Лінійний двигун на транспортному засобі лінійний компресор

Лінійний двигун на транспортному засобі

У звичних для нас двигунах внутрішнього згоряння початкова ланка - поршні, здійснюють зворотно-поступальний рух. Потім цей рух, за допомогою кривошипно-шатунного механізму перетворюється в обертальний. У деяких пристроях перше й останнє ланка здійснюють один вид руху.

Наприклад, в двигун-генератор немає необхідності спочатку зворотно-поступальний рух перетворювати у обертальний, а потім, в генераторі, з цього обертального руху витягувати прямолінійну складову, то Тобто робити два протилежних перетворення.

Сучасний розвиток електронної перетворювальної техніки дозволяє адаптувати для споживача вихідна напруга лінійного електрогенератора, це дає можливість створити пристрій, в якому частина замкнутого електричного контуру робить не обертальний рух в магнітному полі, а зворотно-поступальний разом з шатуном двигуна внутрішнього згоряння. Схеми, що пояснюють принцип роботи традиційного та лінійного генератора, наведені на рис. 1.

Мал. 1. Схема лінійного і звичайного електрогенератора.

У звичайному генераторі для отримання напруги використовується дротова рамка, що обертається в магнітному полі і що приводиться в рух зовнішнім рушієм. У запропонованому генераторі, дротова рамка рухається лінійно в магнітному полі. Це невелике і непринципове відмінність дає можливість значно спростити і здешевити рушій, якщо в його якості використовується двигун внутрішнього згоряння.

Також, в поршневому компресорі, що наводиться в рух поршневим двигуном, вхідний і вихідний ланка здійснює зворотно поступальний рух, рис. 2.

Мал. 2. Схема лінійного і звичайного компресора.

Переваги лінійного двигуна

1. Малі габарити і вага, через відсутність кривошипно-шатунного механізму.
2. Висока напрацювання на відмову, через відсутність кривошипно-шатунного механізму і через присутність тільки поздовжніх навантажень.
3. Невисока ціна, через відсутність кривошипно-шатунного механізму.
4. Технологічність - для виготовлення деталей необхідні тільки нетрудоемкие операції, токарні та фрезерні.
5. Можливість переходу на інший вид палива без зупинки двигуна.

Управління запалюванням за допомогою тиску при стисканні робочої суміші.

У звичайного двигуна для подачі електричного напруги (струму) на свічку запалювання повинно виконуватися дві умови:

- перша умова визначається кінематикою кривошипно-шатунного механізму - поршень повинен перебувати у верхній мертвій точці (без урахування випередження запалювання);

- друга умова визначається термодинамічним циклом - тиск в камері згоряння, перед робочим циклом, має відповідати використовуваному паливу.

Одночасно виконати дві умови дуже складно. При стисненні повітря або робочої суміші, відбувається витік стиснення газу в камері згоряння через кільця поршня і ін. Чим повільніше відбувається стиснення (повільніше обертається вал двигуна), тим витік вище. При цьому тиск в камері згоряння, перед робочим циклом, ставати менше оптимального і робочий цикл відбувається при неоптимальних умовах. Коефіцієнт корисної дії двигуна падає. Тобто забезпечити високий коефіцієнт корисної дії двигуна можна тільки у вузькому діапазоні швидкостей обертання вихідного валу.

Тому, наприклад, коефіцієнт корисної дії двигуна на стенді становить приблизно 40%, а в реальних умовах, на автомобілі, при різних режимах руху, ця величина падає до 10…12%.

У лінійному двигуні немає кривошипно-шатунного механізму, тому не треба виконувати першу умову, не має значення, де знаходиться поршень перед робочим циклом, має значення тільки тиск газу в камері згоряння перед робочим циклом. Тому, якщо подачею електричної напруги (струму) на свічку запалювання буде управляти не положення поршня, а тиск в камері згоряння, то робочий цикл (запалювання) завжди буде починатися при оптимальному тиску, незалежно від частоти роботи двигуна, рис. 3.

Мал. 3. Управління запалюванням за допомогою тиску в циліндрі, в циклі «стиснення».

Таким чином, в будь-якому режимі роботи лінійного двигуна, ми будемо мати максимальну площу петлі термодинамічної циклу Карно, відповідно, і високий коефіцієнт корисної дії при різних режимах роботи двигуна.

Управління запалюванням за допомогою тиску в камері згоряння, також дає можливість «безболісно» переходити на інші види палива. Наприклад, при переході з високооктанового виду палива на низькооктановий вид, в лінійному двигуні, треба тільки дати команду системі запалювання, щоб подача електричної напруги (струму) на свічку запалювання відбувалася при більш низькому тиску. У звичайному двигуні для цього необхідно було б змінювати геометричні розміри поршня або циліндра.

Реалізувати управління запалюванням тиском в циліндрі можна за допомогою

п`єзоелектричного або ємнісного методу вимірювання тиску.

Датчик тиску виконаний у вигляді шайби, яка поміщена під гайку шпильки кріплення головки циліндра, рис. 3. Сила тиску газу в камері стиску, діє на датчик тиску, який знаходиться під гайкою кріплення головки циліндра. І інформація про тиск в камері стиску, передається на блок управління моментом запалювання. При тиску в камері, відповідному тиску запалювання даного палива, система запалювання подає електрична напруга (струм) на свічку запалювання. При різкому збільшенні тиску, що відповідає початку робочого циклу, система запалювання знімає електричну напругу (струм) з свічки запалювання. При відсутності збільшенні тиску через заданий час, що відповідає відсутності початку робочого циклу, система запалювання подає керуючий сигнал пуску двигуна. Також вихідний сигнал датчика тиску в циліндрі використовується для визначення частоти роботи двигуна і його діагностики (визначення компресії і ін.).

Сила здавлювання прямо пропорційна тиску в камері згоряння. Після того, як тиск, в кожному з протилежних циліндрів, стане не менше заданого (залежить від виду використовуваного палива), система управління подає команду для запалювання горючої суміші. При необхідності перейти на інший вид палива, змінюється величина заданого (опорного) тиску.

Також регулювання моменту запалення горючої суміші може здійснюватися в автоматичному режимі, як в звичайному двигуні. На циліндрі розміщений мікрофон - датчик детонації. Мікрофон перетворює механічні звукові коливання корпусу циліндра в електричний сигнал. Цифровий фільтр, з цього набору суми синусоїд електричної напруги, витягує гармоніку (синусоїду), відповідну режиму детонації. При появі на виході фільтра сигналу відповідного появі детонації в двигуні, система управління знижує величину опорного сигналу, який відповідає тиску запалювання горючої суміші. При відсутності сигналу відповідного детонації, система управління, через деякий час збільшує величину опорного сигналу, який відповідає тиску запалювання горючої суміші, до появи частот попередніх детонації. Знову, при появі частот, що передують детонації, система знижує опорний сигнал, що відповідає зниженню тиску запалювання, до бездетонационной запалювання. Таким чином, система запалювання підлаштовується під використовуваний вид палива.

Принцип роботи лінійного двигуна.

Принцип роботи лінійного, як і звичайного двигуна внутрішнього згоряння, заснований на ефекті теплового розширення газів, що виникає при згорянні паливно-повітряної суміші і забезпечує переміщення поршня в циліндрі. Шатун передає прямолінійний зворотно-поступальний рух поршня лінійному електрогенератори, або поршневого компресора.

Лінійний генератор, рис. 4, складається з двох поршневих пар, які працюють в протифазі, що дає можливість збалансувати двигун. Кожна пара поршнів з`єднана шатуном. Шатун підвішений на лінійних підшипниках і може вільно коливатися, разом з поршнями, в корпусі генератора. Поршні поміщені в циліндри двигуна внутрішнього згоряння. Продування циліндрів здійснюється через продувні вікна, під дією невеликого надлишкового тиску, створюваного в предпускній камері. На шатуне розташована рухома частина муздрамтеатру генератора. Обмотка збудження створює магнітний потік необхідний для генерації електричного струму. При зворотно-поступальному русі шатуна, а разом з ним і частини муздрамтеатру, лінії магнітної індукції, створюваної обмоткою збудження, перетинають нерухому силову обмотку генератора, індукуючи в ній електричну напругу і струм (при замкнутому електричному ланцюзі).

Мал. 4. Лінійний бензогенератор.

Лінійний компресор, рис. 5, складається з двох поршневих пар, які працюють в протифазі, що дає можливість збалансувати двигун. Кожна пара поршнів з`єднана шатуном. Шатун підвішений на лінійних підшипниках і може вільно коливатися разом з поршнями в корпусі. Поршні поміщені в циліндри двигуна внутрішнього згоряння. Продування циліндрів здійснюється через продувні вікна, під дією невеликого надлишкового тиску, створюваного в предпускній камері. При зворотно-поступальному русі шатуна, а разом з ним і поршнів компресора, повітря під тиском подається в ресивер компресора.

Мал. 5. Лінійний компресор.

Робочий цикл у двигуні здійснюється за два такти.

1. Такт стиску. Поршень переміщається від нижньої мертвої точки поршня до верхньої мертвої точки поршня, перекриваючи спочатку продувні вікна. Після закриття поршнем продувних вікон, відбувається вприскування палива і в циліндрі починається стиск горючої суміші. У предпускній камері під поршнем створюється розрядження, під дією якого через що відкривається клапан надходить повітря в предпускній камеру.

2. Такт робочого ходу. При положенні поршня близько верхньої мертвої точки, стисла робоча суміш запалюється електричною іскрою від свічки, в результаті чого температура і тиск газів різко зростають. Під дією теплового розширення газів поршень переміщується до нижньої мертвої точки, при цьому розширюються гази здійснюють корисну роботу. Одночасно, поршень створює високий тиск в предпускній камері. Під дією тиску клапан закривається, не даючи, таким чином, повітрю потрапити у впускний колектор.

Система вентиляції

При робочому ході в циліндрі, рис. 6 робочий хід, поршень під дією тиску в камері згоряння, рухається у напрямку стрілки. Під дією надлишкового тиску в предпускній камері, клапан закритий, і тут відбувається стиснення повітря для вентиляції циліндра. При досягненні поршнем (компресійними кільцями) продувних вікон, рис. 6 вентиляція, тиск в камері згоряння різко падає, і далі поршень з шатуном рухається за інерцією, тобто маса рухомої частини генератора грає роль маховика в звичайному двигуні. При цьому повністю відкриваються продувні вікна і стислий в предвпускной камері повітря, під дією різниці тисків (тиск в предпускній камері і атмосферний тиск), продуває циліндр. Далі, при робочому циклі в протилежному циліндрі, здійснюється цикл стиснення.

При русі поршня в режимі стиснення стиснення, рис. 6 стиск, поршнем закриваються продувні вікна, здійснюється уприскування рідкого палива, в цей момент повітря в камері згоряння знаходиться під невеликим надлишковим тиском початку циклу стиснення. При подальшому стисненні, як тільки тиск стисливої горючої суміші стане рівним опорного (заданому для даного виду палива), на електроди свічки запалювання буде подано електричну напругу, відбудеться запалювання суміші, почнеться робочий цикл і процес повториться. При цьому двигун внутрішнього згоряння є тільки два співвісних і протилежно розміщених циліндра і поршня, пов`язаних між собою механічно.

Мал. 6. Система вентиляції лінійного двигуна.

Паливний насос

Привід паливного насоса лінійного електрогенератора, являє собою кулачкову поверхню, затиснуту між роликом поршня насоса і роликом корпусу насоса, рис. 7. Кулачкова поверхню здійснює зворотно поступальний рух разом з шатуном двигуна внутрішнього згоряння, і розсовує ролики поршня і насоса при кожному такті, при цьому поршень насоса рухається щодо циліндра насоса і відбувається виштовхування порції палива до форсунки уприскування палива, на початку циклу стиснення. При необхідності змінити кількість виштовхує за один такт палива, здійснюється поворот кулачковою поверхні щодо поздовжньої осі. При повороті кулачковою поверхні щодо поздовжньої осі, ролики поршня насоса і ролики корпусу насоса, будуть розсуватися або зрушуватися (в залежності від напрямку обертання) на різну відстань, зміниться хід поршня паливного насоса і зміниться порція виштовхує палива. Поворот поступально рухається кулачка навколо своєї осі, здійснюється за допомогою нерухомого вала, який заходить в зачеплення з кулачком за допомогою лінійного підшипника. Таким чином, кулачок рухається зворотно-поступально, а вал залишається нерухомим. При повороті вала навколо своєї осі, здійснюється поворот кулачковою поверхні навколо своєї осі і хід паливного насоса змінюється. Вал зміни порції впорскування палива, приводиться в рух кроковим двигуном або вручну.

Мал. 7. Паливний насос лінійного електрогенератора.

Привід паливного насоса лінійного компресора, являє собою також кулачкову поверхню, затиснуту між площиною поршня насоса і площиною корпусу насоса, рис. 8. Кулачкова поверхню здійснює зворотно-обертальний рух разом з валом шестерні синхронізації двигуна внутрішнього згоряння, і розсовує площині поршня і насоса при кожному такті, при цьому поршень насоса рухається щодо циліндра насоса і відбувається виштовхування порції палива до форсунки уприскування палива, на початку циклу стиснення . При роботі лінійного компресора немає необхідності міняти кількість виштовхує палива. Робота лінійного компресора мається на увазі тільки в парі з ресивером - накопичувачем енергії, який може згладжувати піки максимального навантаження. Тому доцільно виводити двигун лінійного компресора тільки на два режими: режим оптимального навантаження і режим холостого ходу. Перемикання між цими двома режимами здійснюється за допомогою електромагнітних клапанів, системою управління.

Мал. 8. Паливний насос лінійного компресора.

система пуску

Система пуску лінійного двигуна здійснюється, як і у звичайного двигуна, за допомогою електроприводу і накопичувача енергії. Пуск звичайного двигуна відбувається за допомогою стартера (електроприводу) і маховика (накопичувача енергії). Пуск лінійного двигуна здійснюється за допомогою лінійного електрокомпрессора і пускового ресивера, рис. 9.

Мал. 9. Система пуску.

При пуску, поршень пускового компресора, при подачі живлення, поступально рухається за рахунок електромагнітного поля обмотки, а потім пружиною повертається в початковий стан. Після накачування ресивера до 8…12 атмосфер, харчування знімається з клем пускового компресора і двигун готовий до запуску. Пуск відбувається шляхом подачі стисненого повітря в предвпускние камери лінійного двигуна. Подача повітря здійснюється за допомогою електромагнітних клапанів, роботою яких керує система управління.

Так як система управління не має інформації, в якому становищі перебувають шатуни двигуна, перед пуском, то подачею високого тиску повітря в предпускній камери, наприклад, крайніх циліндрів, поршні гарантовано пересуваються в початковий стан перед запуском двигуна.

Потім проводиться подача високого тиску повітря в предпускній камери середніх циліндрів, таким чином, проводиться вентиляція циліндрів перед запуском.

Після цього проводиться подача високого тиску повітря знову в предпускній камери крайніх циліндрів, для запуску двигуна. Як тільки почнеться робочий цикл (датчик тиску покаже високий тиск в камері згоряння, відповідне робочого циклу), система управління, за допомогою електромагнітних клапанів припинить подачу повітря від пускового ресивера.

система синхронізації

Синхронізація роботи шатунів лінійного двигуна здійснюється за допомогою синхронизирующей шестерні і пари зубчастих рейок, рис. 10, прикріплених до рухомої частини муздрамтеатру генератора або поршнів компресора. зубчаста шестерня одночасно є приводом масляного насоса, за допомогою якого здійснюється примусове змащування вузлів тертьових деталей лінійного двигуна.

Мал. 10. Синхронізація роботи шатунів електрогенератора.

Зменшення маси муздрамтеатру і схеми включення обмоток електрогенератора.

Генератор лінійного бензогенератора є синхронну електричну машину. У звичайному генераторі ротор здійснює обертальний рух, і маса рухомої частини муздрамтеатру не є критичною. У лінійному генераторі рухома частина муздрамтеатру здійснює зворотно-поступальний рух разом з шатуном двигуна внутрішнього згоряння, і висока маса рухомої частини муздрамтеатру робить роботу генератора неможливою. Необхідно знайти спосіб зменшення маси рухомої частини муздрамтеатру генератора.

Мал. 11. Генератор.

Для зменшення маси рухомої частини муздрамтеатру, необхідно зменшити його геометричні розміри, відповідно зменшиться обсяг і маса, рис 11. Але тоді магнітний потік перетинає тільки обмотку в одній парі вікон замість п`яти, це рівнозначно, що магнітний потік перетинає провідник в п`ять разів коротше, відповідно , і вихідна напруга (потужність) зменшитися в 5 разів.

Для компенсації зменшення напруги генератора необхідно додати кількість витків в одному вікні, таким чином, щоб довжина провідника силовий обмотки стала такою ж, як і в початковому варіанті генератора, рис 11.

Але щоб більша кількість витків лягло в вікні з незмінними геометричними розмірами, необхідно зменшити поперечний переріз провідника.

При незмінному навантаженні і вихідній напрузі, теплове навантаження, для такого провідника, в цьому випадку збільшиться, і побільшає оптимальної (струм залишився таким же, а поперечний переріз провідника зменшилася майже в 5 разів). Це було б в тому випадку, якщо обмотки вікон з`єднані послідовно, тобто коли струм навантаження протікає через все обмотки одночасно, як в звичайному генераторі. Але якщо до навантаження поперемінно підключати тільки обмотку пари вікон, яку в даний момент перетинає магнітний потік, то ця обмотка за такий короткий проміжок часу, не встигне перегрітися, тому що теплові процеси інерційні. Тобто необхідно поперемінно підключати до навантаження тільки ту частину обмотки генератора (пару полюсів), яку перетинає магнітний потік, решту часу вона повинна остигати. Таким чином, навантаження весь час включена послідовно тільки з декількома обмотками генератора.

При цьому чинне значення струму, що протікає через обмотку генератора, не перевищить оптимальної величини, з точки зору нагрівання провідника. Таким чином, можна значно, більш ніж в 10 разів, знизити масу не тільки рухомої частини муздрамтеатру генератора, а й масу нерухомої частини муздрамтеатру.

Комутація обмоток здійснюється за допомогою електронних ключів.

Як ключі, для поперемінного підключення обмоток генератора до навантаження, використовуються напівпровідникові прилади - тиристори (сімістори).

Лінійний генератор, це розгорнутий звичайний генератор, рис. 11.

Наприклад, при частоті відповідної 3000 цикл / хв і час шатуна 6 см, кожна обмотка буде нагріватися протягом 0.00083 сек, струмом в 12 разів перевищує номінальний, решту часу - майже 0,01 сек, ця обмотка буде охолоджуватися. При зменшенні робочої частоти, час нагрівання буде збільшуватися, але, відповідно, буде зменшуватись струм, який тече через обмотку і через навантаження.

Симистор - це вимикач (може замикати або розмикати електричний ланцюг). Замикання і розмикання відбувається автоматично. При роботі, як тільки магнітний потік почне перетинати витки обмотки, то на кінцях обмотки з`являється індуковане електричне напруга, це призводить до замикання електричного кола (відкриванню симистора). Потім, коли магнітний потік перетинає витки наступної обмотки, то падіння напруги на електродах симистора призводить до розмикання електричного кола. Таким чином, в кожен момент часу, навантаження весь час включена, послідовно, тільки з однією обмоткою генератора.

На рис. 12 показаний складальний креслення генератора без обмотки збудження.

Більшість деталей лінійних двигунів, утворені поверхнею обертання, тобто мають циліндричні форми. Це дає можливість виготовляти їх за допомогою найдешевших і піддаються автоматизації токарних операцій.

Мал. 12. Складальний креслення генератора.

Математична модель лінійного двигуна

Математична модель лінійного генератора будується на основі закону збереження енергії і законів Ньютона: в кожен момент часу, при t0 і t1, має забезпечуватися рівність сил діючих на поршень. Через малий проміжок часу, під дією результуючої сили, поршень переміститься на деяку відстань. На цьому короткому ділянці приймаємо, що поршень рухався равноускорено. Значення всіх сил зміняться відповідно до законів фізики і обчислюються за відомими формулами

[Довідник з фізики: Кухлінг Х. Пер. з нім. 2-е изд. - М .: Світ, 1985. - 520 с., Іл.]. Всі дані автоматично заносяться в таблицю, наприклад в програмі Excel. Після цього t0 присвоюються значення t1 і цикл повторюється. Тобто ми виробляємо операцію логарифмування.

Математична модель являє собою таблицю, наприклад, в програмі Excel, і складальне креслення (ескіз) генератора. На ескізі проставлені НЕ лінійні розміри, а координати осередків таблиці в Excel. У таблицю вносяться відповідні передбачувані лінійні розміри, і програма обчислює і будує графік руху поршня, в віртуальному генераторі. Тобто, підставивши розміри: діаметр поршня, обсяг предвпускной камери, хід поршнів до продувних вікон і т. Д., Ми отримаємо графіки залежності пройденої відстані, швидкості і прискорення руху поршня від часу. Це дає можливість віртуально прорахувати сотні варіантів, і вибрати найоптимальніший.

Форма обмотувальних проводів генератора.

Шар проводів одного вікна лінійного генератора, на відміну від звичайного генератора, лежить в одній закрученої по спіралі площині, тому обмотку простіше намотувати проводити не круглого перетину, а прямокутного, тобто обмотка являє собою закручену по спіралі мідну пластину. Це дає можливість підвищити коефіцієнт заповнення вікна, а також значно збільшити механічну міцність обмоток. Слід враховувати, що швидкість шатуна, а значить і рухомої частини муздрамтеатру, не однакова. Це означає, що лінії магнітної індукції перетинають обмотку різних вікон з різними швидкостями. Для повного використання обмотувальних проводів, кількість витків кожного вікна, має відповідати швидкості магнітного потоку біля цього вікна (швидкості шатуна). Кількість витків обмоток кожного вікна вибирається з урахуванням залежності швидкості шатуна від відстані, пройденого шатуном.

Також для більш рівномірного напруги генерованого струму, можна намотувати обмотку кожного вікна мідною пластиною різної товщини. На ділянці, де швидкість шатуна не велика, намотування здійснюється пластиною меншої товщини. У вікно поміститься більшу кількість витків обмотки і, при меншій швидкості шатуна на цій ділянці, генератор буде видавати напруга сумірна з напругою струму на більш «швидкісних» ділянках, хоча генерований струм буде значно нижче.

Застосування лінійного електрогенератора.

Основне застосування описаного генератора - джерело безперебійного живлення на підприємствах невеликої потужності, що дозволяє підключеному устаткуванню тривалий час працювати при пропажі напруги, або при виході його параметрів за допустимі норми.

Електрогенератори можуть застосовуватися для забезпечення електричною енергією промислового та побутового електрообладнання, в місцях відсутності електричних мереж, а також в якості силового агрегату для транспортного засобу (гібридний автомобіль), в як мобільний генератора електричної енергії.

Наприклад, генератор електричної енергії у вигляді дипломата (валізи, сумки). Користувач бере з собою в місця, де немає електричних мереж (будівництво, похід, заміський будинок, і т. Д.) При необхідності, натиснувши на кнопку «пуск», генератор запускається і живить електричною енергією підключені до нього електричні прилади: електроінструмент, побутові прилади. Це звичайний джерело електричної енергії, тільки набагато дешевше і легше аналогів.

Застосування лінійних двигунів дає можливість створити недорогий, простий в експлуатації і управлінні, легкий автомобіль.

Транспортний засіб з лінійним електрогенератором

Відео: Linear Compressor LG FC95NAMA

Транспортний засіб з лінійним електрогенератором є двомісний легкий (250 кг) автомобіль, рис. 13.

Мал. 13. Автомобіль з лінійним бензогенераторов.

При управлінні не потрібно перемикати швидкості (дві педалі). За рахунок того, що генератор може розвивати максимальну потужність, навіть, при «рушанні» з місця (на відміну від звичайного автомобіля), то розгінні характеристики, навіть при невеликих потужностях тягового двигуна, мають кращі показники ніж аналогічні характеристики звичайних автомобілів. Ефект посилення керма і системи ABS досягається програмно, так як все необхідне «залізо» вже є (привід на кожне колесо дозволяє управляти обертовим або гальмівним моментом колеса, наприклад, при повороті керма перерозподіляється крутний момент між правим і лівим рульовим колесом, і колеса повертаються самі , водій тільки дозволяє їм повертатися, тобто управління без зусиль). Блокова компоновка дозволяє компонувати автомобіль за бажанням споживача (можна без праці за кілька хвилин замінити генератор могутніший).

Це звичайний автомобіль тільки набагато дешевше і легше аналогів.

Особливості - простота управління, дешевизна, швидкий набір швидкості, потужність до 12 кВт, привод на всі колеса (автомобіль підвищеної прохідності).

Транспортний засіб із запропонованим генератором, через специфічної форми генератора, має дуже низький центр тяжіння, тому матиме високу стійкість при русі.

Також такий транспортний засіб буде мати дуже високі розгінні характеристики. У запропонованому транспортному засобі може використовуватися максимальна потужність силового агрегату при всьому діапазоні швидкостей.

Розподілена маса силового агрегату не навантажує кузов автомобіля, тому його можна зробити дешевим, легким і простим.

Тяговий двигун транспортного засобу, в якому в якості силового агрегату використовується лінійний електрогенератор, повинен задовольняти таким умовам:

- силові обмотки двигуна повинні безпосередньо, без перетворювача, підключатися до клем генератора (для збільшення коефіцієнта корисної дії електричної трансмісії і зменшення ціни перетворювача струму);

- швидкість обертання вихідного вала електродвигуна повинна регулюватися в широкому діапазоні, і не повинна залежати від частоти роботи електрогенератора;

- двигун повинен мати високу напрацювання на відмову, тобто бути надійним в роботі (не мати колектора);

- двигун повинен бути недорогим (простим);

- двигун повинен мати високий крутний момент при низькій частоті обертання вихідного вала;

- двигун повинен мати невелику масу.

Схема включення обмоток такого двигуна показана на рис. 14. Шляхом зміни полярності обмотки ротора отримуємо крутний момент ротора.

Також шляхом зміни величини і полярності обмотки ротора вводиться ковзання обертання ротора щодо магнітного поля статора. Управлінням струму живлення обмотки ротора, відбувається управління ковзанням, в діапазоні від 0…100%. Потужність харчування обмотки ротора становить, приблизно, 5% від потужності двигуна, тому перетворювач струму треба робити не для всього струму тягових двигунів, а тільки для їх струму збудження. Потужність перетворювача струму, наприклад, для бортового електрогенератора 12 кВт, становить всього 600 Вт, причому ця потужність розділена на чотири канали (для кожного тягового двигуна колеса свій канал), тобто потужність кожного каналу перетворювача складає 150 Вт. Тому невисокий коефіцієнт корисної дії перетворювача не зробить істотного впливу на ККД системи. Перетворювач може бути побудований за допомогою малопотужних, дешевих напівпровідникових елементів.

Струм з висновків електрогенератора без всяких перетворень подається на силові обмотки тягових електродвигунів. Перетворюється тільки струм збудження, таким чином, щоб він завжди знаходився в протифазі з струмом силових обмоток. Так як струм збудження становить всього 5…6% від всього струму, споживаного тяговим електродвигуном, то перетворювач необхідний на потужність 5…6% від всієї потужності генератора, що значно знизить ціну і вагу перетворювача і підвищить коефіцієнт корисної дії системи. У цьому випадку, перетворювача струму збудження тягових двигунів необхідно «знати», в якому становищі знаходиться вал двигуна, щоб в кожен момент часу на обмотки збудження подавати струм для створення максимального крутного моменту. Датчиком положення вихідного вала тягового двигуна є абсолютний енкодер.

Мал. 14. Схема включення обмоток тягового двигуна.

Застосування лінійного електрогенератора, в якості силового агрегату транспортного засобу дозволяє створити автомобіль блокової компоновки. При необхідності, можна за кілька хвилин поміняти великі вузли і агрегати, рис. 15, а також застосувати кузов з найкращим обтіканням, так як у малопотужного автомобіля немає резерву потужності для подолання опору повітря через недосконалість аеродинамічних форм (через високий коефіцієнта опору).

Мал. 15. Можливість блокової компоновки.

Транспортний засіб з лінійним компресором

Транспортний засіб з лінійним компресором являє собою двомісний легкий (200 кг) автомобіль, рис. 16. Це більш простий і дешевий аналог автомобіля з лінійним генератором, але з більш низьким ККД трансмісії.

Мал. 16. Пневмопривод автомобіля. Лінійний двигун.

Мал. 17. Управління приводами коліс.

Як датчик швидкості обертання колеса використовується інкрементальний енкодер. Інкрементальний енкодер мають імпульсний вихід, при повороті на певний кут на виході генерується імпульс напруги. Електронна схема датчика, «підраховує» кількість імпульсів за одиницю часу, і записує цей код в вихідний регістр. При «подачі» системою управління коду (адреси) даного датчика, електронна схема енкодера, в послідовному вигляді видає код з вихідного регістра, на інформаційний провідник. Система управління зчитує код датчика (інформацію про швидкість обертання колеса) і за заданим алгоритмом виробляє код для управління кроковим двигуном виконавчого механізму.

висновок

Вартість транспортного засобу, для більшості людей, становить 20…50 місячних заробітків. Люди не можуть собі дозволити придбати новий автомобіль за 8…12 тис $, а на ринку немає автомобіля в ціновому діапазоні 1…2 тис $. Використання лінійного електрогенератора або компресора, в якості силового агрегату автомобіля, дозволяє створити просте в експлуатації, і недороге транспортний засіб.

Відео: Конструкція циліндричного лінійного двигуна

Сучасні технології виробництва друкованих плат, і асортимент продукції, що випускається електронної продукції, дозволяє зробити майже всі електричні з`єднання за допомогою двох проводів - силового і інформаційного. Тобто не виробляти монтаж з`єднання кожного окремого електричного приладу: датчиків, виконавчих і сигнальних пристроїв, а під`єднати кожен прилад до загального силового, і загального інформаційного проводу. Система управління, по черзі, виводить коди (адреси) приладів, в послідовному коді, на інформаційний провід, після чого очікує інформацію про стан приладу, теж в послідовному коді, і по цій же лінії. На підставі цих сигналів система управління формує коди управління для виконавчих і сигнальних пристроїв і передає їх, для перекладу виконавчих або сигнальних пристроїв в новий стан (при необхідності). Таким чином, при монтажі або ремонті кожен пристрій необхідно з`єднати з двома проводами (ці два дроти є загальними для всіх бортових електроприладів) і електричної масою.

Для зниження собівартості, а відповідно і ціни продукції для споживача,

необхідно спростити монтаж і підключення до електричної бортових приладів. Наприклад, при традиційному монтажі, для включення заднього габаритного вогню, необхідно замкнути, за допомогою вимикача, електричний ланцюг харчування освітлювального приладу. Ланцюг складається з: джерела електричної енергії, з`єднувального проводу, порівняно потужного вимикача, електричного навантаження. Кожен елемент ланцюга, крім джерела живлення, вимагає індивідуального монтажу, недорогий механічний вимикач, має низьку кількість циклів «включення-виключення». При великій кількості бортових електроприладів, ціна монтажу і сполучних проводів зростає пропорційно кількості пристроїв, підвищується ймовірність помилки через людський фактор. При великосерійному виробництві простіше управління приладами і зчитування інформації з датчиків зробити по одній лінії, а не за індивідуальною, для кожного приладу. Наприклад, для включення заднього габаритного вогню, в цьому випадку, необхідно доторкнутися до сенсорного датчика дотику, схема управління сформує код управління для включення заднього габаритного вогню. На інформаційний провід буде виведений адресу пристрою включення заднього габаритного вогню і сигнал на включення, після чого замкнеться внутрішній ланцюг харчування заднього габаритного вогню. Тобто електричні ланцюги формуються комплексно: автоматично при виробництві друкованих п