Способ работы двигателя стирлинга

(5 ГА (5 га- эователе шм АРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(21) 3861929/ (22) 22.02.85 (46) 15.11,86 72) В.И.Басс и А,В.Фомин (53) 621.43 (56) Авторск Р 048150, кл 1983,СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНИзобретение относится к дв троению и может быть испол и создании двигателей с вн подводом тепла. Целью изобр вляется повышение экономич двигателя путем улучшения согласования сдвига фаз движения поршней, Прирегулировании мощности силовых установок, использующих двигатели Стирлинга с гипоциклоидальным механизмомпривода и работающих на привод синхронных генераторов с катящимся ротором, приводится в соответствие мощность двигателя с нагрузкой воздействия на синхронный генератор. Оно осуществляется электрическим Аазосдвигающим устройством по сигналу датчика, измеряющего угол между результирующим вектором индукции магнитногопотока в якоре синхронного генератора и направлением из центра статорана точку касания ротора. 3 ил.Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано при создании двигателей с внешним подводом тепла.Цель изобретения - повьппение экономичности двигателя путем улучшения согласования сдвига фаз движения поршней.На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства двигателя Стирлинга для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 и 3 - схема используемого датчика.Двигатель Стирлинга содержит по меньпей мере одну пару цилиндров 1 и 2, установленных на картере и сообщенных между собой газовой связью через теплообменные аппараты 3, Картер двигателя выполнен в виде двух раздельных герметичных блоков ч и 5. В цилиндрах 1 и 2 двигателя размещены с возможностью перемещения вытес. нительный 6 и рабочийпоршень, связанные через штоки 8 с сателпитными колесами 9 гипоциклоидальных механизмов привода размещенных в блоках ц и 5 картера. Сателлитные коласа 9 установлены на шатунных шейках кол=пчатсго вала 10 каждого из механизмоь привода на опорах качения и имеют возможность катиться по направляющщ блоков 4 и 5 картера. С сателлитными колесами соединены роторысинхронных генератора и электро-. двигателя с катящимися роторами,кон-" структивно совмещенные с гипоциклоидальными механизмами приводов.Обмотка 12 возбуждения синхронного электродвигателя с катящимся ротором гипоциклоидального механизма привода вытеснительного поршня 6 подключается к источнику постоянного тока, а якорная обмотка 13 - к источнику переменного тока, которым является синхронный генератор с катящимся ротором, преобразуюппш механическую энергию рабочего поршня.На электрических линиях, связывающих якорные обмотки генератора и двггателя, установлен регулятор 14 сдвига азиз, Датчик 15 для обеспечения высОких эксплуатационных характерис" тик 1 условий смазки, простоты обслуживания, взрывоопасности и т,п. совместно с синхронным генератором-датчиком с катящимся ротором 18 соединенным с коленчатым валом 10 и являю щимся электрическим аналогом меньших.размеров синхронного генератора, Обмотки 12 и 13 синхронного генератора соединены соответствующими обмот ками 19 генератора-датчика.В воздушном зазоре генератора-датчика вследствие пропорциональностикинематических соотношений приводов,соединения вала 10 генератора с валом 20 генератора-датчика, параллельного соединения обмоток и незначительной их индуктивности, создаетсямагнитный поток, результирующий вектор которого вращается синхронно исинфазно с результирующим вектороммагнитного потока в якоре синхронного генератора.В электромагнитной системе двухзубцового синхронного генератора-дат чика 18 с катящимся ротором, состоящей из статора с двумя зубцами полюсами и цилиндрического ферромагнитного ротора без обмотки, на центрмасс ротора действуют электромагнитная 111), центробежная силы и силавеса ротора.Вектор электромагнитной силы ц И 1обуславливает одностороннее притяжение ротора к статору, совпадает по ЭС направлению с результирующим вектором В индукции магнитного потока вякоре и вращается с угловой скоростьюц, а центральный угол д между вектором В и вектором, направленнымиз центра статора уточки О) и точку касания точку К), прямо пропорционален углу нагрузки, Посколькунаправление отрезка Ок" в любой момент времени совпадает с направлени. ем отрезка ОО , т.е. прямой, проходящей череэ ось вращения кривошипа20 и ротора 21, то датчик 15 долженбыть зафиксирован относительно оси ,кривошипа 20 и сориентирован в соот ветствии снаправлением отрезка ОО,как показано на фиг.2. Поскольку са- .теллитные колеса 21 генератора-датчика обкатывают ротор по направляющим герметичного корпуса без проскальзы 5 О вания, то по изменению величины угла В можно осуществлять регулирование мощности силовой установки.Принцип действия магнитодиодногодатчика 15 Основан на весьма высокойчувствительности магнитодиОДИОГО эффекта к взаимной ориентации векторатока 7 через магнитодиод и вектораиндукции магнитного потока В.Датчик 15 имеет 4 магнитодиода,размещенных в виде моста постоянного тока и сориентированных таким образом, что при совпадении направления результирующего вектора индукциимагнитного потока В с направлениемотрезка 00 , разность падений напряжений в точках 3 и 4 равна нулю исоответствует схеме нуль-индикатора.Входное постоянное напряжениеприкладывается к точкам 1 и 2. Датчик 15 закреплен на диске из магнитомягкого материала, который зафиксирован на кривошипе 20 и вращается вместе с ним. Сателлитное колесо 21 крепится консольно на кривошипе 20 припомощи подшипника.Возможность регулирования мощности двигателя Стирлинга с помощью изменения угла сдвига фаз К движения фпоршней показана на графике, изображенном на фиг. 3 и отражающем влияние М на мощность К; , отнесеннуюк произведению максимального давления цикла на рабочий объем двигателя,Регулирование мощности двигателяСтирлинга при изменении нагрузки насинхронный генератор осуществляетсяпо сигналу изменения угла 6 , кото- ЗОрый вырабатывается датчиком 15 в форме постоянного электрического тока,который передается через скользящиеконтакты 16, сравнивается с эталонным значением в преобразователем 17, Зв качестве которого, например, можно использовать магнитный усилитель,и подается на регулятор 14 сдвигафаз.Предлагаемый способ позволяет повысить экономичность силовой установки путем улучшения согласования фаздвижения поршней за счет уменьшения динамической ошибки регулирования и времени переходного процесса при выработке управляющего воздействия по прямому измерению всего одной электромагнитной величины, характеризующей мгновенно изменение нагрузки на генератор и не зависящей от полярного момента инерции системы двигатель - генератор.Формула изобретенияСпособ работы двигателя Стирлинга путем передачи мощности рабочегопоршня через гипоциклоидальный механизм привода на встроенный синхронный генератор с катящимся ротором,передачи энергии генератора частично потребителю и частично синхронному электродвигателю с катящимся ротором, использования работы последнего поршня-вытеснителя, регулированиесдвига фаз двюкения поршней и при помощи воздействия на фазосдвигающееустройство, установленное в цепи питания электродвигателя, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения экономичности путем улучшения согласования сдвига фаз движения поршней, регулирование осуществляют путем определения результирующего вектора индукции магнитного потока в якоре синхронного генератора,фиксирования точки касания, катящегося с гипоциклоидальным механизмом,определения угла отклонения вектораиндукции от прямой, соединяющей центрстатора и точку касания ротора, сравнения измеренного угла с эталоном ипередачи полученной разности на фазосдвигающее устройство для воздействия на цепь питания и обеспечениясдвига фаэ движения поршней, 1270395О Фий Составитель И,ДикопоТехред Л.Сердюкова ректор С.Черни Редактор Е.Копча акаэ 6217/32 Тираж 523 ПодпиВНИИПИ Государственн Рпо делам изобретен113035, Москва, Жд.4/ сное ого комитета СССий и открытийРаушская наб.,иэводственно-полиграфическоепредприятие, г.ужгород, ул.Проектна