Электрогидравлический двигатель - RU172258U1

Чертежи

Описание

Полезная модель относится к гидравлическим двигателям и распределительным механизмам для них, приводимым в действие рабочей жидкостью двигателя.

Бурное развитие беспилотных аппаратов, как наземных, так и летательных, требует создания надежных, долговременных, и в то же время компактных и легких источников энергии для них. Однако, на сегодня в качестве источников энергии на беспилотных аппаратах используются аккумуляторы, заряда которых хватает на весьма малое время, и при этом они имеют большой вес. Поэтому актуален поиск других видов источников энергии для беспилотных аппаратов. В качестве источника энергии для беспилотных аппаратов целесообразно рассматривать устройства, в которых воплощается электрогидравлический эффект (электрогидроудар), открытый Л.А. Юткиным. http://firewolf.org/wp-content/uploads/2013/09/Jelektrogidravlicheskij_jeffekt_i_ego_primenenie_v_promyshlennosti.pdf

На текущий момент существуют аналоги таких устройств, однако всем им присуща низкая надежность. В основном для преобразования энергии электрогидравлического удара в механическую или электрическую энергию в аналогах электрогидравлических двигателей используется ротор. Однако это решение является бесперспективным, так как условия использования роторов в гидравлике входят в противоречие с основными свойствами электрогидравлического эффекта. Использование большинства видов турбин в гидравлике предполагает ламинарный (спокойный) режим течения жидкости. В то же время суть электрогидравлического эффекта заключается в создании ударной волны в жидкости при подаче электрического разряда. А ударная волна по определению означает не ламинарный, а турбулентный, вихревой режим течения жидкости. Такой режим крайне негативно сказывается на роторах турбин, так как он приводит к образованию вихрей в жидкости при ее встрече с ними, что вызывает перекосы и заклинивания роторов. Кроме того, установка ротора в жидкостной среде требует наличия уплотнителей, к которым должна поступать смазка, что усложняет устройство такого двигателя и противоречит требованию его компактности.

Ближайшим аналогом полезной модели принят электрогидравлический двигатель, патент на изобретение СССР №1700278, F03C 2/00, 1989. Электрогидравлический двигатель содержит частично заполненный жидкостью корпус (корпус, выполненный с возможностью заполнения рабочей жидкостью), закрепленные в его полости электроды (пары), подключенные к генератору импульсов, эластичную перфорированную диафрагму, закрепленную в корпусе с образованием наджидкостной полости, цилиндрическую камеру с перепускным патрубком, установленные на корпусе снаружи, установленный в цилиндрической камере концентрично на валу лопастной ротор; в корпусе выполнены два отверстия, одно из которых расположено в его нижней части и сообщено с цилиндрической камерой, а другое расположено в зоне наджидкостной полости и сообщено с цилиндрической камерой посредством перепускного патрубка, нижнее отверстие и вход патрубка размещены соосно и смещены относительно вала ротора; корпус выполнен в виде параболоида; на корпусе равномерно по окружности установлены, по меньшей мере, две цилиндрические камеры, цилиндрическая камера установлена на днище корпуса.

Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности работы двигателя за счет снижения гидравлических потерь и исключения прерывистости рабочего цикла.

Недостатком, препятствующим достижению технического результата при использовании ближайшего аналога, являются значительные потери, обусловленные образованием вихрей рабочей жидкости вокруг ротора, а также прерывистость рабочего цикла.

Признаками ближайшего аналога, совпадающими с существенными признаками полезной модели, являются наличие в электрогидравлическом двигателе корпуса, выполненного с возможностью заполнения его рабочей жидкостью, закрепленных в полости корпуса пары электродов, подключенных к генератору импульсов, эластичной диафрагмы, закрепленной в корпусе с образованием наджидкостной полости.

Технической задачей полезной модели является расширение арсенала конструкций электрогидравлических двигателей.

Поставленная техническая задача решена тем, что в электрогидравлическом двигателе, содержащем корпус, выполненный с возможностью заполнения его рабочей жидкостью, закрепленные в полости корпуса пары электродов, подключенные к генератору импульсов, эластичную диафрагму, закрепленную в корпусе с образованием наджидкостной полости, согласно полезной модели, дополнительно содержит нечетное количество корпусов, по меньшей мере, один, выполненных в виде тела вращения со сферическим дном, с возможностью их заполнения рабочей жидкостью на 40-60%, с эластичными диафрагмами, выполненными сплошными, с парами электродов и генератором импульсов каждый; дополнительно содержит линейные электрогенераторы, помещенные в наджидкостной полости каждого корпуса, каждый линейный электрогенератор содержит неподвижный соленоид, постоянный магнит, выполненный с возможностью перемещения в соленоиде, шток, прикрепленный одним концом к центру эластичной диафрагмы, а другом концом - к постоянному магниту, выполненный с возможностью перемещения и снабженный, по меньшей мере, двумя подшипниками качения, фиксирующими шток от поперечных смещений; генератор импульсов выполнен в виде катушки Румкорфа; в дне выполнено отверстие, электрогидравлический двигатель дополнительно содержит пьезоэлектрические преобразователи, заведенные в отверстия, обкладками наружу с возможностью обеспечения герметичности корпуса; пьезоэлектрические преобразователи, установленные на одном корпусе, электрически соединены с первичной обмоткой катушки Румкорфа соседнего корпуса; линейные электрогенераторы соединены в общую электрическую цепь, представляющую собой резонансный колебательный контур и снабженную конденсаторами.

Между совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатом полезной модели существует следующая причинно-следственная связь. Использование всех существенных признаков позволит получить ожидаемый технический результат.

Технический результат полезной модели достигается за счет исключения ротора и использования линейного электрогенератора, содержащего неподвижный соленоид, постоянный магнит, выполненный с возможностью перемещения в соленоиде, связанный через шток с центром эластичной диафрагмы. Это позволяет преобразовывать энергию ударной волны рабочей жидкости в электрическую энергию и исключить потери на гидравлическое сопротивление, вызванные образованием вихрей в рабочей жидкости при ее встрече с роторами.

Во избежание разрушения диафрагмы и вызванного этим проникновения рабочей жидкости в линейный электрогенератор, предусмотрено заполнение корпуса рабочей жидкостью на 40-60%.

Выполнение эластичной диафрагмы без перфорации позволяет исключить проникновение рабочей жидкости в линейный электрогенератор и повысить жесткость эластичной диафрагмы, что необходимо ввиду прикрепления к ее центру одним концом штока, к другому концу которого прикреплен постоянный магнит.

Размещение в сферическом дне корпуса пьезоэлектрических преобразователей и их электрическое соединение с первичными обмотками катушек Румкорфа позволяет более полно использовать механическую энергию ударной волны в жидкости, образующейся в результате электрогидравлического эффекта. Сферическая форма дна позволяет снизить гидравлическое сопротивление в корпусе во время электрогидравлического удара за счет отсутствия углов.

Электрическое соединение пьезоэлектрических преобразователей из одного корпуса с первичными обмотками катушек Румкорфа из соседнего корпуса позволяет учесть необходимость возвращения рабочей жидкости в исходное состояние после прохождения в ней ударной волны, инициированной электрическим разрядом. При смещении фаз рабочего цикла одного корпуса относительно соседнего корпуса такое соединение позволяет использовать ток, полученный в пьезоэлектрических преобразователях одного корпуса, для накопления электрической энергии и последующей коммутации электрического разряда в соседнем корпусе, в котором жидкость уже находится в исходном состоянии ввиду смещения фаз рабочего цикла.

Использование в полезной модели четного (не менее двух) количества корпусов с парами электродов, эластичными мембранами, линейными электрогенераторами, катушками Румкорфа обеспечивает достижение технического результата за счет как смещения фаз рабочего цикла в одном корпусе относительно соседнего, так и за счет настройки в резонанс линейных электрогенераторов в цепи резонансного колебательного контура.

Для обеспечения стартового запуска конденсаторы резонансного колебательного контура соединены коммутируемой электрической цепью с первичными обмотками катушек Румкорфа.

Полезная модель проиллюстрирована графическим материалом, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема электрогидравлического двигателя (вид сбоку), на фиг. 2 приведена его электрическая схема.

Электрогидравлический двигатель содержит корпуса 1 и 2, выполненные с возможностью заполнения их рабочей жидкостью, закрепленные в корпусах 1 и 2 электроды 3 и 4 и эластичные диафрагмы 5 и 6, прикрепленные сверху к корпусам 1 и 2 линейные электрогенераторы 7 и 8, состоящие из неподвижных соленоидов 9 и 10 и постоянных магнитов 11 и 12, выполненных с возможностью перемещения и соединенных штоками 13 и 14 с центрами эластичных диафрагм 5 и 6, при этом штоки 13 и 14 проходят через подшипники качения 15 и 16. Электрогидравлический двигатель включает катушки Румкорфа 17 и 18, электрически соединенные вторичными обмотками (на фиг. не показаны) с электродами 3 и 4, а первичными обмотками (на фиг. не показаны) - с пьезоэлектрическими преобразователями 19 и 20, заведенными в герметизируемые уплотнениями (на фиг. не показаны) отверстия (на фиг. не обозначены) полусферических днищ 21 корпусов 1, 2 и в отверстия (на фиг. не обозначены) в колпаках 22, обкладками (на фиг. не обозначены) наружу; неподвижные соленоиды 9 и 10 линейных электрогенераторов 7 и 8 электрически соединены в резонансный колебательный контур 23, включающий также конденсаторы 24 (см. фиг. 2); корпуса 1 и 2 снабжены системами подпитки рабочей жидкостью 25 и 26, включающими связанные с диафрагмами 5 и 6 стержни, клапаны и патрубки (на фиг. не обозначены).

Устройство работает следующим образом.

Конденсаторы 24 резонансного колебательного контура 23 коммутируются с первичной обмоткой (на фиг. не обозначена) одной из катушек Румкорфа, например, 17, и разряжаются на нее. По окончании разрядки конденсаторов 24 на первичную обмотку (на фиг. не обозначена) катушки Румкорфа 17 ток в ней исчезает и возникает во вторичной обмотке (на фиг. не обозначена) этой же катушки Румкорфа 17, и в электрически соединенных с нею электродах 3. В корпусе 1 возникает электрогидравлический удар, вследствие которого жидкость приходит в движение и передает возникшее давление на пьезоэлектрические преобразователи 19 и эластичную диафрагму 5. В пьезоэлектрических преобразователях 19 возникает электрический ток, который передается на первичную обмотку (на фиг. не обозначена) катушки Румкорфа 18. Вследствие всплеска жидкости, возникшего под воздействием электрогидравлического удара в корпусе 1, центр эластичной диафрагмы 5 поднимается вверх, приводя в движение шток 13 и постоянный магнит 11, а также стержень (на фиг. не обозначен) системы подпитки рабочей жидкостью 25. Это обуславливает возникновение тока в неподвижном соленоиде 9 линейного электрогенератора 7, а также подачу порции рабочей жидкости в корпус 1 из системы подпитки рабочей жидкостью 25. Жидкость в корпусе 1 возвращается в исходное состояние покоя. В то же время после прекращения прохождения тока в пьезоэлектрических преобразователях 19 и в первичной обмотке (на фиг. не обозначена) катушки Румкорфа 18, он возникает во вторичной ее обмотке (на фиг. не обозначена) и в электродах 4. В корпусе 2 возникает электрогидравлический удар, вследствие которого жидкость приходит в движение и передает возникшее давление на пьезоэлектрические преобразователи 20 и эластичную диафрагму 6. Вследствие всплеска жидкости, возникшего под воздействием электрогидравлического удара в корпусе 2, центр эластичной диафрагмы 6 поднимается вверх, приводя в движение шток 14 и постоянный магнит 12, а также стержень (на фиг не обозначен) системы подпитки рабочей жидкостью 26. Это обуславливает возникновение тока в неподвижном соленоиде 10 линейного электрогенератора 8, а также подачу порции рабочей жидкости в корпус 2 из системы подпитки рабочей жидкостью 26. Жидкость в корпусе 2 возвращается в исходное состояние покоя. В это же время после прекращения прохождения тока в пьезоэлектрических преобразователях 20 и в первичной обмотке (на фиг. не обозначена) катушки Румкорфа 17, он возникает во вторичной ее обмотке (на фиг. не обозначена) и в электродах 3. Весь описанный процесс повторяется заново.

Реферат

Полезная модель относится к гидравлическим двигателям и распределительным механизмам для них, приводимым в действие рабочей жидкостью двигателя. Электрогидравлический двигатель содержит корпус, выполненный с возможностью заполнения его рабочей жидкостью, закрепленные в полости корпуса пары электродов, подключенные к генератору импульсов, эластичную диафрагму, закрепленную в корпусе с образованием наджидкостной полости. В отличие от ближайшего аналога, дополнительно содержит нечетное количество корпусов, по меньшей мере, один, выполненных в виде тела вращения со сферическим дном, с возможностью их заполнения рабочей жидкостью на 40-60%, с эластичными диафрагмами, выполненными сплошными, с парами электродов и генератором импульсов каждый; дополнительно содержит линейные электрогенераторы, помещенные в наджидкостной полости каждого корпуса, каждый линейный электрогенератор содержит неподвижный соленоид, постоянный магнит, выполненный с возможностью перемещения в соленоиде, шток, прикрепленный одним концом к центру эластичной диафрагмы, а другом концом - к постоянному магниту, выполненный с возможностью перемещения и снабженный, по меньшей мере, двумя подшипниками качения, фиксирующими шток от поперечных смещений; генератор импульсов выполнен в виде катушки Румкорфа; в дне выполнено отверстие, электрогидравлический двигатель дополнительно содержит пьезоэлектрические преобразователи, заведенные в отверстия, обкладками наружу с возможностью обеспечения герметичности корпуса; пьезоэлектрические преобразователи, установленные на одном корпусе, электрически соединены с первичной обмоткой катушки Румкорфа соседнего корпуса; линейные электрогенераторы соединены в общую электрическую цепь, представляющую собой резонансный колебательный контур и снабженную конденсаторами.

Формула