Способ адаптации частоты колебаний якорь-поршней насос-генератора к резонансной частоте контура линейного генератора


 


Владельцы патента RU 2508594:

Рыбаков Анатолий Александрович (RU)

Изобретение относится к области энергомашиностоения. В способе адаптации частоты колебаний якорь-поршней насос-генератора к резонансной частоте контура линейного генератора при рекуперации энергии торможения система управления после каждого цикла генерирования импульса электроэнергии при движении якорь-поршня насос-генератора из одной крайней точки движения в другую крайнюю точку движения система управления переводит клапаны управления потоком жидкости в противоположные положения с задержкой. Длительность задержки определяется так, чтобы давление рабочей жидкости в магистрали, соединяющей мотор-насос с насос-генератором, увеличилось до значения, при котором частота колебательных движений якорь-поршней насос-генератора совпадет с резонансной частотой контура линейного электрогенератора. После этого система управления переводит клапаны управления потоком жидкости в противоположные положения и генерируется очередной импульс электроэнергии с периодом, равным предыдущему импульсу генерирования электроэнергии. Техническим результатом является обеспечение полной рекуперации кинетической энергии торможения транспортного средства во всем диапазоне скоростей. 1 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области энергомашиностроения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Способ адаптации частоты колебаний якорь-поршней насос-генератора к резонансной частоте контура линейного генератора применим для силовой установки любой машины в составе насос-генератора и мотор-насоса и позволяет полностью рекуперировать кинетическую энергию торможения вала отбора мощности во всем диапазоне скоростей. Как пример рассматривается способ рекуперации применительно к транспортному средству. В его аналоге используются патент 2394341 «Стационарная катушка подмагничивания якоря линейной электрической машины», патент 2352797 «Способ привода клапана рабочим телом поршневой машины», патент 2422654 «Синхронизатор движения якорь-поршней в противофазе свободнопоршневого насос-генератора».

Силовая установка транспортного средства состоит из импульсного электрогидравлического насос-генератора (далее - насос-генератор), гидравлического мотор-насоса (далее - мотор-насос) и системы управления. В состав насос-генератора (см. фигуру) входят статорные магниты 1, 2 (электромагниты или, как показано на рисунке, постоянные магниты, далее - магниты), якорь-поршни 3, 4 (далее - якоря), катушки подмагничивания якорей 5, 6 (далее - катушки якорей), клапаны управления потоком рабочей жидкости 7, 8 (патент 2352797, далее - клапаны). Кроме того, имеются каналы 9, 13 и трубопроводы 10, 11, 12, 14, 15. Насос-генератор преобразует электроэнергию в энергию давления рабочей жидкости для привода мотор-насоса в режиме насоса, вал которого соединен с валом колеса. Мотор-насос - гидравлическая машина любой конструкции обратимого действия, вал которой соединен с валом колеса. Энергосистема действует следующим образом.

Система управления силовой установки (на рисунке не показана) от источника электроэнергии (аккумулятор, генератор и т.д.) подает на катушку якоря 5 насос-генератора импульс напряжения одного знака, а на катушку якоря 6 - другого знака. Так как якоря 3, 4 изготовлены из магнитомягкого материала, на их торцах возникают соответствующие магнитные полюса (патент 2394341). Если их положение таково, как показано на рисунке, то левый торец якоря 3 с северным магнитным полюсом выталкивается из левого кольцевого зазора магнита 1 с северным магнитным полюсом, а правый его торец с южным магнитным полюсом втягивается в левый кольцевой зазор магнита 2 с северным магнитным полюсом. Аналогичным образом якорь 4 взаимодействует с правым кольцевыми зазорами магнитов 2 и 1, и якоря 3, 4 начинают встречное движение. Жидкость из правой торцевой полости якоря 3 и левой торцевой полости якоря 4 по трубопроводу 12 и каналу 13 поступает в мотор-насос (на рисунке не показан) и приводит его вал во вращение. От мотор-насоса отработавшая жидкость возвращается по каналу 9 по трубопроводам 10, 11 в левую торцевую полость якоря 3 и правую торцевую полость якоря 4. По достижении якорями крайних точек схождения система управления меняет знаки подаваемых на катушки 5, 6 импульсов напряжения и одновременно переводит клапаны 7, 8 в противоположные положения. Якоря начинают расходиться, и жидкость из левой торцевой полости якоря 3 и правой торцевой полости якоря 4 по трубопроводам 10, 11 и каналу 13 поступает к мотор-насосу, а по каналу 9 и трубопроводу 12 возвращается в правую торцевую полость якоря 3 и левую торцевую полость якоря 4. В дальнейшем система управления продолжает непрерывно менять знаки импульсов напряжения на катушках якорей 5, 6 и положение клапанов 7, 8 на противоположное, поэтому жидкость продолжает движение в одном направлении и вал мотор-насоса вращается в прежнем направлении. Такой режим характерен при максимальном ускорении и максимальной скорости транспортного средства. Для снижения задаваемого темпа ускорения между циклами подачи жидкости от насос-генератора к мотор-насосу организуются паузы. Для этого система управления прекращает подачу импульсов на катушки якорей 5, 6 и переводит один из клапанов 7 или 8 в противоположное положение, и жидкость с выхода мотор-насоса по каналу 9, через клапан 7, трубопровод 14 и канал 13 снова поступает на его вход, практически не испытывая сопротивления своему движению. То есть в течение каждой паузы прерывается передача энергии от насос-генератора на мотор-насос.Таким образом, длительность паузы обратно пропорциональна задаваемому темпу ускорения, или что то же самое, прямо пропорциональна темпу снижения задаваемого ускорения. Передаваемая мотор-насосу от насос-генератора мощность снижается обратно пропорционально длительности паузы. При этом длительность импульсов напряжения остается постоянной и соответствует времени полного перемещения якорей 3, 4 из одного крайнего положения в другое.

Действие силовой установки в режиме рекуперации энергии торможения.

При движении транспортного средства вал колес приводит мотор-насос во вращение, жидкость от которого по каналу 9 и трубопроводам 10, 11 поступает в левую торцевую полость якоря 3 и в правую торцевую полость якоря 4. Якоря 3, 4 начинают встречное движение и выдавливают жидкость из правой торцевой полости якоря 3 и левой торцевой полости якоря 4. Жидкость из этих полостей по трубопроводу 12 и каналу 13 возвращается к мотор-насосу. При движении якорей 3, 4 в кольцевых зазорах магнитов 1, 2 в телах магнитов 1, 2 индуцируются переменные магнитные потоки, в результате чего в катушках якорей 5, 6 генерируются импульсы электроэнергии, которые направляются в аккумулятор. При этом транспортное средство получает импульс торможения. По достижению якорями крайних точек схождения система управления переводит клапаны 7, 8 в крайние точки расхождения. Теперь жидкость от мотор-насоса по каналу 9 и трубопроводам 14, 12 поступает в правую торцевую полость якоря 3 и в левую торцевую полость якоря 4, а по трубопроводам 10, 11 и каналу 13 возвращается к мотор-насосу. Якоря расходятся, и в катушках якорей 5, 6 генерируются импульсы электроэнергии противоположного знака, и транспортное средство получает очередной импульс торможения. В дальнейшем система управления, переводя клапаны 7, 8 из одних крайних положений в другие, обеспечивает генерирование электроэнергии в катушках якорей 5, 6.

Синхронизация движения якорь-поршней насос-генератора (патент 2422654): в силу неточности изготовления якорь-поршней насос-генератора - неравенство их масс, искажений формы и размеров и других факторов, скорости их движения по модулю в противофазе неминуемо будут отличаться. Синхронизация движения якорей насос-генератора осуществляется разрыванием цепи одной из катушек якорей 5 или 6 на определенное время. Например, если скорость якоря 3 меньше скорости якоря 4, система управления разрывает цепь катушки подмагничивания 6. Магнитные полюса якоря 4 исчезают, и его скорость уменьшается. В момент, при котором обеспечивается одновременность прибытия якорей в крайние точки движения, система управления восстанавливает цепь катушки подмагничивания якоря 6. Если же скорость якоря 4 меньше скорости якоря 3, система управления действует аналогичным образом.

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью изобретения является обеспечение полной рекуперации кинетической энергии торможения транспортного средства во всем диапазоне скоростей транспортного средства.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

При рекуперации кинетической энергии торможения в силу снижения скорости транспортного средства соответственно снижается угловая скорость вращения вала колеса и вала мотор-насоса, снижается скорость движения рабочей жидкости в магистрали между мотор-насосом и насос-генератором и, как следствие, скорость колебательных движений якорей. Эффективное преобразование кинетической энергии якоря линейного генератора в электроэнергию, как и в генераторе с вращающимся ротором, наблюдается в узком диапазоне частоты колебания якорей, близкой к резонансной частоте контура генератора. Отклонение от этой частоты в любую сторону приводит к снижению эффективности преобразования энергии - снижению добротности контура генератора. Следовательно, для обеспечения стабильной частоты колебательных движений якорей во всем диапазоне скоростей транспортного средства необходимо добиться, чтобы в момент каждого начала подачи рабочей жидкости в торцевые полости якорей давление рабочей жидкости оказывалось одинаковым. Для этого после перемещения якорей из одной крайней точки движения в другую крайнюю точку система управления переводит клапаны 7, 8 в противоположные положения с определенной задержкой. В результате задержки путь жидкости через насос-генератор оказывается перекрыт. Так как при движении транспортного средства мотор-насос продолжает вращаться, то давление жидкости в магистрали между мотор-насосом и насос-генератором увеличивается. В момент, когда давление жидкости достигнет величины, при которой частота колебательного движения якорей совпадет с резонансной частотой контура генератора, система управления переводит клапаны 7, 8 в противоположные положения, и генерируется очередной импульс электроэнергии с периодом, равным предыдущему импульсу генерирования электроэнергии.

Это означает, что генератор работает в режиме максимальной добротности контура генератора - необходимое условие для обеспечения максимальной эффективности преобразования кинетической энергии якорей в электроэнергию во всем диапазоне скоростей транспортного средства от максимальной скорости до почти нулевой.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ адаптации частоты колебаний якорь-поршней насос-генератора к резонансной частоте контура линейного генератора, применяемый в силовой установке машины с рекуперацией кинетической энергии вала отбора мощности, включающей импульсный электрогидравлический насос-генератор, состоящий из линейного электрогенератора с якорь-поршнями и клапанов управления потоком рабочей жидкости, гидравлический мотор-насос и систему управления силовой установки, отличающийся тем, что после каждого цикла генерирования импульса электроэнергии при движении якорь-поршня насос-генератора из одной крайней точки движения в другую крайнюю точку движения система управления переводит клапаны управления потоком жидкости в противоположные положения с задержкой, длительность которой определяется так, чтобы давление рабочей жидкости в магистрали, соединяющей мотор-насос с насос-генератором, увеличилось до значения, при котором частота колебательных движений якорь-поршней насос-генератора совпадет с резонансной частотой контура линейного электрогенератора, после чего система управления переводит клапаны управления потоком жидкости в противоположные положения, и генерируется очередной импульс электроэнергии с периодом, равным предыдущему импульсу генерирования электроэнергии.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Материалы и технология для реализации заявленного изобретения не выходят за рамки современных возможностей. При современном уровне развития электроники создание системы управления является вполне ординарной задачей.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Фигура. Принципиальная схема насос-генератора энергосистемы транспортного средства.

1, 2 - статорные магниты; 3, 4 - катушки подмагничивания якорей; 5, 6 - катушки подмагничивания якорей; 7, 8 - клапаны управления потоком жидкости; 9, 13 - каналы; 10, 11, 12, 14, 15 - трубопроводы.

Способ адаптации частоты колебаний якорь-поршней насос-генератора к резонансной частоте контура линейного генератора, применяемый в силовой установке машины с рекуперацией кинетической энергии вала отбора мощности, включающей импульсный электрогидравлический насос-генератор, состоящий из линейного электрогенератора с якорь-поршнями и клапанов управления потоком рабочей жидкости, гидравлический мотор-насос и систему управления силовой установки, отличающийся тем, что после каждого цикла генерирования импульса электроэнергии при движении якорь-поршня насос-генератора из одной крайней точки движения в другую крайнюю точку движения система управления переводит клапаны управления потоком жидкости в противоположные положения с задержкой, длительность которой определяется так, чтобы давление рабочей жидкости в магистрали, соединяющей мотор-насос с насос-генератором, увеличилось до значения, при котором частота колебательных движений якорь-поршней насос-генератора совпадет с резонансной частотой контура линейного электрогенератора, после чего система управления переводит клапаны управления потоком жидкости в противоположные положения и генерируется очередной импульс электроэнергии с периодом равным предыдущему импульсу генерирования электроэнергии.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, к электромагнитным генераторам, служащим автономными источниками питания, и может быть использовано совместно с двигателями внутреннего сгорания без кривошипно-шатунного механизма, в устройствах, преобразующих вибрацию в напряжение (например, в подвеске экипажей), а также в автономных устройствах с ручным приводом.

Изобретение относится к волноэнергетической установке для производства электроэнергии. .

Изобретение относится к области электротехники и гидроэнергетике, в частности к производству электроэнергии путем преобразования энергии вертикального волнения воды в электрическую энергию.

Изобретение относится к области электротехники и гидроэнергетики, в частности к устройствам, представляющим собой электрогенераторы для производства электроэнергии путем преобразования энергии вертикального волнения воды в электрическую энергию.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и касается особенностей выполнения генераторов электрического тока. .

Изобретение относится к переносным электрическим устройствам и может быть использовано во многих областях, в которых требуется электрическое устройство с автономным источником питания, обладающее возможностью подзарядки аккумулятора, но не требующее соблюдения условий электробезопасности при подзарядке аккумулятора.

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для обеспечения электроэнергией, в том числе и искусственных космических объектов. .

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. В свободнопоршневом двигателе, содержащем корпус двигателя, два оппозитно установленных цилиндра и поршневую группу, согласно изобретению поршневая группа выполнена в виде единого узла с двумя торцами и цилиндрическим пустотелым корпусом, в средней части которого радиально установлены постоянные магниты, корпус двигателя выполнен магнитопрозрачным с образованием зазора между ним и цилиндрическим корпусом, а вне его установлена, по меньшей мере, одна обмотка возбуждения.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к генераторам энергии, в которых в качестве носителя энергии используется жидкость или газы. Генератор энергии содержит связанную с гидропневмоаккумулятором камеру сгорания, связанную с баком для энергоносителя и баком для воды, снабженную предохранительными и обратными клапанами, оснащенную средством воспламенения энергоносителя и распределительным узлом.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. В свободнопоршневом двигателе, содержащем один цилиндр, внутри которого расположены два оппозитно установленных поршня со штоком, свечи зажигания, системы газораспределения на концах цилиндра, коллектор подачи топливовоздушной среды и коллектор выхлопных газов и систему управления, согласно изобретению каждый цилиндр оборудован зубчатой рейкой на штоке и двумя контактирующими с ней зубчатыми колесами, установленными на ведущих валах, которые соединены с обгонными муфтами, обеспечивающими противоположное вращение двух выходных валов, выходные валы соединены с входом в редуктор, имеющий вал нагрузки.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. В свободнопоршневом двигателе, содержащем по меньшей мере один цилиндр, внутри которого расположены два оппозитно установленных поршня со штоком, свечи зажигания, линейный генератор, содержащий в свою очередь статорную обмотку, расположенную на цилиндре, системы газораспределения на концах цилиндра, коллектор подачи топливовоздушной среды и коллектор выхлопных газов, систему газораспределения и систему управления, согласно изобретению система управления содержит блок управления и датчик положения поршней, каждая система газораспределения выполнена в виде подпружиненных впускного и выпускного клапанов, содержащих седло и шток и установленных в головках цилиндра, и гидротолкателей, установленных на торцах штоков клапанов, соединенных трубопроводами с гидрораспределителем, который электрической связью соединен с блоком управления, с которым также соединен датчик положения поршней.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. В четырехцилиндровом свободнопоршневом двигателе, содержащем два корпуса двигателя, четыре цилиндра, внутри которых расположены оппозитно установленные поршневые группы, свечи зажигания, общий входной коллектор, индивидуальные входные коллекторы, общий выхлопной коллектор выхлопных газов, индивидуальные выхлопные коллекторы, форсунку, свечи и систему управления с блоком управления, согласно изобретению топливная форсунка установлена в общем входном коллекторе, поршневые группы выполнены в виде единого узла с двумя торцами и цилиндрическим корпусом, в котором радиально установлены постоянные магниты, вне корпусов двигателя установлена общая обмотка возбуждения.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. В свободнопоршневом двигателе, содержащем корпус, четыре цилиндра, внутри которых расположены по два оппозитно установленных поршня со штоком, свечи зажигания, системы газораспределения на концах цилиндра, коллектор подачи топливовоздушной среды и коллектор выхлопных газов и систему управления, согласно изобретению каждый цилиндр оборудован зубчатой рейкой на штоке и двумя контактирующими с ней зубчатыми колесами, установленными на ведущих валах, которые соединены с обгонными муфтами, обеспечивающими противоположное вращение двух выходных валов, выходные валы соединены с входом в общий редуктор, имеющий вал нагрузки.

Изобретениу относится к двигателям внутреннего сгорания. В свободнопоршневом двигателе, содержащем один цилиндр, внутри которого расположены два оппозитно установленных поршня со штоком, свечи зажигания, генератор электроэнергии, системы газораспределения на концах цилиндра, коллектор подачи топливовоздушной среды и коллектор выхлопных газов и систему управления, согласно изобретению каждый цилиндр оборудован двумя генераторами электроэнергии, соединенными через муфты обратного хода и ведущие шестерни, контактирующие с зубчатыми рейками, установленными на штоке.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания Свободнопоршневой двигатель, выполненный, по меньшей мере, из одного цилиндра, внутри которого расположены два оппозитно установленных поршня со штоком, содержащий свечи зажигания, линейный генератор, обмотку статора, расположенную на цилиндре, системы газораспределения на концах цилиндра, коллектор подачи топливовоздушной среды и коллектор выхлопных газов, согласно изобретению каждая система газораспределения выполнена в виде пустотелого корпуса, установленного на торце цилиндра, внутри которого размещена втулка с впускными и выпускными окнами топлововоздушной смеси и выхлопных газов, имеющими возможность сообщаться соответственно с впускными и выпускными коллекторами, на оси втулки выполнено ведомое колесо гибкой передачи, а на штоке выполнена зубчатая рейка, с которой контактирует зубчатое колесо с ведущим валом, на внешнем конце которого установлено ведущее колесо гибкой передачи.

Изобретений относится к двигателям внутреннего сгорания. Свободнопоршневой двигатель выполнен из одного цилиндра с форсунками, внутри которого расположены два оппозитно установленных поршня со штоком, линейный генератор, содержащий обмотку статора, расположенных на цилиндре, впускные и выпускные окна на обеих концах цилиндра, при этом впускные и выпускные окна сообщены соответственно с впускными и выпускными коллекторами, к полостям которых присоединены управляемые впускные и выпускные клапаны, двигатель оборудован блоком управления, на боковой стенке цилиндра установлен датчик положения поршней, который электрическими связями соединен с блоком управления, с которым также соединены впускные и выпускные клапаны, а в средней части штока установлен вспомогательный поршень, на котором установлены постоянные магниты.

Изобретение относится к двигателям, использующим жидкость. Способ создания многоцилиндрового жидкостного двигателя внутреннего сгорания, содержащего гидросистему, состоящую из турбины и цилиндров, подающих на турбину из внешней камеры сгорания жидкость под давлением газов сгорающей топливной смеси и системы подготовки и воспламенения горючей смеси, при этом жидкостные двигатели объединены в один агрегат, цилиндры которого спарены в проточные блоки, закольцованы на общую турбину, поочередно заполняемыми жидкостью, отсекаемой от потока, отклоненного в спаренный цилиндр, при этом истечение жидкости под давлением газов из внешней камеры сгорания из первого цилиндра, поток снова возвращается в него, вытесняя газы, пока извергается спаренный цилиндр, а последующий блок четырехцилиндрового двигателя включается в действие при снижении давления в цилиндре предыдущего блока вдвое, значит обратно-пропорционально числу блоков двигателя.

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к двигателегенераторам. Устройство преобразования тепловой энергии в электрическую, содержащее катушку возбуждения, расположенную коаксиально штоку и механически с ним связанную, магнитопровод, согласно изобретению снабжено трансформатором с первичной обмоткой, при этом катушка возбуждения имеет магнитную связь с первичной обмоткой трансформатора. Изобретение обеспечивает повышение КПД и ресурса работы, а также снижение себестоимости. 3 ил.
Наверх