SI22350A - Motorgenerator uporaben kot generator elektricnega toka, primarni pogonski stroj, ter zaganjalnik ali pospesevalnik motorja z notranjim zgorevanjem - Google Patents

Abstract

Izum podaja napravo za generiranje enosmernega in/ali izmenicnega toka in/ali za poganjanje motoriziranega sredstva, zlasti colna, ladje, jahte, jadrnice, plavajocega zerjava, poljedelskega stroja, rovokopaca ipd., ki vkljucuje motor-generator, ki ga poganja motor z notranjim zgorevanjem (1), prednostno batni motor. Naprava sestoji iz brez-krtacnega visokofrekvencnega, prednostno trifaznega statorja (2) motor- generatorja, ki je prikljucen na DC-AC pretvornik (16), namescen v okrovu vztrajnika motorja (11)med motor (1) in menjalnik (9), rotorja motor-generatorja (3) opremljenega s permanentnimi magneti (26), ki je pritrjen na nosilec rotorja (10), ki se prosto vrti na lezajih (13 in 22) in je preko notranjega nosilca rotorja (21) in zatezne puse (14)pritrjen na podaljsek rocicne gredi (15). Sklopka(4), prednostno torna sklopka, omogoca prenos vzvojnih nihanj z motorja z notranjim zgorevanjem preko notranjega nosilca rotorja (21) na nosilec rotorja (10). Nosilec rotorja (10) je skupaj z rotorjemmotor-generatorja (3), lezajema (13 in 22), notranjim nosilcem rotorja (21), zatezno puso (14), podaljskom rocicne gredi (15) in sklopko (4) uporabljen kot vztrajnik motorja z notranjim zgorevanjem in s sklopko za blazitev torzijskih nihanj (27) povezan z menjalnikom (9).

Description

Motorgenerator uporaben kot generator električnega toka, primarni pogonski stroj ter zaganjalnik ali pospeševalnik motorja z notranjim zgorevanjem

Ozadje izuma.

Predmet pričujočega izuma je motorgenerator, namenjen za generacijo električnega toka, za primarni pogonski stroj ter za zaganjalnik in pospeševalnik motorja z notranjim zgorevanjem, se pravi naprava namenjena generiranju istosmemega in/ali izmeničnega toka, zaganjanju motorja z notranjim zgorevanjem in /ali pogonu motoriziranega sredstva še posebno ladje, jahte, jadrnice, plavajočega žerjava, poljedelskega stroja, rovokopača, ipd., ki vključuje motorgeneratorsko enoto, ki ne potrebuje vzdrževanja, v kombinaciji z motorjem z notranjim zgorevanjem, sklopko in menjalnikom. S pomočjo pričujočega motorgeneratorja je mogoče poganjati motorizirano sredstvo bodisi z motorjem z notranjim zgorevanjem in/ali z elektriko z enostavnim motorgeneratorjem, ki ga napajajo električne baterije preko DC/AC pretvornika in ki deluje v obe smeri. Možno je tudi generirati enosmerni in/ali izmenični električni tok z navedenim motorgeneratorjem, tako da slednjega poganja motor z notranjim zgorevanjem ob pomoči dodatnih električnih oz. elektronskih komponent.

Kratek povzetek izuma

Po pričujočem izumu je motorizirano sredstvo opremljeno z visokofrekvenčnim motorgeneratorjem, ki ne potrebuje vzdrževanja in ki je integriran v okrovu vztrajnika motorja z notranjim zgorevanjem. Okrov vztrajnika je zaščiten s tesnili in vodotesno kabelsko povezavo, kar vodi, ki vstopi v plavajoče motorizirano sredstvo, preprečuje dostop v električni motorgenerator in v njegova navitja. Z integracijo električnega motorgeneratorja v okrov vztrajnika je mogoče navedeno napravo na preprost način uporabiti kot generator električnega toka, ko je spojena z delujočim motorjem z notranjim zgorevanjem, ali pa kot v obe smeri delujoči primarni pogonski stroj, ko je spojena z menjalnikom in jo napaja izmenični električni tok primerne jakosti, napetosti in frekvence iz DC/AC pretvornika, priključenega na akumulatorsko baterijo. Motorgenerator je

-2opremljen z rotorskimi poli s permanentnimi magneti, število navedenih rotorskih polov pa je dovolj veliko, da zagotavlja visoko frekvenco generatorja in velik navor motorja tudi pri enoti s sorazmeroma majhnimi dimenzijami. Poli rotorja so prednostno izdelani iz permanentnih magnetov iz redkih zemelj. Visoka frekvenca motorgeneratorja omogoča, da generator ustvarja zadostno električno moč že pri nizki vrtilni frekvenci motorja, tako da lahko dosega polno moč generiranega električnega toka ob nizkem hrupu in nizkem onesnaževanju celo tedaj, ko motor z notranjim zgorevanjem ne poganja motoriziranega sredstva z veliko izhodno močjo. Navitja motorgeneratorja so priključena na DC/AC pretvornik, kadar motorgenerator deluje kot zaganjalnik motorja. V tem primeru je sklopka, ki spaja ročično gred z rotorjem motorgeneratorja, vklopljena. DC/AC pretvornik se krmili z daljinskim krmilnikom, nameščenim na kontrolni plošči motoriziranega sredstva. Predvidena je tudi možnost samodejnega zagona motorja z notranjim zgorevanjem, kadar je napetost akumulatorske baterije prenizka. Kadar naprava deluje kot električni pogon motoriziranega sredstva, se sklopka, ki spaja motor z notranjim zgorevanjem in rotor motorgeneratorja, izklopi, navitja motorgeneratorja pa so vezana in krmiljena enako kot v predhodnem primeru. Prehod iz elektropogonskega načina delovanja motoriziranega sredstva v fazo zagona motorja z notranjim zgorevanjem je lahko izvedena v trenutku z vklopom sklopke. Motorgenerator je lahko uporabljen tudi skupaj z motorjem z notranjim zgorevanjem za pogon motoriziranega sredstva z namenom povečati moč motorja z notranjim zgorevanjem ali za njegovo hitrejše pospeševanje. Navitja motorgeneratorja so povezana tudi z AC-DC usmernikom, ki dovaja enosmerno napetost DC-DC pretvorniku prek enosmernega filtra za reguliranje generirane enosmerne napetosti, za polnjenje akumulatorskih baterij in napajanje DC-AC inverterja, namenjenega napajanju motoriziranega sredstva z izmeničnim tokom konstantne napetosti in frekvence. Z uporabo tega sistema ni potrebe po jermensko gnanemu altematorju za motor z notranjim zgorevanjem, temveč je mogoč motor z notranjim zgorevanjem brez jermenskih pogonov, s čimer se zmanjšajo stroški vzdrževanja in poveča zanesljivost delovanja. Črpalka za morsko vodo je po potrebi gnana z elektromotorjem, katerega vrtilna frekvenca je termostatsko krmiljena. Tudi ločeni električni zaganjalnik ni potreben, s čimer se zmanjšajo cena, dimenzije in teža celotne naprave.

Stanje tehnike za rešitev po pričujočem izumu

-3Patent SI 21586 opisuje kombinacijomotorja z notranjim zgorevanjem in generatorja, ki ga ni potrebno vzdrževati, integriranega v okrovu vztrajnika in povezanega z elektronsko napravo, ki prevaja trifazni izmenični tok spremenljive napetosti na izhodu z izmenično in enosmerno konstantno napetostjo. Predvidena je uporaba generatorja kot zaganjalnika za motor. V skladu s to rešitvijo je generator priklopljen na vztrajnik in ročično gred. Ni pa predvideno, da bi taisti generator poganjal motorizirano sredstvo. Ni podana sklopka, s katero bi bilo možno ločiti generator in motor z notranjim zgorevanjem. Delovanje motoriziranega sredstva le s pomočjo generatorja ni možno. Brezjermenska izvedba motorja z notranjim zgorevanjem ter elektromotor za vodno črpalko nista predvidena.

V patentu US 5,214,358 je podan izum, pri katerem je generator spojen z vztrajnikom motorja z notranjim zgorevanjem in vključuje še dodatne elektronske krmilne enote, ki skrbijo za polnjenje akumulatorske baterije in dovajanje potrebne izmenične napetosti pogonskemu elektromotorju. Vendar po tej rešitvi ni možno neposredno mehansko poganjajnje motoriziranega sredstva. Za pogon vozila sta potrebna najmanj dva električna motorja. Posledica tega so večja teža, višja cena in zahtevnejše vzdrževanje.

Patent EP1415837 opisuje vzporedno zasnovan sistem za prek koles gnana vozila na hibridni pogon. Pogonska moč je porazdeljena med elektromotor in motor z notranjim zgorevanjem, in sicer prek prenosnega sistema, ki istočasno prenaša navora obeh motorjev na kolesa vozila. Motor z notranjim zgorevanjem deluje stacionarno. Oskrba vozila z izmeničnim električnim tokom konstantne napetosti ni podana. Izum ne predvideva enosmernega električnega napajanja, kadar motor z notranjim zgorevanjem ne obratuje. Odprava pogonskega jermena altematorja ni predvidena.

Patent DE 29604437 se nanaša na hibridni ladijski pogonski sistem, ki sestoji iz glavnega dizelskega motorja, ki je kombiniran z elektromotorjem z namenom, da zniža specifično porabo goriva. V izumu ni predvidena dobava AC in DC električenga toka konstantne napetosti motoriziranemu sredstvu. Izum ne predvideva pogona ladje z električnim motorjem. V izumu ni

-4predvidena možnost zagona motorja z notranjim zgorevanjem z elektromotoijem. Ločitev ročične gredi od gredi elektromotorja ni na voljo.

Predmet patenta FR 2814121 je hibridni pogon, sestavljen iz motorja z notranjim zgorevanjem, sklopke, ki priklaplja elektromotor, ter dodatne sklopke, ki spaja elektromotor z menjalnikom. Napajanje vozila z enosmernim in izmeničnim tokom konstantne napetosti ni načrtovano. Brezjermenska izvedba motorja z notranjim zgorevanjem ni načrtovana. Električna črpalka za črpanje hladilne morske vode ni predvidena, ker je cestna vozila ne potrebujejo. Ni predviden torzijski blažilnik, ki bi blažil vklapljanje sklopke.

Namen in cilj izuma

S predstavljeno rešitvijo je mogoče z enim samim preprostim električnim strojem, v pričujočem primeru motorgeneratorjem, ki ne potrebuje vzdrževanja in v vrtečih delih nima navitij, generirati enosmerni električni tok konstantne napetosti in izmenični električni tok konstantne napetosti in frekvence za pokrivanje nepogonskih potreb motoriziranega sredstva. Po predlagani rešitvi je električni tok na voljo pri vseh vrtilnih frekvencah motorja. Poleg tega lahko navedeni motorgenerator zažene motor z notranjim zgorevanjem motoriziranega sredstva. Isti motorgenerator služi tudi kot električni pogon motoriziranega sredstva, odvisen od zmogljivosti akumulatorskih baterij. Motor z notranjim zgorevanjem lahko skupaj z motorgeneratorjem poganja motorizirano sredstvo in tako poveča naj večjo moč motorja z notranjim zgorevanjem, ali pa izboljša njegovo pospeševanje. S tem se znižajo stroški opreme, stroški vgradnje, vzdrževalni stroški in tudi teža same opreme. Vse našteto velja, ko primerjamo predlagano rešitev z vsemi znanimi ali na trgu prisotnimi rešitvami. Poleg tega pa v primeru nevarnosti laliko v trenutku in brez sunkov - samo z vklopom sklopke - preidemo iz načina pogona motoriziranega sredstva z elektromotorjem na zagon motorja z notranjim zgorevanjem. To tudi izboljša zanesljivost in varnost rešitve. Z vodotesno namestitvijo motorgeneratorja v hermetično zaprtem okrovu vztrajnika je dosežena najvišja raven zanesljivosti za motorizirana sredstva, ki se delno nahajajo v vodi, ali pa so izpostavljena vodnim pljuskom. Ker je z DC-AC inverterjem možno generirati izmenični električni tok konstantne napetosti in konstantne frekvence, je izmenični električni tok

-5na voljo tudi takrat, ko edini električni generator ne deluje in sicer z izrabljanjem zmogljivosti nadomestne akumulatorske baterije. Ko je potreben le del maksimalnega električnega toka, mora motor z notranjim zgorevanjem delovati le omejen čas in z zmanjšano vrtilno frekvenco.

Opis izuma

Izum bo opisan s pomočjo zgledov in opisov, ki se nanašajo na slike, kjer:

Slika 1 prikazuje prečni prerez motorgeneratorja in pripadajoča električna blokovna shema.

V skladu s sliko 1 je v okrov vztrajnika 11, ki je vodotesno s tekočinskim ali ploščatim tesnilom spojen z motorjem z notranjim zgorevanjem 1, integriran in pritrjen stator 2 motorgeneratorja. Stator 2 je izdelan iz lamelnih kovinskih lističev, narejenih iz magnetno visoko prevodne jeklene zlitine. Večpolna trifazna navitja 12 so integrirana v stator in po vodotesnem izolacijskem priključku 35 priključena na AC-DC usmernik 17 in DC-AC pretvornik 16. S pomočjo daljinskega krmilnika 30 reguliramo frekvenco in napetost na izhodu DC-AC pretvornika 16, da se zažene motor 1. DC-AC pretvornik 16 prejema električni tok iz akumulatorske baterije 20. Za uravnavanje frekvence je zaželen signal vrtilne frekvence motorja 1. Navedeni vhodni signal je na voljo iz krmilnika motorja. Ob zagonu motorja 1 se mora menjalnik 9 nahajati v prostem teku. Toma sklopka 4, ki jo vklaplja po možnosti hidravlično upravljan potisni ležaj 5, glavni hidravlični valj 29 in električni linearni aktuator 28 s pomočjo zunanjega daljinskega krmilnika 30 in povezuje ročično gred motorja 6 preko podaljška ročične gredi 15, zatezne puše 14 in notranjega nosilca rotorja 21 z nosilcem rotorja 10, na katerem je pritrjen rotor motorgeneratorja 3.

Podaljšek ročične gredi 15, zatezna puša 14, notranji nosilec rotorja 21, ležaja (13 in 22), nosilec rotorja 10, rotor motorgeneratorja 3 in sklopka 4, ki lahko popolnoma prenaša torzijska nihanja, so uporabljeni kot vztrajnik motorja z notranjim zgorevanjem.

AC-DC usmernik 17 je povezan z enosmernim filtrom 18, ki visokofrekvenčnim motnjam, ki nastajajo v dodatnem DC-DC pretvorniku - napetostnem regulatorju 19, preprečuje dostop v statorska navitja 12 generatorja, kjer bi lahko povzročile porast temperature motorgeneratorja. DCDC pretvornik - napetostni regulator 19 dovaja potrebno enosmerno napetost sistemskemu izhodu, akumulatorskim baterijam 20 in DC-AC inverterju 31, ki je povezan z AC vhod-izhod spojnikom 32. Izhod DC-DC pretvomikal9 je krmiljen tako, da ustreza napetosti akumulatorske baterije, stanju njene napolnjenosti in karakteristiki polnjenja akumulatorskih baterij. S pomočjo daljinskega

-6krmiljenja inverterja 33 je mogoče inverter vklapljati in izklapljati z oddaljenega mesta, na katerem se praviloma nahaja upravljavec. Rotor 3 je narejen iz magnetno prevodnega materiala in opremljen s permanentnimi magneti 26. Permanentni magneti iz redkih zemelj omogočajo motorgeneratorju da doseže večje izhodne moči. Ležaja 13 in 22, mazana s trajnim mazalnim sredstvom, sta pritrjena na notranji nosilec rotorja 21, ki je s pomočjo zatezne puše 14 trdno pritrjen na ročično gred oziroma njen podaljšek 15; ležaja omogočata prosto vrtenje rotorja 3 okrog podaljška ročične gredi 15. Kadar sklopka 4 ni vklopljena je rotor 3 povezan preko sklopke 27, ki duši vzvojna nihanja, le z vstopno gredjo menjalnika 8 in motorgenerator, ki se napaja preko DCAC pretvornika 16 v tem primeru lahko poganja motorizirano sredstvo v obeh smer; prednostno je propeler poganjan z v menjalniku zmanjšano vrtilno frekvenco pogonskega elektromotorja (2,3). S pomočjo hladilnih kanalov 34 se motorgenerator hladi dovolj, da se doseže visoka izhodna moč z enoto, ki je nepropustna za vodo. Istočasno so tudi permanentni magneti 26 rotorja 3 iz redkih zemelj zaščiteni pred previsokimi temperaturami, ki bi jih lahko razmagnetile.

Sklopka, ki duši vzvojna nihanja 27, ščiti prenosnik moči pred naglimi spremembami navora ali navomimi sunki.

Blažilnik vzvojnih nihanj 24 je vgrajen v nosilec rotorja 10 preko blažilnega materiala 23 za zmanjšanje torzijskih nihanj ročične gredi 6.

V skladu z izumom motorgenerator nima niti z jermenom gnanega altematorja, niti pogonov z narebričenimi ali klinastimi jermeni. Črpalko za morsko vodo za motor z notranjim zgorevanjem ali za njegov prenosnik toplote poganja elektromotor. Vrtilna frekvenca elektromotorja, ki poganja črpalko za morsko vodo, je uravnavana s pomočjo termostata.

Claims (16)

1. Patentni zahtevki

   1. Motorgenerator namenjen generiranju električnega toka, pogonu motoriziranega sredstva in zagonu ali pospeševanju motorja z notranjim zgorevanjem, t.j. naprava namenjena generiranju enosmernega in/ali izmeničnega toka in/ali poganjanju motoriziranega sredstva, zlasti čolna, ladje, jahte, jadrnice, plavajočega žerjava, poljedelskega stroja, rovokopača ipd. z motorgeneratorjem, ki ga poganja motor z notranjim zgorevanjem (1) prednostno batni motor označena s tem, da je brezkrtačni visokofrekvenčni, prednostno trifazni motorgenerator (2) priključen na DC/AC pretvornik (16), nameščen v okrovu (11) vztrajnika med motorjem (1) in menjalnikom (9), z rotorjem (3) motor generatorja s permanentnimi magneti (26), kije pritijen na nosilec rotorja (10) in prosto vrtljiv na ležajih (13 in 22) na notranjem nosilcu rotorja (21), ki je s pomočjo zatezne puše (14) trdno pritijen na podaljšek ročične gredi (15) in povezan z motorjem z notranjim zgorevanjem (1) preko sklopke (4), prednostno torne sklopke, ki omogoča popoln prenos vzvojnih nihanj z motorja z notranjim zgorevanjem preko notranjega nosilca rotorja (21) do nosilca rotorja (10), kije skupaj z rotorjem motorgeneratorja (3), ležaji (13 in 22), notranjim nosilcem rotorja (21), zatezno pušo (14), podaljškom ročične gredi (15) in skopko (4) uporabljen kot vztrajnik motorja z notranjim zgorevanjem in spojen z menjalnikom (9).
2. 2. Motorgenerator po zahtevku 1, označen s tem, da se sklopka (4) vklaplja in izklaplja s pomočjo hidravlično upravljanega potisnega ležaja (5).
3. 3. Motorgenerator po zahtevkih 1 in 2, označen s tem, da se hidravlično upravljan potisni ležaj (5) upravlja s pomočjo daljinsko upravljanega (30) linearnega električnega aktuatorja (28) pritrjenega na glavni hidravlični valj (29).
4. 4. Motorgenerator po zahtevku 1, označen s tem, daje v nosilec rotorja (10) preko blažilnega materiala (23) vgrajen blažilnik vzvojnih nihanj (24).

   -85. Motorgenerator po zahtevku 1, označen s tem, da je sklopka za blaženje vzvojnih nihanj (27) vgrajena med rotor motorgeneratorja (3) in menjalnik (9).
5. 6. Motorgenerator po zahtevku 1, označen s tem, daje podaljšek ročične gredi (15) povezan z vztopno gredjo menjalnika (8) s pomočjo ležaja (36), prednostno valjčnega ležaja, mazanega s trajnim mazalnim sredstvom in tesnjenega, da je preprečen vdor mazalnega sredstva v prostor motorgeneratorja, ki ni mazan.
6. 7. Motorgenerator po zahtevku 1, označen s tem, da sta ležaja (13 in 22), nameščena med notranji nosilec rotorja (21) in nosilec rotorja (10), mazana s trajnim mazalnim sredstvom.
7. 8. Motorgenerator po zahtevku 1, označen s tem, je električni motorgenerator (2), ko deluje zgolj kot motor, krmiljen z DC/AC pretvornikom (16), ki omogoča vrtenje v obe smeri.
8. 9. Motorgenerator po zahtevku 1, označen s tem, daje menjalnik (9) prednostno zgrajen le za znižanje vrtilne frekvence motorja za delovanje propelerja, medtem ko se za vzvratno vožnjo motoriziranega sredstva vklopi le električni pogon in to z obratno frekvenco DC/AC pretvornika (16)
9. 10. Motorgenerator po zahtevku 1, označen s tem, da so statorska navitja (12) motorgeneratorja (2) vezana vzporedno z AC-DC usmernikom (17) za enosmerni izhod motorgeneratorja in DC-AC pretvornikom (16).
10. 11. Motorgenerator po zahtevku 1, označen s tem, da sta frekvenca in napetost DC-AC pretvornika (16) krmiljeni z daljinskim krmilnikom (30).
11. 12. Motorgenerator po zahtevkih 1, 10 in 11, označen s tem, da sta zagon in povečanje moči motorja z notranjim zgorevanjem (1) z motor generatorjem omogočena s frekvenčno krmiljenim DC-AC pretvornikom (16).

    -913. Motorgenerator po zahtevkih 1, 10, 11 in 12, označen s tem, daje DC-AC pretvornik (16) vzporedno z DC-DC pretvornikom (19) in DC-AC inverterjem (31) priključen na akumulatorske baterije (20), pri čemer se navedeni DC-AC inverter krmili preko daljinskega krmiljenja (33).
12. 14. Motorgenerator po zahtevku 1, označen s tem, da motorgenerator omogoča gradnjo motorja z notranjim zgorevanjem brez jermenskih pogonov.
13. 15. Motorgenerator po zahtevkih 1 in 14, označen s tem, da ja črpalka za morsko vodo za motor z notranjim zgorevanjem ali njegov prenosnik toplote gnana z električnim motorjem.
14. 16. Motorgenerator po zahtevku 1, 14 in 15 označen s tem, da je vrtilna frekvenca elektromotorja, ki poganja črpalko za morsko vodo krmiljena s termostatom.
15. 17. Motorgenerator po zahtevku 1, označen s tem, da so električni kabli, ki povezujejo motorgenerator z DC-AC pretvornikom (16) in AC-DC usmernikom (17), ter cevi za hidravlično tekočino, ki povezujejo hidravlični potisni ležaj (5) in glavni hidravlični valj (29) z vodotesnimi priključki (35) speljani skozi ohišje vztrajnika (11).
16. 18. Motorgenerator po zahtevku 1, označen s tem, da je med motorjem z notranjim zgorevanjem (1), okrovom vztrajnika motorja (11) in menjalnikom (9) nameščeno tesnilo.