RU2550228C2 - Ac generator with external combustion engine - Google Patents
Ac generator with external combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2550228C2 RU2550228C2 RU2012130533/06A RU2012130533A RU2550228C2 RU 2550228 C2 RU2550228 C2 RU 2550228C2 RU 2012130533/06 A RU2012130533/06 A RU 2012130533/06A RU 2012130533 A RU2012130533 A RU 2012130533A RU 2550228 C2 RU2550228 C2 RU 2550228C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- cylinder
- cold
- cores
- heater
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам двигатель-генератор, и может быть использовано при проектировании и производстве источников переменного электрического тока.The invention relates to electrical engineering, in particular to engine-generator systems, and can be used in the design and manufacture of alternating electric current sources.
Известна система двигатель-генератор переменного электрического тока [Аткинс Б. Общая теория электронных машин. Пер. с англ. И.В. Антака. Государственное энергетическое издательство. М.-Л., 1960. 272 с.], в которой для возбуждения ЭДС в силовых обмотках статора якорь совершает вращательное движение. Зачастую в этой системе в качестве двигателя используют двигатель внутреннего сгорания [Мировое судовое дизелестроение. Конструкции конструирования, анализ международного опыта: Учебн. пособие / Г.А. Конкс, В.А. Лешко. - М.: Машиностроение, 2005. 512 с.].Known engine-generator system of alternating electric current [Atkins B. General theory of electronic machines. Per. from English I.V. Antaka. State Energy Publishing House. M.-L., 1960. 272 pp.], In which the armature rotates in order to excite the emf in the power windings of the stator. Often in this system, an internal combustion engine is used as an engine [World Marine Diesel Engineering. Design constructs, analysis of international experience: Textbook. allowance / G.A. Konks, V.A. Loshko. - M.: Mechanical Engineering, 2005. 512 S.].
Недостатком такой системы является сложность преобразования с помощью кривошипно-шатунного механизма возвратно-поступательного движения поршней двигателя во вращательное движение коленчатого вала, присоединенного к якорю генератора.The disadvantage of this system is the difficulty of converting using the crank mechanism of the reciprocating movement of the engine pistons into the rotational movement of the crankshaft connected to the generator armature.
Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь тепловой энергии в электрическую с двигателем Стирлинга [Уокер Г. Двигатели Стирлинга. М.: Машиностроение., 1985, с.215-217, рис.9.13]. Указанный преобразователь содержит герметичный цилиндр с рабочим поршнем из постоянного магнита, вытеснительным поршнем и рабочей средой, обмоток возбуждения, нагревателя, регенератора, холодильника и функциональных элементов, необходимых для работы преобразователя.Closest to the proposed is a thermal energy to electric converter with a Stirling engine [Walker G. Stirling engines. M .: Mechanical Engineering., 1985, p. 215-217, Fig. 9.13]. The specified Converter contains a sealed cylinder with a working piston from a permanent magnet, a displacement piston and a working medium, field windings, a heater, a regenerator, a refrigerator and functional elements necessary for the operation of the Converter.
Недостатками этого устройства является низкая надежность рабочего поршня из магнитного материала и малая экономичность преобразователя вследствие отсутствия органов управления параметрами системы и ее функциональными внутренними и внешними связями, обеспечивающими преобразование тепловой энергии в электрическую.The disadvantages of this device are the low reliability of the working piston made of magnetic material and the low efficiency of the converter due to the lack of controls for the parameters of the system and its functional internal and external connections that convert thermal energy into electrical energy.
Целью изобретения является повышение надежности и экономичности работы преобразователя тепловой энергии в электрическую.The aim of the invention is to increase the reliability and efficiency of the Converter of thermal energy into electrical energy.
Указанная цель достигается тем, что электрический генератор переменного тока (ЭГПТ) с двигателем Стирлинга, содержащий цилиндр, разделяемый подвижным вытеснительным поршнем на холодную и горячую полости, рабочий поршень, подвижно установленный в холодной полости, холодильник, регенератор и нагреватель, последовательно расположенные и соединяющие холодную и горячую полости, а также кольцевую электрическую обмотку на цилиндре, отличающийся тем, что рабочий поршень жестко соединен со штоком, выполненным из магнитного материала, сердечники электрической обмотки имеют двутавровое сечение, по обеим сторонам сердечников, вдоль оси штока расположены кольцевые магниты, обращенные друг к другу разноименными полюсами, на штоке поршня выполнены кольцевые канавки, заполненные немагнитным материалом, а на цилиндре у вытеснительного поршня установлен датчик положения поршня, последовательно электрически соединенный через микропроцессор с регулировочным клапаном на трубопроводе между нагревателем и холодной полостью. В качестве материала кольцевых магнитов использован сплав из неодим-железа-бора. Длина прорезей двутавровых сердечников электрической обмотки равна длине канавок штока поршня и толщине кольцевых магнитов, а толщина полок сердечников электрической обмотки выполняется равной толщине выступов штока поршня, при этом прорези кольцевых сердечников электрической обмотки у штока поршня заполнены немагнитным материалом.This goal is achieved by the fact that an electric alternator (EGPT) with a Stirling engine, comprising a cylinder shared by a movable displacement piston into a cold and hot cavity, a working piston movably mounted in a cold cavity, a refrigerator, a regenerator and a heater in series and connecting the cold and hot cavities, as well as an annular electric winding on the cylinder, characterized in that the working piston is rigidly connected to a rod made of magnetic material, a core ki of the electric winding have an I-section, on both sides of the cores, ring magnets are located along the axis of the rod, facing each other with opposite poles, ring grooves filled with non-magnetic material are made on the piston rod, and a piston position sensor is installed on the cylinder at the displacement piston, sequentially electrically connected through a microprocessor to a control valve in the pipeline between the heater and the cold cavity. An alloy of neodymium-iron-boron was used as the material of ring magnets. The length of the slots of the I-beam cores of the electric winding is equal to the length of the grooves of the piston rod and the thickness of the ring magnets, and the thickness of the shelves of the cores of the electric winding is equal to the thickness of the protrusions of the piston rod, while the slots of the ring cores of the electric winding at the piston rod are filled with non-magnetic material.
ЭГПТ с двигателем Стирлинга характеризуется тем, что в качестве материала кольцевых магнитов использован сплав из неодим-железа-бора.An EGPT with a Stirling engine is characterized in that a neodymium-iron-boron alloy is used as the material of the ring magnets.
На фиг.1 представлена схема ЭГПТ с двигателем Стирлинга, на фиг.2 - вид А в разрезе.Figure 1 presents a diagram of EGPT with a Stirling engine, figure 2 is a section view A.
ЭГПТ содержит цилиндр 1, разделяемый подвижным вытеснительным поршнем 2 на холодную полость 3 и горячую полость 4, рабочий поршень 5, подвижно установленный в холодной полости 3, нагреватель 6, регенератор 7 и холодильник 8, последовательно расположенные и соединяющие горячую полость 4 и холодную полость 3. ЭГПТ имеет также кольцевую электрическую обмотку 9 на цилиндре 1.EGPT includes a cylinder 1, divided by a movable displacement piston 2 into a cold cavity 3 and a hot cavity 4, a working piston 5, movably mounted in a cold cavity 3, a heater 6, a regenerator 7 and a refrigerator 8, sequentially located and connecting the hot cavity 4 and the cold cavity 3 EGPT also has an annular electric winding 9 on the cylinder 1.
Согласно изобретению рабочий поршень 5 жестко соединен со штоком 10, выполненным из магнитного материала. Кольцевые сердечники 11 (фиг.2) электрической обмотки 9 имеют двутавровое сечение, по обеим сторонам сердечников 11 вдоль оси штока 10 расположены кольцевые магниты 12, обращенные друг к другу разноименными полюсами, на штоке 10 выполнены кольцевые канавки 13, заполненные немагнитным материалом. На цилиндре 1 у вытеснительного поршня 2 установлен датчик 14 положения поршня (фиг.1), последовательно электрически соединенный через микропроцессор 15 с регулировочным клапаном 16 на трубопроводе между холодильником 8 и холодной полостью 3. Прорези кольцевых сердечников 11 и штока 10 имеют соответственно кольцевые вставки 17 и 13 (фиг.2), выполненные из немагнитного материала.According to the invention, the working piston 5 is rigidly connected to the
Кольцевые сердечники 11 имеют прорези длиной ”h” и полки толщиной ”K”. Длина кольцевых канавок 13 на штоке 10 равна "H". Толщина кольцевых магнитов 12 составляет величину ”c”. Длина прорезей ”h” кольцевых двутавровых сердечников 11 равна длине канавок ”H” штока 10 и толщине ”c” кольцевых магнитов 12, а толщина полок ”k” кольцевых сердечников 15 соответствует толщине выступов ”m” штока 10.The
ЭГПТ с двигателем Стирлинга работает следующим образом. При действии механизма привода (не показан) в цилиндре 1 перемещается рабочий поршень 5 и вытеснительный поршень 2 со сдвигом по фазе относительно друг друга. При резком (быстром) движении рабочего поршня 5 от НМТ к ВМТ и замедленном движении вытеснительного поршня 2 в этом же направлении происходит процесс сжатия рабочего тела, находящегося в холодной полости 3 цилиндра 1.EGPT with a Stirling engine works as follows. Under the action of the drive mechanism (not shown) in the cylinder 1 moves the working piston 5 and the displacement piston 2 with a phase shift relative to each other. With a sharp (fast) movement of the working piston 5 from the BDC to the TDC and the slowed-down movement of the displacement piston 2 in the same direction, the process of compression of the working fluid located in the cold cavity 3 of cylinder 1 occurs.
Затем происходит процесс подвода теплоты к рабочему телу. При этом рабочий поршень 5 совершает замедленное движение, приближаясь к своей верхней мертвой точке (ВМТ), а вытеснительный поршень 2 совершает быстрое перемещение к своей нижней мертвой точке (НМТ). За счет этого рабочее тело перемещается из холодной полости 3 через холодильник 8, регенератор 7, нагреватель 6 в горячую полость 4 цилиндра 1. При этом рабочее тело в нагревателе 6 интенсивно нагревается. Избыточное давление рабочего тела действует на рабочий поршень 5, который интенсивно перемещается к своей НМТ. При этом совершается такт расширения-рабочий ход.Then, the process of supplying heat to the working fluid takes place. In this case, the working piston 5 performs a slow motion, approaching its top dead center (TDC), and the displacement piston 2 makes a rapid movement to its bottom dead center (BDC). Due to this, the working fluid moves from the cold cavity 3 through the refrigerator 8, the regenerator 7, the heater 6 into the hot cavity 4 of the cylinder 1. In this case, the working fluid in the heater 6 is intensively heated. Excessive pressure of the working fluid acts on the working piston 5, which intensively moves to its BDC. At the same time, the expansion stroke-working stroke is performed.
Затем вытеснительный поршень 2 быстро перемещается к своей ВМТ. За счет этого рабочее тело перемещается из горячей полости 4 через нагреватель 6, регенератор 7 и холодильник 8 в холодную полость 3. При этом рабочее тело охлаждается до исходной температуры. Система приходит в исходное состояние, и цикл повторяется.Then the displacement piston 2 quickly moves to its TDC. Due to this, the working fluid moves from the hot cavity 4 through the heater 6, the regenerator 7 and the refrigerator 8 into the cold cavity 3. In this case, the working fluid is cooled to the initial temperature. The system returns to its original state, and the cycle repeats.
При движении рабочего поршня 5 от НМТ к ВМТ происходит холостой ход и от ВМТ к НМТ рабочий ход. Вследствие этого перемещения магнитные потоки кольцевых магнитов 12 и кольцевых сердечников 11 (фиг.2) генерируют ЭДС в электрической обмотке 9, снимаемую с электрических разъемов (на фиг.1 не обозначены). Генерирование ЭДС происходит в тот промежуток времени, когда выступы ”m” штока 10 находятся вблизи полок ”k” кольцевых сердечников 11 (на фиг.2 магнитные силовые линии показаны пунктиром).When the working piston 5 moves from BDC to BDC, idling occurs and from BDC to BDC the stroke. Due to this movement, the magnetic fluxes of the
Для регулирования рабочих положений поршней на цилиндре 1 с помощью датчика 14 (емкостного, магнитного и т.п.) определяется положение вытеснительного поршня 2. Результирующий сигнал подается на вход микропроцессора 15, где сравнивается с заданным значением, а затем соответствующий сигнал поступает на регулировочный клапан 16, который регулирует количество рабочего тела в холодной полости 3. Это обеспечивает оптимальные выходные характеристики преобразователя тепловой энергии в электрическую.To regulate the working positions of the pistons on the cylinder 1, the position of the displacement piston 2 is determined using the sensor 14 (capacitive, magnetic, etc.). The resulting signal is fed to the input of the microprocessor 15, where it is compared with the set value, and then the corresponding signal is supplied to the control valve 16, which regulates the amount of working fluid in the cold cavity 3. This provides optimal output characteristics of the converter of thermal energy into electrical energy.
Для надежного уплотнения шток 10 выполняется цилиндрическим с заполнением кольцевых канавок 13 немагнитным материалом, например алюминиевым сплавом.For reliable sealing, the
В качестве материала кольцевых магнитов 12 может использоваться сплав неодим-железо-бор, обладающий высокими магнитными свойствами. Наличие кольцевых магнитов 12, охватывающих шток 10, позволит повысить надежность уплотнения между штоком 10 и цилиндром 1 использованием магнитной смазки.As the material of the
Для повышения надежности кольцевой электрической обмотки 9 (фиг.1) прорези кольцевых сердечников 11 у штока 10 имеют кольцевые вставки 17 (фиг.2), выполненные из немагнитного материала, например из алюминиевого сплава.To increase the reliability of the annular electric winding 9 (Fig. 1), the slots of the
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012130533/06A RU2550228C2 (en) | 2012-07-17 | 2012-07-17 | Ac generator with external combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012130533/06A RU2550228C2 (en) | 2012-07-17 | 2012-07-17 | Ac generator with external combustion engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012130533A RU2012130533A (en) | 2014-01-27 |
RU2550228C2 true RU2550228C2 (en) | 2015-05-10 |
Family
ID=49956808
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012130533/06A RU2550228C2 (en) | 2012-07-17 | 2012-07-17 | Ac generator with external combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2550228C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017176168A3 (en) * | 2016-04-08 | 2018-01-18 | Александр Иванович КУПРИЕНКО | External combustion engine, operating according to stirling cycle, with electromagnetic displacer drive |
RU2645107C1 (en) * | 2017-03-20 | 2018-02-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Наука-Энерготех" (ООО "Наука-Энерготех") | Autonomous gas fuel micro-tpp using a free piston stirling engine |
RU2659908C1 (en) * | 2017-07-14 | 2018-07-04 | Анатолий Александрович Рыбаков | Method of thermal energy transformation to electricity by free linked energy-module with linear electric generator and heat exchanger |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6311491B1 (en) * | 1999-12-17 | 2001-11-06 | Fantom Technologies Inc. | Heat engine |
RU2439771C1 (en) * | 2010-11-22 | 2012-01-10 | Эдвид Иванович Линевич | Vibration power generator |
-
2012
- 2012-07-17 RU RU2012130533/06A patent/RU2550228C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6311491B1 (en) * | 1999-12-17 | 2001-11-06 | Fantom Technologies Inc. | Heat engine |
RU2439771C1 (en) * | 2010-11-22 | 2012-01-10 | Эдвид Иванович Линевич | Vibration power generator |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Уокер Г., Двигатели Стирлинга, М., Машиностроение, 1985. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017176168A3 (en) * | 2016-04-08 | 2018-01-18 | Александр Иванович КУПРИЕНКО | External combustion engine, operating according to stirling cycle, with electromagnetic displacer drive |
RU2645107C1 (en) * | 2017-03-20 | 2018-02-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Наука-Энерготех" (ООО "Наука-Энерготех") | Autonomous gas fuel micro-tpp using a free piston stirling engine |
RU2659908C1 (en) * | 2017-07-14 | 2018-07-04 | Анатолий Александрович Рыбаков | Method of thermal energy transformation to electricity by free linked energy-module with linear electric generator and heat exchanger |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012130533A (en) | 2014-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hanipah et al. | Recent commercial free-piston engine developments for automotive applications | |
JP4656840B2 (en) | Free piston device with electric linear drive | |
JP4901659B2 (en) | Internal combustion engine | |
FI2643573T3 (en) | High-efficiency linear combustion engine | |
Jia et al. | Development approach of a spark-ignited free-piston engine generator | |
JP2013526677A (en) | Free piston internal combustion engine | |
CN102434277A (en) | Internal-combustion permanent-magnet linear power generation device | |
RU2550228C2 (en) | Ac generator with external combustion engine | |
Hanipah | Development of a spark ignition free-piston engine generator | |
RU2144990C1 (en) | Fuel-electric converter | |
WO2011066326A2 (en) | Compact, high-efficiency integrated resonant power systems | |
Sato et al. | High power density by combining of a double stator and an opposite-magnets linear generator in a dual-type free-piston engine generator | |
CN205117494U (en) | Diesel oil linear generator | |
JP2001289119A (en) | Free piston type stirling engine | |
RU2411379C2 (en) | Linear electric hydrodynamic internal combustion engine by va kushchenko | |
RU2630364C1 (en) | Expedition generator | |
RU2528481C2 (en) | Portable electric installation | |
Suzuki et al. | Examination of a free-piston engine linear generator system with opposite-side combustion | |
RU2522253C1 (en) | Eight-cylinder plunger-free engine | |
CN205117495U (en) | Hybrid power engine | |
Sato et al. | Examination of a free-piston engine linear generator system with generation control for high efficiency | |
RU112947U1 (en) | ELECTRIC AC GENERATOR | |
RU2133860C1 (en) | Multicylinder liquid-piston electric generator | |
RU2629588C1 (en) | Electric generating set with stirling engine | |
RU2516767C1 (en) | Plunger-free four-cylinder engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150604 |