RU2235404C2 - Поршневой двигатель возвратно-поступательного движения с электромагнитным приводом - Google Patents
Поршневой двигатель возвратно-поступательного движения с электромагнитным приводом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2235404C2 RU2235404C2 RU2001121174/09A RU2001121174A RU2235404C2 RU 2235404 C2 RU2235404 C2 RU 2235404C2 RU 2001121174/09 A RU2001121174/09 A RU 2001121174/09A RU 2001121174 A RU2001121174 A RU 2001121174A RU 2235404 C2 RU2235404 C2 RU 2235404C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- crankshaft
- inductor
- engine
- generator
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
Landscapes
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в автомобилестроении и моторостроении. Технический результат заключается в преобразовании возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала при помощи электромагнитного привода без использования внешнего источника тока. Поршневой двигатель возвратно-поступательного движения включает поршень, цилиндр, коленчатый вал, коробку передач, трансмиссию и электромагнитную систему. Поршень выполнен из двух половин, верхней - в виде токопроводной пластины и нижней - в виде постоянного магнита и установлен в цилиндр из немагнитного материала. Индуктор установлен в верхней "мертвой точке" поршня, а соленоид установлен в нижней "мертвой точке" поршня и соединен с конденсаторной и аккумуляторной батареями через повышающий трансформатор и коммутатор. Коленчатый вал по обеим сторонам поршня снабжен маховиками, соединенными с одной стороны с генератором постоянного тока, а с другой стороны - с коробкой передач через электромагнитные порошковые муфты. Отказ от бензиновых двигателей внутреннего сгорания позволит значительно оздоровить экологическую обстановку в атмосфере мегаполисов и густонаселенных районов, а также резко сократить расходы на производство бензина. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в автомобилестроении и моторостроении.
Известен электрический двигатель возвратно-поступательного движения, содержащий однокатушечную обмотку, два якоря, перемещающихся в противофазе, пневматическую буферную полость [1].
Недостатками известного двигателя являются:
а) невозможность преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное;
б) невозможность работы двигателя при отключении от внешней сети.
Известен также электромагнитный привод поршневой машины [2], содержащей грузы для преобразования кинетической энергии в энергию сжатия, в которой вращение вала с грузами вокруг оси осуществляется с помощью сегментированного кольцевого электромагнита. При вращении вала коленчатое звено преобразует вращательное движение в линейное перемещение поршней.
Недостатком известной поршневой машины, принятой за прототип, является осуществление питания электромагнита от внешнего источника тока.
Целью предлагаемого изобретения является преобразование возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение вала без постоянного использования внешнего источника тока.
Это достигается тем, что поршневой двигатель возвратно-поступательного движения, включающий поршень, цилиндр, коленчатый вал, коробку передач, трансмиссию, аккумуляторную батарею, генератор постоянного тока и автоматическую систему управления, согласно изобретению снабжен высоковольтным трансформатором, выпрямителем, поршень выполнен из двух половин, верхней - в виде токопроводной пластины и нижней - в виде постоянного магнита и установлен в цилиндр из немагнитного материала, индуктор установлен в верхней “мертвой точке” поршня, соленоид - в его нижней “мертвой точке” и на него подаются импульсы постоянного тока от аккумуляторной батареи, конденсаторная батарея выполнена из N последовательно расположенных автономных импульсных конденсаторов, параллельно подключенных к индуктору, периодически заряжаемых постоянным током от указанного генератора постоянного тока или от внешней сети и разряжаемых через коммутатор на индуктор по командам автоматической системы управления, а коленчатый вал по обеим сторонам от оси поршня снабжен маховиками, соединенными через электромагнитные порошковые муфты с одной стороны с указанным генератором постоянного тока для подзарядки аккумуляторной и конденсаторной батарей, а с другой стороны через коленчатый вал и коробку передач - на трансмиссию.
Кроме того, для увеличения кинетической энергии, запасаемой маховиками при вращении, они выполнены из материала с максимально возможной плотностью, например до ρ=20 г/см3.
Для лучшего скольжения поршня относительно стенки цилиндра и уменьшения трения нижняя часть поршня с боковой стороны снабжена кольцевым шариковым сепаратором.
Для длительной работы без подзарядки конденсаторная батарея выполнена из N числа последовательно расположенных автономных импульсных конденсаторов, параллельно подключенных к индуктору, периодически заряжаемых постоянным током через высоковольтный трансформатор и выпрямитель от внешней сети и разряжаемых через коммутатор на индуктор по командам автоматической системы управления двигателем.
Для увеличения мощности двигателя он может содержать несколько последовательно соединенных друг с другом поршней и цилиндров при помощи общего коленчатого вала.
На фиг.1 показана функциональная схема однотактного двигателя. На фиг.2 показаны верхняя и нижняя части поршня и сепаратор. На фиг.3 показана схема взаимодействия магнитных потоков индуктора и соленоида с поршнем, на фиг.4 - схема повышающего трансформатора с укладкой первичной обмотки в полотно дороги.
Сущность предлагаемого изобретения показана на чертеже (фиг.1) в момент, когда поршень находится в верхней "мертвой точке".
Поршневой двигатель возвратно-поступательного движения состоит из цилиндра 1 из немагнитного материала, поршня 2, шатуна 3 из немагнитного материала, коленчатого вала 4, картера 5 из немагнитного материала, двух маховиков 6, симметрично расположенных на коленчатом валу относительно вертикальной оси поршня, генератора 7 постоянного тока, конденсаторной батареи 8, повышающего трансформатора 9, выпрямителя 10, коммутатора 11, коробки передач 12, электромагнитных муфт 13 и 14, индуктора 15, расположенного в верхней "мертвой точке" (в.м.т.) поршня, соленоида - 16, расположенного в нижней "мертвой точке" поршня (н.м.т.), автоматической системы управления 17 двигателем (АСУ).
Поршень 2 выполнен из двух половин (фиг.2). Верхняя часть поршня выполнена в виде электропроводной пластины 18, нижняя часть поршня выполнена в виде постоянного магнита 19. Поршень 2 по образующей снабжен кольцевым шариковым сепаратором 20, цилиндр снабжен водоохлаждаемой рубашкой 21, соединенной с системой охлаждения 22. Маховики 6 выполнены из материала с высокой плотностью, например до 20 г/см3.
Конденсаторная батарея 8 выполнена в виде набора автономных импульсных конденсаторов “С”, заряжаемых постоянным током через повышающий трансформатор 9 и выпрямитель 10 и разряжаемых через коммутатор 11 по командам автоматической системы управления 17.
Для отбора мощности от коленчатого вала 4 к коробке передач 12 предусмотрена электромагнитная порошковая муфта 13, а к генератору 7 предусмотрена электромагнитная порошковая муфта 14.
Поршневой двигатель транспортного средства, например автомобиля, работает следующим образом (фиг.2, 3). Перед запуском высоковольтный трансформатор 9 подключается к внешней сети 24 переменного тока, который преобразуется в постоянный с помощью выпрямителя 10 и заряжает конденсаторную батарею 8, после зарядки транспортное средство отключается от внешней сети 24. Если транспортное средство имеет постоянную связь с внешней сетью, например электровоз, или стационарный аппарат, например компрессор, то отключение не производится и процесс зарядки происходит непрерывно или отключение производится периодически с целью экономии электроэнергии.
Для запуска двигателя автоматической системой управления 17 от аккумуляторной батареи 23 подаются импульсы постоянного тока на соленоид 16. В результате взаимодействия магнитных полей соленоида Фс и постоянного магнита Фм поршня 2 поршень многократно отталкивается от соленоида, совершая возвратно-поступательное движение, приводя во вращение коленчатый вал 4. Разгон двигателя (вала 4 и маховиков 6) осуществляется через коммутатор 11 путем подачи ряда импульсов на индуктор 15 в момент нахождения поршня 2 в верхней "мертвой точке". Внешнее поле индуктора Фи наводит в электропроводной пластине 18 поршня 2 индукционный ток Iи, В результате взаимодействия внешнего поля индуктора Фи с магнитным полем пластины Фп, последняя многократно отталкивается от индуктора 15, разгоняя двигатель до максимальных оборотов. Одновременно отключается соленоид 16.
Отбор мощности от коленчатого вала к коробке передач 12 осуществляется через электромагнитную порошковую муфту 13.
Автоматическая система управления 17 управляет зарядкой и разрядкой конденсаторной батареи и подзарядкой аккумуляторной батареи. После полного расхода мощности конденсаторной батареи транспортное средство вновь присоединяется к внешней сети 24. Стационарные двигатели могут подзаряжаться непрерывно от внешней сети 24 (например, электровозы). Генератор 7 служит для подзарядки аккумуляторной батареи 23 во время движения транспортного средства.
Для остановки или торможения двигателя в соленоид и индуктор подаются импульсы тока обратного знака, при этом поршень начинает втягиваться в соленоид и индуктор и замедляет свое движение или останавливается.
Таким образом, кинетическая энергия поршня, сообщенная ему электромагнитным импульсом, преобразуется в кинетическую энергию маховиков, которая передается через вал и коробку передач на трансмиссию 5 и частично расходуется на подзарядку аккумуляторной батареи во время движения транспортного средства.
Предлагаемый двигатель использует внутреннюю энергию, запасенную в батареях, и не использует при работе источник внешнего тока (за исключением стационарных установок, которые постоянно подключены к внешней сети).
В технике сильных токов для индукционного ускорения проводников применяются индукторы, создающие в тракте ускорения магнитную индукцию до 70 Тл [3].
Зная индукцию, найдем давление на пластину по формуле
где В - индукция; μ0=4π·10-7 Гн/м - магнитная проницаемость вакуума. Пусть B=5 Тл, тогда
Тогда сила отталкивания поршня от индуктора будет равна
где Sп - площадь поверхности поршня.
Если диаметр поршня (пластины) принять равным 80 мм, то сила будет равна
С учетом КПД индуктора (η=0,8) для дальнейших расчетов примем F=4000 кгс.
Скорость перемещения поршня найдем по выражению
где Q=2 кг - вес поршня; g=10 м/с2 - ускорение силы тяжести; t=10-3 с - время импульса. Тогда получим
Угловую скорость коленчатого вала найдем по формуле
Тогда ω=20/0,03=666 с-1 или n=6660 об/мин.
Кинетическая энергия маховиков определяется по выражению
где - момент инерции маховиков; m - масса маховиков, m=Q/g=50/10=5 кг, где Q=2·25 - вес двух маховиков; R=0,2 - радиус маховика. Тогда I=5·0,22=0,2 кгм·с2, E=0,5·0,2·6662=44355 кгм.
Чтобы автомобиль весом Q=1500 кг двигался со скоростью 72 км/ч (20 м/с), его кинетическая энергия должна быть равна
Использование электромагнитных муфт 13, 14 при передаче крутящего момента от коленчатого вала 4 на коробку передач 12 позволяет замедлять, ускорять или останавливать автомобиль (станок, тепловоз и проч.) без остановки коленчатого вала с маховиками, периодически разгоняя его мощными импульсами.
Постоянную или периодическую зарядку конденсаторных батарей, установленных на движущемся транспорте (например, автомобиля), можно осуществлять путем закладки первичной обмотки 25 повышающего трансформатора 9 в полотно дороги 26, устраивая для этой цели параллельные участки 27 или предусматривая длинные специальные полосы на автомобильных трассах 28 (фиг.4).
К основным преимуществам предлагаемого поршневого двигателя с электромагнитным приводом относятся:
1) экологическая чистота;
2) бесшумность;
3) безопосность;
4) несложность в изготовлении и эксплуатации.
Отказ от бензиновых двигателей внутреннего сгорания позволит значительно оздоровить экологическую обстановку в атмосфере городов и густонаселенных районов, а также резко сократить расходы на производство бензина.
Источники информации
1. А.с. СССР №350103, 04.09.1972.
2. Патент США №3792295, 12.03.1974.
3. Механические взаимодействия в сильных магнитных полях Межвузовский сборник. Л.: Издание СЗПИ, 1974.
Claims (3)
1. Поршневой двигатель возвратно-поступательного движения, включающий поршень, цилиндр, коленчатый вал, коробку передач, трансмиссию, аккумуляторную батарею, генератор постоянного тока и автоматическую систему управления, отличающийся тем, что он снабжен высоковольтным трансформатором, выпрямителем, индуктором и соленоидом, поршень выполнен из двух половин, верхней - в виде токопроводной пластины и нижней - в виде постоянного магнита и установлен в цилиндр из немагнитного материала, индуктор установлен в верхней “мертвой точке” поршня, соленоид - в его нижней “мертвой точке”, и на него подаются импульсы постоянного тока от аккумуляторной батареи, конденсаторная батарея выполнена из N последовательно расположенных автономных импульсных конденсаторов, параллельно подключенных к индуктору, периодически заряжаемых постоянным током от указанного генератора постоянного тока или от внешней сети и разряжаемых через коммутатор на индуктор по командам автоматической системы управления, а коленчатый вал по обеим сторонам от оси поршня снабжен маховиками, соединенными через электромагнитные порошковые муфты с одной стороны - с указанным генератором постоянного тока для подзарядки аккумуляторной и конденсаторной батарей, а с другой стороны через коленчатый вал и коробку передач - на трансмиссию.
2. Поршневой двигатель по п.1, отличающийся тем, что он содержит несколько последовательно соединенных друг с другом поршней и цилиндров при помощи общего коленчатого вала.
3. Поршневой двигатель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что первичная обмотка повышающего трансформатора расположена вне транспортного средства, на котором установлен двигатель, например, вмонтирована в дорожное полотно.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001121174/09A RU2235404C2 (ru) | 2001-07-30 | 2001-07-30 | Поршневой двигатель возвратно-поступательного движения с электромагнитным приводом |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001121174/09A RU2235404C2 (ru) | 2001-07-30 | 2001-07-30 | Поршневой двигатель возвратно-поступательного движения с электромагнитным приводом |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001121174A RU2001121174A (ru) | 2003-06-27 |
| RU2235404C2 true RU2235404C2 (ru) | 2004-08-27 |
Family
ID=33412095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001121174/09A RU2235404C2 (ru) | 2001-07-30 | 2001-07-30 | Поршневой двигатель возвратно-поступательного движения с электромагнитным приводом |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2235404C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2568343C1 (ru) * | 2009-11-09 | 2015-11-20 | НЮКЛЕАС САЙНТИФИК, Инк. | Вращательное устройство и привод вращения (варианты) |
-
2001
- 2001-07-30 RU RU2001121174/09A patent/RU2235404C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2568343C1 (ru) * | 2009-11-09 | 2015-11-20 | НЮКЛЕАС САЙНТИФИК, Инк. | Вращательное устройство и привод вращения (варианты) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2255232C2 (ru) | Устройство, включающее в себя двигатель внутреннего сгорания, использование такого устройства, а также транспортное средство | |
| JP4656840B2 (ja) | 電気直線駆動部を有するフリーピストン装置 | |
| JP2013531966A (ja) | 磁気作動式往復モータ及び逆磁気切り替えプロセス | |
| US20140097708A1 (en) | Electromagnetic Reciprocating Engine | |
| KR20130093610A (ko) | 전기 발생 충격 흡수 장치 | |
| CN102418597B (zh) | 具备两冲程自由活塞发动机的小型轻量线性发电机系统 | |
| US20190372426A1 (en) | Cross-over electro-magnetic engine | |
| RU2235404C2 (ru) | Поршневой двигатель возвратно-поступательного движения с электромагнитным приводом | |
| CN106609705A (zh) | 磁回程内燃机 | |
| CN102255576A (zh) | 电储能器脉冲线圈磁力铁活塞式发动机 | |
| WO2020218998A1 (en) | Fuel-free, triggered magnetic vehicle and energy engine | |
| WO2015015506A1 (en) | A permanent magnet engine | |
| CN101214788A (zh) | 受迫振动直动发电、缓冲储能、电动驱动汽车 | |
| US11815004B2 (en) | Adaptive linear linked piston electric power generator | |
| KR20060029651A (ko) | 자기력 엔진 | |
| JP2015039253A (ja) | 空心コイルと永久磁石の反発を利用したエンジン | |
| KR100670994B1 (ko) | 구동 장치 | |
| CN109428465A (zh) | 电磁机 | |
| KR20090001596U (ko) | 자기력 엔진 | |
| RU2524283C1 (ru) | Тормоз-генератор-мотор | |
| KR840001142Y1 (ko) | 기동 완구용 소형 원동기 | |
| CN1156070C (zh) | 四行程多缸活塞式磁能发动机 | |
| CN102237776A (zh) | 电磁储能活塞式发动机 | |
| KR20100049714A (ko) | 전자석을 이용한 전기구동엔진 | |
| Fijalkowski | Prime mover for hybrid electric propulsion system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090731 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20101220 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130731 |