Безшатуновий безщітковий генераторний агрегат

Передбачуваний винахід відноситься до генераторних агрегатів з приводом від двигунів внутрішнього згоряння і може знайти застосування як автономне джерело електричної енергії переважно підвищеної і високої частоти. Відомий пристрій - двигун С.С. Баландіна, що містить повзун, жорстко пов'язаний зі штоком і поршнем (Баландин С.С. Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1972. С.3-7, рис.1-2, 83-84), недоліком якого є складність конструкції. Відомий пристрій - електромеханічна система аксіально-радіальної конфігурації, що містить феромагнітні елементи з розташованими в пазах згаданих елементів кільцевими секціями збуджувальної і робочої електричних обмоток (Шайтор М.М., Афонін А.О., Рясков Ю.І. Електромеханічна система аксіально-радіальної конфігурації / Патент №49630А, Н02К19/18, Н02К19/20, Н02К19/10 (Україна) // Опубл. 16.09.2002. -Бюл. №9), недоліком якої є підвищена маса міді обмоток збудження і розмагнічування генератора. Найбільш близьким по технічному рішенню є генераторний агрегат, що містить двигун внутрішнього згоряння і електричний генератор (Алексеев А.П., Чекменев Е.Е. Передвижные дизельные электростанции. М.: Машиностроение, 1966. С.5-20), недоліком якого є підвищені масогабаритні показники і складність конструкції. В основу винаходу поставлена задача поліпшення масогабаритних показників і спрощення конструкції генераторного агрегату, яка реалізується таким шляхом, що одна вісь ексцентрикового вала двигуна встановлена в підшипник, розташований в отворі повзуна, жорстко пов'язаного з штоком і поршнем, а інша його вісь встановлена в підшипник, розташований в ексцентричному отворі маховика, що знаходиться у внутрішній обоймі корінного підшипника, встановленого в циліндричному картери при рівному ексцентриситеті осей ексцентрикового вала, що складає чверть ходу поршня, при цьому жорстко пов'язаний з маховиком ротор генератора виконаний у вигляді зубчатого колеса турбіни наддува, а ста тор генератора виконаний у вигляді циліндра з аксіальними прорізами під охолоджування і встановленими між прорізами феромагнітними елементами з розташованими в пазах згаданих елементів кільцевими секціями збуджувальної і робочої електричних обмоток, закритих захисним кожухом, що з'єднує в дизельних двигунах нагнетаючу порожнину турбіни з впускними клапанами двигуна, причому зубці ротора, розташовані під одними секціями обмоток, зміщені на половину зубцьового розподілу відносно зубців, розташованих під іншими секціями обмоток, а циліндр статора виконаний з матеріалів, що не володіють властивостями магнітної і електричної провідності. Поліпшення масогабаритних показників і спрощення конструкції агрегату забезпечується застосуванням: ексцентрикового вала, що забезпечує підвищення частоти обертання і зменшує хід поршня; наддува повітря для дизельних двигунів, що підвищує їх потужність; загального ротора турбіни наддува і генератора, поліпшуючого компонування агрегату; ефективним охолоджуванням обмоток, що підвищує потужність генератора. Зниження маси міді обмотки збудження генератора досягається зменшенням повітряного зазора, а попередження розмагнічування генератора досягається секцінуванням обмоток при послідовному включенні секцій і зміщенні зубців ротора, розташованому під відповідними секціями, на половину зубцьового кроку. Винахід пояснюється на фіг.1 та містить в собі поршень двигуна 1, розташований в циліндрі 2, жорстко пов'язаний з штоком 3 і повзуном 4, що знаходиться в опорах ковзання 5. В отвір повзуна встановлені підшипник 6 і вісь 7 ексцентрикового вала, а інша його вісь 8 встановлена в підшипник 9, що знаходиться в ексцентричному отворі маховика 10, розташованого у внутрішній обоймі корінного підшипника 11. Ексцентриситети осей ексцентрикового вала однакові і складають чверть ходу поршня. Зовнішня обойма корінного підшипника встановлена в циліндричному картери двигуна 12. Ротор генератора 13, жорстко пов'язаний з маховиком, виконаний у вигляді колеса турбіни наддува з феромагнітними зубцями 14. Статор генератора виконаний у ви гляді циліндра 15 з аксіальними прорізами під охолоджування і встановленими між прорізами феромагнітними елементами 16. У пазах згаданих елементів розташовані двохсекційні збуджуюча 17 і робоча 18 кільцеві електричні обмотки з послідовним електричним з'єднанням секцій. Зубці ротора, розташовані під лівими секціями обмоток, зміщені на половину зубцьового розподілу відносно зубців, розташованих під правими секціями обмоток. Обмотки закриті захисним кожухом 19, що з'єднує для дизельних двигунів нагнетаючу порожнину турбіни наддува з впускними клапанами двигуна 20 (для карбюраторних двигунів з'єднувальна порожнина відсутня). При цьому аксіальний циліндр виконаний з матеріалів, що не володіють властивостями магнітної і електричної провідності. Пристрій працює таким чином. При такті робочого ходу (клапани закриті) тиск газів, що розширяються в камері згоряння, утвореній днищем поршня і циліндром 2, діє на поршень 1, шток 3 і повзун 4, який разом з віссю 7 ексцентрикового вала рухається прямолінійно в опорах ковзання 5, фіг.1, 2. Від вказаної осі обертаюче зусилля передається на іншу вісь 8 ексцентрикового вала і на маховик 10. При цьому перша вісь ексцентрикового вала обертається в підшипнику 6 повзуна, а др уга його вісь обертається в підшипнику 9 маховика, одночасно переміщаючись разом з маховиком навколо центральної осі корінного підшипника 11, фіг.2, 3. При подачі постійного електричного струму в обмотку 17 збуджується магнітний потік Ф, який замикається через повітряний зазор по зубцях 14 і феромагнітних елементах 16. Маховик приводить у обертання ротор 13, при цьому згадані елементи періодично поєднуються з пазами ротора і зубцями 14, що приводить до зміни магнітного потоку Ф, що індукує в робочій обмотці 18 змінну електрорухому силу. Послідовність комутацій потоку в лівих і правих секціях обмоток забезпечується зміщенням зубців ротора, розташованих під відповідними секціями, на половину зубцьового розподілу, фіг.1, 4. При цьому пульсації струму в послідовно включених секціях обмотки збудження компенсуються розмагнічування генератора не відбувається. Охолоджуюче повітря через отвори захисного кожуха 19 поступає на ротор 13, звідки через аксіальні прорізи циліндра статора нагнітається на охолоджування електричних обмоток і для дизельних двигунів поступає в камеру згоряння через впускні клапани 20, фіг.1, 5 (для карбюраторних двигунів повітря поступає в довкілля). Техніко-економічна ефективність винаходу полягає у зменшенні габаритів і маси при спрощенні конструкції генераторного агрегату.