Силовая установка

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Корольков Александр Иванович(72) Автор Корольков Александр Иванович(73) Патентообладатель Корольков Александр Иванович(57) 1. Силовая установка, содержащая корпус, размещенные в нем тепловой двигатель с цилиндро-поршневыми группами, соединенными между собой штоками, и электрический генератор с ротором и статором, включающим размещенные коаксиально цилиндропоршневым группам теплового двигателя магнитопровод и рабочие и пусковые обмотки,отличающаяся тем, что ротор выполнен в виде расположенной посредине штоков и связанной с ними магнитной системы, выполненной в виде установленных одноименными полюсами друг к другу постоянных магнитов с полюсными наконечниками, между которыми расположены обмотки подмагничивания, а цилиндро-поршневые группы жестко связаны между собой парами через магнитную систему. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что электрический генератор содержит датчики положения для управления рабочим циклом, установленные между рабочими и пусковыми обмотками статора. Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и может быть использовано в качестве силовой установки в автомобильной, тракторной, сельскохозяйственной и другой транспортной технике. Известен электрический генератор возвратно-поступательного движения, содержащий подвижный якорь с ферромагнитными полюсами, закрепленный на средней части штока,статор с магнитопроводом, охватывающий якорь и содержащий рабочие обмотки и обмотки возбуждения. Якорь выполнен полым и содержит подпружиненные кольцевые элементы, а магнитопровод статора выполнен из не менее чем двух групп полюсов с одинаковым шагом 1. Такое выполнение устройства способствует достижению равномерного перемещения магнитопровода, снижению составляющих ЭДС и повышению КПД устройства. Однако известный генератор работает в двухтактном режиме и не обладает достаточной мощностью для использования его в качестве силовой установки транспортного средства. Наиболее близким техническим решением к заявляемому является электрическая установка МЭН-ШВМ, содержащая корпус и размещенный в нем электрический генератор со статором, включающим магнитопровод и обмотки, ротор, тепловой двигатель с поршневой группой, размещенной в канале, и рабочей камерой с автоматическим зарядным устройством 2. Магнитопровод и обмотки статора электрического генератора размещены коаксиально поршневой группе теплового двигателя, выполняющей роль ротора электрического генератора и имеющей в торцах рабочие камеры, причем поршневая группа выполнена в виде гильзы из немагнитного материала, заполненной полюсочередующимися кольцами постоянных магнитов, при этом введен однокаскадный или многокаскадный трансформатор высокого напряжения, а электрический генератор выполнен однокаскадным или многокаскадным с соосным размещением каскадов. Недостатком известной электрической установки является наличие двух цилиндропоршневых групп и работа теплового двигателя в двухтактном цикле, как следствие - низкая мощность, большое потребление энергии и топлива, низкий КПД, ухудшение экологии. Увеличение мощности в таких установках может быть достигнуто только за счет увеличения размеров цилиндров, что ведет к увеличению материалоемкости, габаритов,веса и экономически нецелесообразно. Задачами, на решение которых направлено заявляемое техническое решение, являются повышение отдаваемой мощности, повышение коэффициента полезного действия,снижение материалоемкости, улучшение экологии. Технический результат достигается тем, что в силовой установке, содержащей корпус и размещенный в нем электрический генератор со статором, включающим магнитопровод и обмотки, размещенные коаксиально поршневым группам теплового двигателя, тепловой двигатель, состоящий из нескольких цилиндро-поршневых групп, соединенных между собой штоками, магнитную систему, расположенную посередине штоков и связанную с ними, выполняющую роль ротора электрического генератора, пары цилиндро-поршневых групп жестко связаны между собой через магнитную систему, выполненную в виде расположенных одноименными полюсами друг к другу постоянных магнитов с полюсными наконечниками, в пространстве между которыми расположены обмотки подмагничива 2 6203 1 ния, причем постоянные магниты намагничены вдоль оси движения поршней. Жесткое соединение пар цилиндро-поршневых групп через магнитную систему, выполненную в виде постоянных магнитов, расположенных одноименными полюсами друг к другу позволяет увеличить количество цилиндров, участвующих в работе и применить для теплового двигателя экономичный и экологичный четырехтактный цикл работы. Выполнение магнитной системы в виде постоянных магнитов, расположенных одноименными полюсами друг к другу и намагниченных вдоль оси движения позволяет значительно изменить магнитное поле в рабочих обмотках статора в процессе движения, и тем самым повысить кпд установки, а обмотки подмагничивания расположены между полюсными наконечниками и магнитами, регулируют отбираемую мощность. Это позволяет также восстанавливать намагниченность магнитов в конце каждого рабочего хода и затормозить движение магнитной системы с поршнями в конце рабочего хода. На фиг. 1 представлена схема силовой установки (разрез по оси цилиндров). Силовая установка, представленная на фиг. 1, состоит из корпуса 1, в средней части которого размещен статор электрического генератора, состоящий из секций 2, выполненных из магнитомягкого материала (например феррита) и обмоток рабочих 3 и пусковых 4(4,1 4,2), размещенных коаксиально цилиндро-поршневым группам. С двух сторон корпуса 1 размещены рабочие цилиндры 5 с системой клапанов 6 для впуска и выпуска рабочего вещества и с устройством 7 для поджига рабочей смеси или впрыска топлива для двигателей внутреннего сгорания (свеча или форсунка). Внутри цилиндров 5 размещены поршни с компрессионными кольцами 8, связанные между собой штоками 9 (каждая пара поршней в оппозитно расположенных цилиндрах 5). На штоках 9 посередине между поршнями 8 жестко закреплена магнитная система, выполняющая роль ротора электрического генератора и выполненная из нескольких магнитов 10, расположенных одноименными полюсами друг к другу, и намагниченных вдоль оси движения, и полюсных наконечников 11,расположенных между магнитами 10 и по краям магнитной системы. Через магнитную систему жестко связаны между собой пары цилиндро-поршневых групп. Между рабочими 3 и пусковыми 4 обмотками расположены датчики положения 12, сигнал от которых поступает на устройство зажигания (впрыска топлива) и устройство управления клапанами (при электромагнитном приводе клапанов). В промежутках между полюсными наконечниками 11 размещены обмотки подмагничивания 13. Питание обмоток подмагничивания производится через изолированные тоководы, расположенные на штоках 9, и контактную систему 14(скользящие щеточные или роликовые контакты). В пространстве между корпусом, цилиндрами и обмотками может при необходимости циркулировать охлаждающее вещество(вода или другая жидкость, воздух и др.). Для уменьшения неравномерности сил взаимодействия между магнитной системой и рабочими обмотками 3 ширина полюсных наконечников 11 в рабочем зазоре между рабочими обмотками и магнитной системой превышает ширину рабочей обмотки 3, а зазор между ними меньше ширины секции 2. Для уменьшения потерь на вихревые токи секции рабочих обмоток и полюсные наконечники магнитной системы должны быть радиально секционированны или выполняться из материала с большими потерями для вихревых токов (например феррита). Силовая установка работает следующим образом. В начале работы на пусковые обмотки 4 подается напряжение от постороннего источника и через них проходит ток, создающий магнитное поле таким образом, что из одной обмотки (например 4,2) магнитная система выталкивается, а в другую (4,1) втягивается. При этом происходит взаимодействие магнитных полей пусковых обмоток 4 и магнитной системы и создается усилие, двигающее поршни 8 со штоками 9 вместе с магнитной системой в одну из сторон (например,в сторону цилиндро-поршневой группы 15). В момент прохождения магнитной системы мимо датчика положения 12 магнитное поле крайнего магнита 10 магнитной системы замыкается через датчик положения, что вызывает замыкание контактов и вырабатывается импульс для управления поджигом смеси в устройстве 7 с необходимым опережением 3(или впрыском топлива в цилиндр 5), где происходит такт сжатия и зажигание рабочей смеси. В конце хода магнитная система располагается напротив пусковой обмотки (зазор между наконечниками 11 расположен напротив обмотки 4,1), через пусковую обмотку 4,1 пропускается импульс тока, который создает магнитное поле, совпадающее по направлению с магнитным полем крайней секции магнитной системы. При этом создается дополнительное торможение, предотвращающее возможные удары поршня 8 о торец цилиндра 5 и происходит подмагничивание магнитной системы. В двигателях, где рабочее вещество уже имеет необходимое давление, сигнал с датчика положения 12 подается для переключения клапанов на другое направление рабочего хода. Рабочая смесь давит на поршень 8 и при ее расширении происходит рабочий ход. Во время работы при движении магнитной системы происходит значительное изменение магнитного поля в рабочем зазоре между рабочими обмотками 3 и магнитной системой (от максимального положительного до максимального отрицательного), что приводит к наведению в рабочих обмотках большей ЭДС и отбору большей энергии. В начале рабочего хода скорость перемещения поршня 8 и магнитной системы мала, мало и торможение поршня 8, от взаимодействия магнитной системы с рабочими обмотками 3, вступающими в работу по очереди по мере движения поршня 8, и от сжатия рабочей смеси в следующем цилиндре 5. В середине хода при максимальной скорости поршня 8 в работу включены все рабочие обмотки 3 и идет максимальная передача энергии от поршня 8 потребителю, максимальна сила торможения магнитной системы обмотками 3. В дальнейшем обмотки 3 по очереди выходят из зоны взаимодействия с магнитной системой, и сила торможения от них уменьшается. В это же время возрастает давление в цилиндре 5 с тактом сжатия, в результате чего поршень 8 тормозится практически до остановки. В конце хода другая сторона магнитной системы проходит мимо датчика положения 12, и с этого момента цикл повторяется со сменой направления движения поршней 8 и магнитной системы на противоположное (работает цилиндро-поршневая группа 16). В последующих циклах по очереди включаются в работу цилиндро-поршневые группы 17 и 18. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.