ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезную модель относится к электротехнике, а именно к системам двигатель-генератор, и может быть использовано при проектировании и производстве источников переменного электрического тока, в том числе на транспорте.
Известна система двигатель-генератор переменного тока [1], в которой для возбуждения ЭДС в силовых обмотках статора якорь совершает вращательно движение. Во многих случаях в этой системе в качестве двигателя используют поршневые двигатели внутреннего сгорания [2]. Недостатком такой системы является сложность кинематической схемы преобразования с помощью кривошипно-шатунного механизма возвратно-поступательного движения поршней двигателя во вращательное движение коленчатого вала, подсоединенного к якорю генератора.
Наиболее близким к предложенному является линейный генератор электроэнергии, содержащий рабочий цилиндр двухтактного ДВС с одним или двумя свободно движущимися поршнями, неподвижные обмотки и связанные с поршнями постоянные магниты [3]. Недостатком генератора является сложность конструкции и значительные габариты.
Техническим результатом является упрощение конструкции генератора и уменьшение его габаритов.
Указанный результат достигается тем, что электрический генератор переменного тока, содержащий рабочий цилиндр двухтактного двигателя внутреннего сгорания с двумя свободно движущимися поршнями, неподвижные обмотки, связанные с поршнями постоянные магниты, отличающийся тем, что электрический генератор снабжен продувочным цилиндром, поршни выполнены двухступенчатыми, при этом ступени с большим диаметром подвижно соединены с внутренними поверхностями продувочного цилиндра, неподвижные обмотки закреплены на внутренних поверхностях продувочного цилиндра, постоянные магниты выполнены кольцевыми, закреплены на меньших диаметрах поршней и обращены друг к другу разноименными полюсами.
На фигуре показан электрический генератор переменного тока.
Генератор переменного тока содержит рабочий цилиндр 1 двухтактного двигателя внутреннего сгорания с двумя свободно движущимися двухступенчатыми поршнями 2, неподвижные обмотки 3, связанные с поршнями 2 постоянные магниты 4. А также в него входит продувочный цилиндр 5, внутренняя поверхность которого подвижно соединена с большими диаметрами поршней 2 и оснащена неподвижными обмотками 3. При движении поршней,2 в электрических обмотках 3 генерируется переменный электрический ток.
Новым в электрическом генераторе является его снабжение продувочным цилиндром 5, поршни 2 выполнены двухступенчатыми, при этом ступени с большим диаметром подвижно соединены с внутренней поверхностью продувочного цилиндра 5 с образованием буферных полостей 6. Между ступенями поршней 2 с меньшими диаметрами и продувочным цилиндром 5 образованы кольцевые компрессорные полости 7. Неподвижные обмотки 3 закреплены на внутренней поверхности продувочного цилиндра 5. Постоянные магниты 4 выполнены кольцевыми, закреплены на меньших диаметрах поршней 2 и обращены друг к другу разноименными полюсами. Продувочный цилиндр 5 снабжен впускными клапанами 8.
Электрический генератор работает следующим образом. Во время рабочего хода поршней 2 в рабочем цилиндре 1 двигателя происходит сгорание топлива и под действием давления газов поршни 2 перемещаются к нижней мертвой точке (НМТ) (фиг.), т.е. максимально удаляются друг от друга. В кольцевых компрессорных полостях 7 в это время происходит расширение воздуха, а затем впуск.
В буферных полостях 6 осуществляется сжатие воздуха. Вследствие перемещения поршней 2 к НМТ магнитные потоки постоянных кольцевых магнитов 4 генерируют ЭДС в электрических обмотках 3, снимаемую с выходных разъемов (на фиг. не показаны). Одновременно с этим из рабочего цилиндра 1 происходит выпуск выхлопных газов, а из атмосферы через впускные клапаны 8 поступает свежий воздух.
После удаления выхлопных газов из рабочего цилиндра 1 поршни 2 начинают движение от НМТ под действием давления воздуха в буферных полостях 6. Впускные клапаны 8 закрываются, происходит наполнение рабочего цилиндра 1 из кольцевых компрессорных полостей 7 и сжатие свежего заряда. В конце хода поршней 2 у ВМТ в рабочий цилиндр 1 впрыскивается топливо. При всем движении поршней 2 от НМТ к ВМТ магнитные потоки постоянных кольцевых магнитов 4 вновь генерируют ЭДС в электрических обмотках 3.
Затем в рабочем цилиндре 1 происходит воспламенение и сгорание топлива, вследствие чего давление повышается настолько, что поршни 2 останавливаются и начинают совершать новый рабочий ход. Далее цикл повторяется.
Пуск двигателя осуществляется сжатым воздухом, вводимым в буферные полости 6 через специальные клапаны (на фиг. не показаны), когда поршни 2 находятся у НМТ.
Температура выпускаемых газов из рабочего цилиндра на превышает 400-550°С [4], а температура воздуха в кольцевых компрессорных полостях 7 составляет менее 100°С. При таком нагреве существующие электроизоляционные материалы обеспечивают высокую надежность и долговечность по температурному индексу и нагревостойкости [5]. Поэтому закрепленные на внутренней поверхности продувочного цилиндра 5 неподвижные обмотки 3 не будут подвергаться чрезмерным тепловым нагрузкам.
Во время работы двигатель внутреннего сгорания может обеспечить не только привод электрического генератора, но и привод газовой турбинной установки на судах, тепловозах, тракторах и грузовых автомобилях [4].
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.Конке, В.А.Лашко. М.: Машиностроение, 2005. 512 с.
3. Линейный генератор электроэнергии: пат.2141 570 Рос. Федерация. №97100180/06; заявл. 31.05.1995; опубл. 20.11.1999.
4. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. М. Машиностроение, 1970. 384 с.
5. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов. - В 2-х кн., кн.1 / И.П.Копылов, Б.К.Клоков, В.П.Морозин, Б.Ф.Токарев; Под ред. И.П.Копылова. М.: Энергоатомиздат, 1993. 464 с.