются предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения.
Линейный генератор в соответствии с настоящим изобретением имеет конструкцию гидродинамического цилиндра. В этой конструкции давление текучей среды в левой гидродинамической камере 4 в контакте с левой концевой стенкой 2 цилиндра 1 и давление текучей среды в правой гидродинамической камере 5 в контакте с правой концевой стенкой 3 цилиндра 1 поочередно прикладываются к поршню (свободный поршень) 6 в цилиндре 1, чтобы осуществить возвратно-поступательное движение поршня 6 в осевом направлении.
Цилиндр 1 состоит из полного цилиндрического и закрытого с обоих концов трубчатого тела, где левый и правый концы трубчатого тела закрыты концевыми стенками 2 и 3, соответственно. Цилиндр 1 содержит в себе поршень (свободный поршень) 6, перемещаемый в осевом направлении. Левая гидродинамическая камера 4 задана левой концевой цилиндрической стенкой цилиндра 1, поршнем 6 и левой концевой стенкой 2. Правая гидродинамическая камера 5 задана правой концевой цилиндрической стенкой цилиндра 1, поршнем 6 и правой концевой стенкой 3.
Линейный генератор в соответствии с настоящим изобретением использует конструкцию гидродинамического цилиндра и, вместе с тем, пояс 9 постоянного магнита предоставляется между левой нажимной поверхностью 7 поршня 6 в контакте с левой гидродинамической камерой 4, и правой нажимной поверхностью 8 в контакте с правой гидродинамической камерой 5, и пояс 11 электроиндукционной катушки, предоставленный над левой и правой гидродинамическими камерами 4 и 5, сформирован на цилиндрической стенке между левой и правой концевыми стенками 2 и 3 цилиндра 1. Поршень 6, имеющий пояс 9 постоянного магнита, совершает возвратно-поступательное движение в осевом направлении, благодаря чему индуцируется выработка электроэнергии в поясе 11 электроиндукционной катушки.
Левая и правая гидродинамические камеры 4 и 5 составляют камеру сгорания, и поршень 6 перемещается в осевом направлении давлением текучей среды, произведенным горением и взрывом топлива в камере сгорания.
Альтернативно, текучие среды 20 и 20' высокого давления поочередно подаются в левую и правую гидродинамические камеры 4 и 5 извне, и поршень 6 перемещается в осевом направлении посредством давления текучих сред 20 и 20' высокого давления.
Как показано на Фиг.1, 2 и 3, поршень 6 состоит из трубчатого тела 6' постоянного магнита. Обе концевые открытые поверхности трубчатого отверстия 13 трубчатого тела 6' постоянного магнита закрыты нажимными концевыми пластинами 14, и давление текучей среды принимается нажимными концевыми пластинами 14.
Как частный пример, в поршневой конструкции на Фиг.1 цилиндрический поршень 6 состоит из трубчатого тела 6' постоянного магнита, содержащего отдельное трубчатое тело 6a, трубчатое тело 6' постоянного магнита внешним образом вставлено в цилиндрический хомут 10, и обе концевые открытые поверхности закрыты нажимными концевыми пластинами 14.
В поршневой конструкции на Фиг.2 цилиндрический поршень 6 состоит из трубчатого тела 6' постоянного магнита, имеющего конструкцию, в которой множество коротких трубчатых тел 6c, каждое из которых содержит постоянный магнит, целиком и коаксиально пакетированы. Трубчатое тело 6' постоянного магнита смонтировано снаружи на цилиндрическом хомуте 10, и оба концевых отверстия закрыты нажимными концевыми пластинами 14.
В поршневой конструкции на Фиг.3 цилиндрический поршень 6 состоит из трубчатого тела 6' постоянного магнита, имеющего конструкцию, в которой множество колец 6b, каждое из которых содержит постоянный магнит, целиком и коаксиально пакетированы. Трубчатое тело 6' постоянного магнита смонтировано снаружи на цилиндрическом хомуте 10, и обе концевые открытые поверхности закрыты нажимными концевыми пластинами 14.
В поршневой конструкции на Фиг.4 поршень 6 состоит из колончатого тела 6" постоянного магнита, имеющего конструкцию, в которой множество коротких колончатых тел 6d, каждое имеет жесткую конструкцию и содержит постоянный магнит, целиком и коаксиально пакетированы, и нажимные концевые пластины 14 предоставлены на обеих концевых поверхностях, соответственно.
Когда кольца 6b, или короткие трубчатые тела 6c, пакетированы в поршне 6, длина поршня 6 (пояс 9 постоянного магнита) может быть увеличена или уменьшена посредством увеличения или уменьшения числа пакетированных колец 6b или коротких трубчатых тел 6c.
Предпочтительно, чтобы нажимная концевая пластина 14, рассмотренная в связи с Фиг.1-4, состояла из огнеупорной пластины, типа керамической пластины, волокнистой пластины, каменной пластины, бетонной пластины, углеродистой пластины и металлической пластины.
Трубчатое тело 6' постоянного магнита и колончатое тело 6" постоянного магнита имеют на внешних перифериях обоих их концов кольцевые уплотнения 15 для использования при герметичном уплотнении с внутренней периферией цилиндра 1. Альтернативно, кольцевые уплотнения 15 предоставляются на внешних перифериях нажимных концевых пластин 14, закрывая обе концевые открытые поверхности цилиндрического поршня 6, состоящего из трубчатого тела 6' постоянного магнита.
Трубчатое тело 6' постоянного магнита и колончатое тело 6" постоянного магнита имеют полярности в соответствии с известным принципом магнитной индукции, и они устроены так, чтобы магнитные линии постоянного магнита были эффективно приложены к электроиндукционной катушке в поясе 11 электроиндукционной катушки.
Например, внутренний периферийный участок трубчатого тела 6' постоянного магнита имеет северный полюс (или южный полюс), и внешний периферийный участок имеет южный полюс (или северный полюс).
Аналогично, как показано на Фиг.2 и 3, также когда короткие трубчатые тела 6c или кольца 6b пакетированы так, чтобы составить трубчатое тело 6' постоянного магнита, внутренние периферийные участки коротких трубчатых тел 6c и кольца 6b могут иметь северный полюс (или южный полюс), и внешние периферийные участки могут иметь южный полюс (или северный полюс).
Как частный пример, на Фиг.3, кольцо 6b, в котором внешний периферийный участок имеет северный полюс и внутренний периферийный участок имеет южный полюс, и кольцо 6b, в котором внешний периферийный участок имеет южный полюс, и внутренний периферийный участок имеет северный полюс, поочередно пакетированы в осевом направлении так, чтобы было составлено трубчатое тело 6' постоянного магнита. Также, когда множество коротких трубчатых тел 6c на Фиг.2 пакетировано так, чтобы составить трубчатое тело 6' постоянного магнита, короткие трубчатые тела 6c могут быть пакетированы так, чтобы северные и южные полюса были установлены поочередно.
На Фиг.4 короткие колончатые тела 6d, в которых центральное ядро имеет южный полюс и внешний периферийный участок имеет северный полюс, и короткие колончатые тела 6d, в которых центральное ядро имеет северный полюс, и внешний периферийный участок имеет южный полюс, пакетированы в осевом направлении.
Электроиндукционная катушка, составляющая пояс 11 электроиндукционной катушки, может быть составлена из множества отдельных групп электроиндукционной катушки в соответствии с полюсным расположением в вышеупомянутых примерах.
Само собой разумеется, что все короткие трубчатые тела 6c, кольца 6b, или короткие колончатые тела 6d, составляющие трубчатое тело 6' постоянного магнита и колончатое тело 6" постоянного магнита, могут быть пакетированы так, чтобы внешний периферийный участок и внутренний периферийный участок имели одинаковые полюса, соответственно.
В варианте реализации на Фиг.5 поршень 6 состоит из трубчатого тела 6' постоянного магнита (или колончатого тела 6" постоянного магнита) и, в то же самое время, цилиндр 1 предоставлен с неподвижным трубчатым телом 1' постоянного магнита, кольцеобразно окружающим внешнюю периферию пояса 11 электроиндукционной катушки так, чтобы электроиндукционная катушка могла производить электроэнергию более эффективно.
В варианте реализации на Фиг.5, кроме того, предоставлен неподвижный цилиндрический хомут 16, кольцеобразно окружающий внешнюю периферию неподвижного трубчатого тела 1' постоянного магнита.
Неподвижное трубчатое тело постоянного магнита 1', неподвижный цилиндрический хомут 16, окружающий неподвижное трубчатое тело 1' постоянного магнита, трубчатое тело 6' постоянного магнита или колончатое тело 6" постоянного магнита, составляющее поршень 6, и цилиндрический хомут 10, на котором снаружи смонтировано трубчатое тело 6' постоянного магнита, все вместе увеличивают эффективность выработки электроэнергии.
На Фиг.5 в качестве примера показано, что большое количество колец la постоянного магнита пакетированы, чтобы составить неподвижное трубчатое тело 1' постоянного магнита, электроиндукционная катушка в поясе 11 электроиндукционной катушки кольцеобразно окружена неподвижным трубчатым телом 1' постоянного магнита, и трубчатое тело 6' постоянного магнита, составляющее поршень 6, кроме того, кольцеобразно окружено через пояс 11 электроиндукционной катушки.
Иначе говоря, трубчатые тела 6' и 1' постоянного магнита установлены на внутренней периферии и внешней периферии электроиндукционной катушки в поясе 11 электроиндукционной катушки, и электроиндукционная катушка зажата между трубчатыми телами 6' и 1' постоянного магнита.
Кольца la постоянного магнита, составляющие неподвижное трубчатое тело 1' постоянного магнита,и кольца 6b постоянного магнита, составляющие поршень 6, соответственно пакетированы так, чтобы смежные кольца la и 6b имели противоположные полярности друг относительно друга, как показано на Фиг.3 и 5, например.
Также, когда трубчатое тело 6' (поршень 6) постоянного магнита составлено из коротких трубчатых тел 6c, показанных на Фиг.2, множество коротких трубчатых тел постоянного магнита могут быть пакетированы, чтобы обеспечить неподвижное трубчатое тело 1' постоянного магнита, трубчатое тело постоянного магнита 6', составляющее поршень 6,может быть кольцеобразно окружено неподвижным трубчатым телом 1' постоянного магнита, и короткие трубчатые тела трубчатых тел 1' и 6' могут быть установлены так, чтобы смежные короткие трубчатые тела имели противоположные полярности друг относительно друга.
В примерах на Фиг.1-4 может быть предоставлено неподвижное трубчатое тело 1' постоянного магнита, окружающее пояс 11 электроиндукционной катушки. Когда неподвижное трубчатое тело 1' постоянного магнита предоставлено, толщина трубчатого тела 6' постоянного магнита, составляющего поршень 6, может быть уменьшена, и диаметр колончатого тела 6" постоянного магнита поршня 6 может также быть уменьшен, благодаря чему поршень 6 может быть дополнительно уменьшен в весе.
Как описано выше, когда левая и правая гидродинамические камеры 4 и 5 составляют камеру сгорания, например, свечи 19 зажигания предоставляются на левой и правой концевых стенках 2 и 3, клапаны 17 инжекции топлива предоставляются на левой и правой концевых стенках 2 и 3, или на левой и правой концевых цилиндрических стенках цилиндра 1, и выхлопной клапан 18 предоставляется на левой и правой концевых стенках 2 и 3, левой и правой концевых цилиндрических стенках, или промежуточном участке цилиндрической стенки цилиндра 1.
Ниже, в связи с Фиг.6A-6D, рассматривается операция, когда левая и правая гидродинамические камеры 4 и 5 составляют левую и правую камеры сгорания.
Как показано на Фиг.6A и 6B, сжатое топливо в левой камере 4 сгорания, подаваемое свечой 19 зажигания левой стороны через клапан 17 инжекции топлива, сгорает и взрывается, благодаря чему давление текучей среды прикладывается к левой нажимной поверхности 7 нажимной концевой пластины 14, и поршень 6 (трубчатое тело 6' постоянного магнита или колончатое тело 6" постоянного магнита) перемещается вправо по осевой линии.
Как показано на Фиг.6C и 6D, поршень 6 перемещается вправо, как описано выше, благодаря чему топливо (смесь с газом), инжектированное в правую камеру 5 сгорания через клапан 17 инжекции топлива правой стороны, сжимается, затем воспламеняется правой свечой 19 зажигания и, таким образом, сгорает и взрывается в правой камере 5 сгорания. В результате давление текучей среды прикладывается к правой нажимной поверхности 8 нажимной концевой пластины 14, и поршень 6 (трубчатое тело 6' постоянного магнита или колончатое тело 6" постоянного магнита) перемещается влево по осевой линии.
Текучая среда (горючий газ) 20, произведенная гоорением и взрывом топлива в левой и правой гидродинамических камерах 4 и 5, выпускается через выхлопной клапан 18, сопровождаясь возвратно-поступательным движением поршня 6.
Вышеупомянутая операция повторяется, благодаря чему трубчатое тело 6' постоянного магнита, или колончатое тело 6" постоянного магнита (пояс 9 постоянного магнита), составляющее поршень 6, многократно совершает возвратно-поступательное движение, и обеспечивается выработка электроэнергии в поясе 11 электроиндукционной катушки.
Далее, в связи с Фиг.7A и 7B, рассматривается вариант реализации, в котором текучая среда высокого давления подается в левую и правую гидродинамические камеры 4 и 5 извне, чтобы осуществить возвратно-поступательное движение поршня 6. В качестве текучей среды 20' высокого давления могут быть использованы различные газы в дополнение к воздуху и пару.
Например, клапаны 21 подачи топлива и выпускные клапаны 22 предоставляются на левой и правой концевых стенках 2 и 3. Как показано на Фиг.7A, текучая среда 20' высокого давления подается в левую гидродинамическую камеру 4 через левый клапан 21 подачи текучей среды, благодаря чему давление текучей среды 20' высокого давления прикладывается к левой нажимной поверхности 7 нажимной концевой пластины 14, и поршень 6 (трубчатое тело 6' постоянного магнита или колончатое тело 6") перемещается вправо по осевой линии.
Затем, как показано на Фиг.7B, когда поршень 6 достигает конечного участка правого движения, текучая среда 20' высокого давления подается в правую камеру 5 сгорания через правый клапан 21 подачи текучей среды, благодаря чему давление текучей среды 20' высокого давления прикладывается к правой нажимной поверхности 8 нажимной концевой пластины 14, и поршень 6 (трубчатое тело 6' постоянного магнита или колончатое тело 6" постоянного магнита) перемещается влево по осевой линии.
Вышеупомянутая операция повторяется, благодаря чему трубчатое тело 6' постоянного магнита или колончатое тело 6" постоянного магнита (пояс постоянного магнита 9), составляющие поршень 6, многократно совершают возвратно-поступательное движение, чтобы обеспечить выработку электроэнергии в поясе 11 электроиндукционной катушки.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1 - Цилиндр
1' - Неподвижное трубчатое тело постоянного магнита
la - Кольцо постоянного магнита
2 - Левая концевая стенка
3 - Правая концевая стенка
4 - Левая гидродинамическая камера
5 - Правая гидродинамическая камера
6 - Поршень
6' - Трубчатое тело постоянного магнита
6" - Колончатое тело постоянного магнита
6a - Отдельное трубчатое тело
6b - Кольцо
6c - Короткое трубчатое тело
6d - Короткое колончатое тело
7 - Левая нажимная поверхность
8 - Правая нажимная поверхность
9 - Пояс постоянного магнита
10 - Цилиндрический хомут
11 - Пояс электроиндукционной катушки
13 - Трубчатое отверстие
14 - Нажимная концевая пластина
15 - Кольцевое уплотнение
16 - Неподвижный цилиндрический хомут
17 - Клапан инжекции топлива
18 - Выхлопной клапан
19 - Свеча зажигания
20 - Текучая среда (горючий газ)
20' - Текучая среда высокого давления
21 - Клапан подачи текучей среды
22 - Выхлопной клапан