Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http :// www . allbest . ru /
Линейные электродвигатели. Общий обзор
На сегодняшний день во многих узлах машин и механизмов возникает потребность в приводах поступательного движения. Реализация таких приводов доступна множеством возможных способов в зависимости от требований технического задания к разрабатываемой конструкции, а также параметрам самого привода. По способу преобразования энергии поступательные приводы можно разделить на 3 большие категории: электрические, пневматические и гидравлические. У каждого вида есть свои преимущества и недостатки, которые будут более подробно рассмотрены далее в этой статье. Общая черта распространённых на сегодняшний день «готовых решений» в области линейного позиционирования - это большое количество узлов и деталей, составляющих конструкцию привода, что в последствии сказывается на эффективности работы, простоте настройки и обслуживания, а также долговечности этого механизма. В связи с этим активно разрабатываются линейные машины непосредственного действия. В конструкции таких машин, как правило, отсутствуют редукторы и механические преобразователи вращательного движения в поступательное. Таким образом, движение приводящего и приводимого элемента осуществляются в одной и той же координате. Именно этим требованиям и отвечает получивший в последнее время широкое распространение такой класс электрических машин, как линейные электродвигатели. Цель данной работы - представить обзор данного класса двигателей в удобном для читателя виде, путём систематизирования информации из различных источников. Также, в статье будет рассмотрен принцип действия линейных электродвигателей, области их применения, их сравнение с иными приводами поступательного движения, и разновидности их конструкций.
Из истории создания линейных электродвигателей
Самое раннее упоминание об электрической машине, взаимодействие электромагнитных полей в которой заставляло один элемент продольно перемещаться относительно другого, связано с именем Чарльза Уитстоуна (Charles Wheatstone), английского учёного и изобретателя. Ещё в 1840-х годах им была описана модель подобного двигателя, правда конструкция его была примитивна и неэффективна . Описание же более приближённой к реальным условиям модели было задокументировано в 1905 году изобретателем Альфредем Зеденом (Alfred Zehden) . Первые функционирующие модели были произведены на 30 лет позже, лишь только в 1935-1940 годах.
С тех пор многое изменилось в конструкции линейных электродвигателей: вошли в применение новые материалы (в том числе постоянные магниты с содержанием редкоземельных металлов), были спроектированы различные модификации приводов для самых разнообразных отраслей применения, а номенклатура номинальных мощностей разрослась в диапазоне от 0.5 (мВт) до 1200 (кВт) .
Принцип действия линейного электродвигателя.
Линейный электродвигатель представляет из себя электрическую машину, активные поверхности взаимодействующих элементов магнитной системы которой разомкнуты. Первичный элемент, как правило, называют индуктором или же «forcer», в англоязычной литературе . Первичный элемент является прямым аналогом статора электродвигателя вращательного движения. В индукторе размещаются обмотки возбуждения, подключённые к сети переменного тока. В большинстве случаев индуктор является неподвижным. Хотя, впрочем, в специализированных технических областях встречаются конструкции обращённой линейной машины, например тяговый двигатель составов монорельсовой транспортной системы. К сложности создания двигателя с подвижным индуктором можно отнести необходимость в скользящем контакте для передачи энергии в обмотки двигателя.
Название вторичного элемента, как правило, используется без изменения, хотя в некоторой литературе встречается термин «якорь», в качестве обозначения подвижного элемента линейного двигателя. Вторичный элемент по аналогии можно сравнить с ротором. Технологическое исполнение вторичного элемента зависит от типа проектируемой электрической машины: это может быть металлический лист, покрытый слоем материала высокой электропроводности для случая асинхронной машины или же набор постоянных магнитов, уложенных в плоскости разными полюсами друг за другом в случае синхронной. Применение редкоземельных магнитов в конструкции вторичного элемента привело к значительному увеличению силовых показателей электродвигателей.
Рис. 1. Общая идея конструкции линейного электродвигателя
На рис. 1 изображено общее представление о конструкции линейного электродвигателя. Это есть ничто иное, как развёртка обоих элементов бесколлекторного вращательного двигателя. На данном конкретном примере - развёртка трёхфазной синхронной обращённой машины.
Рассмотрим взаимодействие магнитных полей в двигателе, приводящее к появлению продольной силы на примере двухфазной синхронной машины. На рис. 2 представлена эквивалентная схема, поясняющая принцип работы. Индуктор неподвижно закреплён на основании. Вторичный элемент может перемещаться вдоль прямой, параллельной основанию на опорах скольжения. Обмотки индуктора представлены в виде цилиндрических катушек, подключённых к сети переменного тока. В общем случае, для обеспечения непрерывности сообщаемого вторичному элементу усилия необходимо, чтобы разность фаз коммутации обмоток индуктора удовлетворяла уравнению:
где Т И - расстояние между геометрическими центрами соседних обмоток, м;
Т ВЭ - расстояние между геометрическими центрами двух ближайших одинаково ориентированных магнитов.
Таким образом, в воздушном зазоре будет формироваться бегущее магнитное поле.
Можно показать, что для машины, изображённой на рис. 2 разность фаз
Как известно, одноименные магнитные полюса отталкиваются, а разноимённые - притягиваются. Сложив вектора всех действующих сил в системе получим результирующий вектор силы F, направленный вдоль оси вторичного элемента.
Рис. 2. Эквивалентная схема
Принцип действия линейного коаксиального двигателя.
Существует довольно много конструкций и разновидностей линейных электродвигателей. Одной из них является модификация линейной машины из плоского форм-фактора в цилиндрический. Такая конструкция получила название «коаксиальной» (в дословном переводе - соосная). Также, в некоторой литературе встречаются названия «трубчатая», «цилиндрическая» , а в английском языке «tubular linear motor» . В данном случае оба элемента имеют форму вытянутых цилиндров, продольные оси которых совпадают. Причём вторичный элемент находится непосредственно внутри индуктора. Цилиндрический форм-фактор может являться более приветственным для некоторых технических задач ввиду его компактности. К примеру, если требуется заменить гидро или пневмоцилиндры в некотором устройстве электрическим приводом.
Существует принципиальная разница между ранее рассмотренной схемой линейного двигателя и его коаксиальной модификацией. Разница эта заключается в способе замыкания магнитного потока двигателя. В первом случае поток замыкается поперечно, относительно вектора действующей силы. В коаксиальном же варианте магнитный поток замыкается продольно. Рассмотрим подробно устройство обеих частей коаксиального двигателя.
Индуктор состоит из магнитопровода, который, как правило, набирается из отдельных стальных шайб. В пазы шайб укладываются дисковые катушки, являющиеся обмотками возбуждения . Контакты для подключения к сети выводятся наружу, за периметр шайбы. Схематический чертёж элемента магнитопровода представлен на рис. 3.
Вторичный элемент коаксиального двигателя может быть выполнен в трёх различных вариантах: стержень, в котором постоянные магниты цилиндрической формы уложены одноимёнными полюсами друг к другу; стержень или же полая труба из ферромагнитного материала. В конструкции корпуса индуктора должны быть предусмотрены подшипники скольжения в торцевых крышках, необходимые для опоры и центрирования вторичного элемента. Также разработчиком должны быть предусмотрены уплотнения подвижного соединения, если того требуют условия эксплуатации. Цилиндрическая форма вторичного элемента удобна для использования его в качестве поршня в различных устройствах, например, компрессорах или даже линейных дизель-генераторах.
Рис. 3. Элемент магнитопровода коаксиального двигателя
Рассмотрим принцип функционирования коаксиального двигателя. На рис. 4 изображена упрощённая схема трёхфазной синхронной машины. Зелёным цветом показаны силовые линии магнитного поля штока. Как видно из рисунка, в плоскости соединения одноимённых полюсов соседних магнитов линии магнитной индукции направленны вертикально вверх. Соответственно пересекать обмотку дисковой катушки они будут перпендикулярно. Значит, подавая в каждую из фаз двигателя требуемое напряжение можно заставить вторичный элемент перемещаться в продольном направлении (в случае, если индуктор неподвижно закреплён).
Рис. 4. Пояснительная схема .
Заметим, что каждая фаза двигателя воздействует на «соседний» относительно своей катушки магнит, т.к. на магнит, находящийся непосредственно в месте геометрического центра дисковой катушки не будет действовать продольная сила, а значит сдвинуть его без начального импульса не представляется возможным.
Трубчатый форм-фактор даёт существенные преимущества, т.к. продольное замыкание магнитного потока между обмотками индуктора и магнитным штоком обеспечивает математически идеальную ориентацию магнитного поля.
Области применения линейных двигателей
Автоматические ленты (конвейеры)
В классической схеме конвейера лента должна быть натянута между двумя валиками, которые будут передавать ей движение. Причём передаваемое усилие будет зависеть от натяжения ленты между валиками, что вносит довольно существенные ограничения в конструкцию, а также дополнительные требования к прочности материала самой ленты . Ещё стоит отметить, что при непреднамеренном попадании в пятно контакта валиков и ленты различных рассыпчатых или смазочных материалов сцепление поверхностей существенно снизится. В случае использования линейного электродвигателя сообщаемое усилие не будет зависеть от натяжения ленты и сцепления поверхностей, а валики потребуется использовать только лишь в качестве опор. В этом случае на ленте должна быть закреплена полоса из проводящего материала, которая будет играть роль вторичного элемента двигателя.
Станкостроение
Широкое распространение получили линейные серводвигатели в отечественном и зарубежном станкостроении. Напомним, что сервоприводом называется система, состоящая из электромеханического привода, задачей которой является отслеживание заданного положения. Именно поэтому сервоприводы так востребованы в станкостроении. Во многих современных обрабатывающих комплексах требуется обеспечить поступательное движение рабочего органа по трём осям в пространстве. Работа ведётся именно в декартовых координатах. В качестве примера можно привести такое новое направление в развитии станкостроении как 3D принтеры. Так чем же линейный двигатель лучше традиционных решений в этой области, таких как ременные, реечные передачи, или же передачи типа «винт-гайка»? Подробно этот вопрос будет рассмотрен в следующем разделе данной статьи, а пока что кратко перечислим основные преимущества:
· отсутствие промежуточных узлов между двигателем и рабочем органом;
· увеличенная долговечность привода;
· простота обслуживания;
· повышенная точность позиционирования;
· высокие показатели скорости и ускорения .
Немного поясним вопрос точности позиционирования. Абсолютная точность, разрешающая способность, а также повторяемость привода поступательного движения зависит от устройства обратной связи. На сегодняшний день в свободной продаже доступны множества различных датчиков линейного перемещения, скорости и ускорения, а также необходимые для их работы контроллеры. В связи с этим вопрос о точности позиционирования, в основном, упирается в бюджет, закладываемый на разработку и производство привода. Помимо этого, требуется высокая полоса пропускания системы управления линейным приводом, но, опять же, ввиду распространённости высококачественной цифровой электроники, данная проблема вполне решаема.
Упаковочные, раздаточные механизмы на производстве.
Все вышеперечисленные преимущества линейных сервоприводов могут быть полезны в случае использования его не только лишь в составе обрабатывающего комплекса, но также и в качестве основного приводного механизма иного специализированного оборудования на производстве. Рассмотрим, в качестве примера, в составе каких устройств предлагает немецкая компания «Dunkermotoren» использовать свои коаксиальные сервоприводы (Рис. 5) .
А) Розлив жидкости по бутылкам;
Б) Транспортировка с одного конвейера на другой;
В) Упаковка продукта в тару;
Г) Толкатели для карусельного буфера.
Делая выводы из вышеперечисленных примеров, можно заключить, что применение линейного двигателя на производстве ограничено лишь разнообразием оснастки, устанавливаемой на подвижный элемент.
Рис. 5. Линейныйе двигатели на производстве .
Перспективные виды путевого транспорта
К таким видам транспорта можно отнести маглев (поезд на магнитной подушке), а также монорельсовую транспортную систему. В августе 2001 года в Москве началось строительство первой и единственной в городе ветки монорельсовой транспортной системы. Поскольку подвижный состав такой системы эксплуатируется на подвесной путевой балке, перед разработчиками встал вопрос минимизации массы данного состава. Учитывая, что монорельс эксплуатируется на открытом воздухе, в холодное время года может возникать проблема обледенения опорной балки, а вес лёгкого подвижного состава может оказаться недостаточным для обеспечения надёжного зацепления микровыступов. Кроме того, следует заметить, что маршрут линии проходит через густонаселённую городскую застройку, значит на транспорт накладываются ограничения по уровню издаваемого шума. Анализ этих задач приводит к выводу, что недопустимо на данном виде транспорта использовать классические поворотные тележки со стальными колёсами. Опоры было решено выполнить в виде прорезиненных катков, а в качестве движителя разработчиками инженерно-научного центра «ТЭМП» был спроектирован тяговый линейный асинхронный двигатель . В случае поезда на магнитной подвесной системе дело обстоит, в некотором роде, более однозначно, поскольку в данном случае колёсный движитель исключается по определению. Остаётся несколько возможных вариантов: реактивный двигатель, или же бесконтактный движитель, основанный на силовом взаимодействии электромагнитных полей. Реактивный двигатель отбрасывается по причине большого потребления топлива, а также недопустимо высокого уровня шума. Таким образом, линейный электродвигатель закрепил за собой право называться традиционным решением в качестве элемента, обеспечивающего движение поездов на магнитной подушке. В качестве примера можно привести японскую систему JR-Maglev, экспериментальный состав которой в 2003 году установил абсолютный рекорд скорости для железнодорожного транспорта в 581 км/ч с пассажирами на борту . Конкретно в данной системе, на корпус состава устанавливаются сверхпроводящие постоянные магниты, а благодаря электромагнитам, помещаемым вдоль трассы генерируется бегущее магнитное поле. Иллюстрация принципа действия системы приведена на рис. 6.
Рис. 6. JR-Maglev
Тяжёлая строительная техника
В и авторами рассматривается возможность создания ударного электромолота на базе линейного двигателя. Подобное устройство планируется применять для дробления горных пород, а также при дорожных и строительных работах для забивания свай. Конструкция такого рода установки приведена на рис. 7, где 1 - индуктор линейного двигателя, 2 - стрела молота, 3 - лебёдка, 4 - ударная часть молота. При забивании сваи, ударная часть молота может опускаться как под действием собственной силы тяжести, так и под действием суммы силы тяжести и силы, получаемой от линейного электродвигателя. Стрела молота опускается вниз при помощи лебёдки, по мере заглубления сваи. К преимуществам электромолота перед стандартными решениями, такими как дизельный молот и гидромолот, можно отнести возможность быстрого реверса, а также широкий диапазон регулирования выходного усилия.
Лифты, элеваторы
В 2014 году немецким концерном «ThyssenKrupp» было объявлено о начале работ по проектированию безтросовой лифтовой системы, получившей имя «MULTI» . В рамках данной системы предполагается, что кабина будет оснащена двумя линейными электродвигателями - для вертикального и горизонтального перемещения соответственно. Данный подход может кардинально изменить представления о стандартной архитектуре высотных зданий. Также предполагается движение нескольких кабин внутри одной лифтовой шахты одновременно. Скорость движения кабины, по заявлениям разработчиков, будет составлять 5 (м/с), а линейный двигатель обеспечит его плавность. Идея о вышесказанном концепте звучит довольно авантюристично. Тем не менее, патент на схожую систему (вертикального перемещения) был зарегистрирован в 1993 году . Запатентованный безтросовый лифт имеет в составе своей конструкции один плоский линейный электродвигатель, индуктор которого неподвижно закреплён относительно лифтовой шахты, а вторичный элемент выполнен в виде полосы, закреплённой на кабине лифта. В неподвижном состоянии система не расходует энергию на удержание веса, вместо этого активизируется тормозной механизм. Помимо вышесказанного, известны патенты на стандартные тросовые лифты, в качестве тяговых приводов которых используются линейные двигатели плоского (1992 год) и коаксиального (1994 год) исполнения. В обоих перечисленных случаях вторичный элемент двигателя устанавливается непосредственно на противовесе.
Рис. 7. Линейный двигатель для сваезабивного молота .
Магнитогидродинамический (МГД) насос
МГД-насос - это устройство для перекачки электропроводящего вещества в жидком состоянии. Конструктивное исполнение такого устройства существенно отличается от рассмотренных выше схем линейных двигателей, тем не менее, принципиальная схожесть физических процессов, благодаря которым функционируют обе эти машины позволяют косвенным образом классифицировать МГД-насосы как отдельное подразделение линейных электродвигателей. Магнитогидродинамические насосы могут быть как постоянного, так и переменного тока. Кратко поясним принцип работы подобного устройства на примере МГД-насоса постоянного тока. На рис. 8 имеется: 1 - С-образный электромагнит, 2 - трубопровод с жидким металлом, 3 - электроды, приваренные к стенкам трубопровода. Через электроды подаётся постоянный ток, и, в области протекания этого тока формируется сила электромагнитного взаимодействия, проталкивающая металл далее по трубопроводу. Причём направление действия этой силы легко определить по известному правилу «левой руки». Преимуществами МГД-насосов являются: отсутствие вращающихся и трущихся деталей, возможность плавной регулировки расхода в широком диапазоне, простота эксплуатации и обслуживания, надёжность и безопасность в работе ввиду герметизации канала транспортируемой жидкости.
Рис. 8. МГД-насос постоянного тока .
Оружие
В следующих двух пунктах будут рассмотрены, так называемые, линейные двигатели больших ускорений. К данному классу двигателей не предъявляется таких стандартных требований как продолжительная работа в номинальном режиме, точность позиционирования, или же широкий диапазон регулировочных характеристик. Главный критерий качества таких машин - это то, какое максимальное ускорение они могут сообщить объекту управления. Несомненно, стрелковое оружие - одна из тех областей, где этот параметр играет немаловажную роль. Если представить линейный коаксиальный двигатель, вторичным элементом которого является кинетический снаряд, то мы получим ничто иное как электромагнитное орудие . Разница лишь в том, что снаряд, в отличие от типового вторичного элемента линейного асинхронного двигателя имеет меньшую длину, чем индуктор. Это накладывает определённые требования к управлению обмотками подобного ускорителя, а именно следующие - ток в дисковой катушке должен падать до нуля именно в тот момент, когда снаряд находится в её геометрическом центре. И в этот же момент должна включаться следующая по ходу движения снаряда катушка. Таким образом снаряд в стволе будет разгоняться непрерывно, а кроме того - центрироваться, благодаря известной форме силовых линий магнитного поля катушки. К преимуществам такого вида оружия можно отнести бесшумность и беспламенность.
Электромагнитное орудие не требует периодичной замены ствола так, как этого требует огнестрельное оружие. Отдача от выстрела меньше, чем у огнестрельного ввиду отсутствия дополнительного импульса, связанного с выходом пороховых газов. При условии герметизации электрических цепей стрельба может вестись практически в любой среде, так как для произведения выстрела не требуется наличие кислорода. Да и сам снаряд стоит дешевле. Но несмотря на все вышеперечисленные преимущества электромагнитное орудие данного типа так никогда и не было выпущено серийно. Основная причина этого - низкий КПД подобной машины, и, как следствие, высокое энергопотребление. Именно отсутствие компактного, но мощного источника электропитания и по сей день является «камнем преткновения» в вопросе применения электродвигателей любых типов на мобильных автономных устройствах. На сегодняшний день известно применение линейного двигателя в качестве разгонного устройства для снарядов только лишь в экспериментальных, любительских установках. Хотя не отрицается перспектива использования подобного оружия в условиях космического пространства.
Стартовые катапульты
Задачей такого устройства является обеспечение максимальной начальной скорости вылета летательного аппарата с направляющей установки. Подобные системы, как правило, используются на авианосцах, а также в качестве переносного устройства запуска БПЛА. Наличие стартовой катапульты для БПЛА снимает необходимость во взлётной полосе, что является существенным преимуществом в плане мобильности аппарата. Как правило, приводы таких катапульт либо пороховые, либо основаны на применение упругих элементов. Недостатком порохового заряда является высокий уровень шума, издаваемого при воспламенении. Сила, сообщаемая от упругого элемента разгоняемому БПЛА, линейно уменьшается по мере прохождения дистанции разгона. Линейный электродвигатель лишён подобных недостатков, хотя его использование требует соответствующего энергоснабжения. Когда подобная система используется в составе авианесущего судна с ядерной силовой установкой указанная проблема энергоснабжения перестаёт быть проблемой.
Начиная с 2010 года ВМФ США проводит успешные испытания электромагнитной катапульты «EMALS» (ElectroMagnetic Aircraft Launch System), установленной в составе авианосца «Gerald R. Ford» . В ходе испытаний, тестовая тележка массой 3,6 тонны была разогнана до скорости в 333 (км/ч). Учитывая длину разгонной полосы в 91 метр, нетрудно посчитать, что сообщаемое ускорение примерно равняется 4,7g. Преимущества электромагнитной катапульты перед традиционной паровой заключаются в её лучших масса-габаритных параметрах, большей надёжности и меньшем энергопотреблении.
Элемент подвески транспортного средства
В 2004 году компания Bose® представила прессе результат своей 24-летней исследовательской работы - систему электромагнитной подвески для автомобиля . Особенность данной системы заключается в том, что функции упругого элемента, демпфера, а также системы обеспечения поперечной жёсткости были возложены на один единственный элемент - линейный электродвигатель (рис. 7).
Рис. 7. Линейный электродвигатель системы Bose® .
Благодаря своему форм-фактору, привод удачно интегрируется в конструкцию автомобиля, заменяя собой стандартный телескопическтий амортизатор. Таким образом обеспечивается независимая подвеска каждого колеса, благодаря чему имеется возможность регулировать поворачиваемость транспортного средства. Отработка неровностей дорожного полотна реализуется благодаря управляющим сигналам, сформированным быстродействующем контроллером, но помимо этого имеется возможность устранить продольные «клвеки» автомобиля при разгоне и торможении, а также ограничить боковой крен. Динамическая подвеска не требует точной ручной настройки. Все её рабочие параметры программируются управляющим контроллером. К основным преимуществам электромагнитной подвески перед другими системами адаптивного шасси относятся быстродействие и возможность рекуперации энергии. К примеру, пружинно-гидравлическая система «ABC» (Active Body Control) седанов Mercedes S-класса работает под высоким гидравлическим давлением (около 150 бар), которое поддерживается гидронасосом, отбирающим от двигателя мощность, порядка 20-25 кВт . Заметный перерасход горючего - в конечном счете на обогрев атмосферы.
Электромагнитная подвеска требует примерно такой же мощности, но и возвращает в бортовую сеть порядка 16-20 кВт. Разумеется, есть у данной системы и недостатки - энергия расходуется не только лишь во время движения, но и в статике на поддержание веса автомобиля. Следовательно, применять подобную систему рационально в условиях непрерывной работы амортизаторов, там, где действительно требуется динамика. Пока что серийный выпуск адаптивной подвески не запущен, но компания прогнозирует востребованность подобных систем на автомобилях класса «люкс». линейный двигатель электромеханический привод
Сравнение приводов поступательного движения
Рассмотрим преимущества и недостатки основных типов приводов поступательного движения, таких как: гидравлические, пневматические, линейные электродвигатели и механические передачи, преобразующие вращательное движение электромотора в поступательное. Под последним типом будут подразумеваться: ременная передача, реечная передача, а также шариковинтовая (ШВП) и роликовинтовая (РВП) передачи. Относительное сравнение приводится для механизмов возвратно-поступательного действия.
Для начала чуть подробнее остановимся на механических передачах. Известно, что высокооборотные машины обладают существенно лучшими массогабаритными показателями, чем их аналоги с низкими частотами вращения. Но большинство механизмов, для которых создаётся электропривод как правило требуют много меньших частот вращения или же скоростей перемещения. Механические передачи в составе электроприводов поступательного движения выполняют как минимум 2 функции - редуктора и преобразователя координаты. В свою очередь каждая из этих составляющих вносит негативные факторы в параметры привода. Редуктор значительно сказывается на массогабаритных параметрах привода. Масса редуктора составляет до 80% от общей массы исполнительного механизма. В автор приводит следующий пример: масса двигателя эскалатора метро М дв = 0.8 (т), редуктора - М ред = 18 (т). Кроме того, не стоит забывать, что чем сложнее механизм - тем большее количество изнашивающих элементов он в себя включает. Основную составляющую шума и вибраций даёт именно редуктор. Наличие редуктора ухудшает условия переходного процесса (Т эм). Механические передачи любого рода вносят кинематическую погрешность в систему привода. Несмотря на рассмотренные недостатки поступательные приводы, основанные на механических передачах, остаются распространённым решением в промышленности. Основная причина этого - относительная дешевизна и простота вышеупомянутых конструкций.
Перечисляя ниже преимущества и недостатки конкретных устройств учтём, что сравнение ведётся между системами поступательного движения в целом, а не между отдельными промежуточными элементами, такими как механические передачи. Следовательно, для справедливой оценки КПД такой системы, необходимо учесть в ней наличие движителя. Как правило, движителями механических передач возвратно-поступательного действия является электродвигатель вращения, среднестатистический КПД которого з = 85%. Данное значение перемножается на КПД механической передачи для получения общего значения КПД системы.
Таким образом:
1) Ременная передача. (общий КПД порядка 76%)
Преимущества:
· Высокая скорость;
· Низкая стоимость;
· Плавность и малошумность работы;
· Большой рабочий ход;
· Защита от перегрузок за счёт проскальзывания ремня;
Недостатки:
· Непостоянство передаточного отношения;
· Повышенная изнашиваемость;
· Значительные габариты;
· Необходимость защиты ремня от попадания масла;
2) Реечная передача (общий КПД порядка 82%)
Преимущества:
· Простота изготовления;
· Компактность;
· Большой рабочий ход;
· Надёжность;
Недостатки:
· Не осуществляет редукцию;
· Шум и вибрация;
· Вносит погрешности (кинематическую и мёртвого хода);
3) Шариковинтовая передача (общий КПД порядка 76%)
Преимущества:
· Высокое выходное усилие;
Недостатки:
· Требует смазки;
· Высокий уровень шума;
· Низкие скорости и ускорения;
· Мёртвый ход;
4) Роликовинтовая передача (общий КПД порядка 87%)
Преимущества:
· Высокое выходное усилие;
· Повышенная износостойкость;
· Высокая точность позиционирования;
Недостатки:
· Высокая стоимость и сложность изготовления элементов качения;
· Требует смазки;
5) Пневматический привод (общий КПД порядка 15%)
Преимущества:
· Низкая стоимость систем, работающих в релейном режиме;
· Высокие ускорения;
· Возможность применения в опасных средах;
· Большой срок службы;
Недостатки:
· Мягкая механическая характеристика;
· Малое быстродействие;
· Крайне низкий КПД;
· Высокий уровень шума.
6) Гидравлический привод (общий КПД порядка 81%)
Преимущества:
· Высокая удельная мощность;
· Большие выходные усилия;
· Жёсткие механические характеристики;
· Быстродействие;
Недостатки:
· Утечки рабочей жидкости;
· Требовательность к параметрам рабочей жидкости;
· Высокая стоимость;
· Повышенный износ;
7) Линейный электродвигатель (КПД может достигать 90-95%)
Преимущества:
· Высокие скорости и ускорения;
· Низкий уровень шума и вибраций;
· Высокое быстродействие;
· Не требует обслуживания;
· Всего один подвижный элемент во всей системе;
Недостатки:
· Небольшой рабочий ход;
· Небольшие выходные усилия;
· Требовательность к быстродействию управляющего контроллера.
Все вышесказанные достоинства и недостатки приводов поступательного движения можно свести в таблицу (табл. 1), сравнивая их по одноимённым параметрам. Ещё раз повторимся, что сравнение производится именно среди класса механизмов возвратно-поступательного движения, ибо нет смысла сравнивать между собой привод открытия/закрытия дверей железнодорожного вагона и тяговый двигатель самого состава. Это совершенно разные устройства, к которым предъявляются различные требования. На сегодняшний день производителями разработано огромное количество агрегатов в области линейного перемещения. Номенклатура их параметров крайне широка и в рамках обзорной работы не представляется возможным описать конкретные цифровые диапазоны для всех этих параметров. Кроме того, из года в год разработчики предлагают всё новые серии и модели своих устройств, тем самым расширяя разброс уже существующих параметров. Таким образом, данное в таблице 1 сравнение, базируется на общих преимуществах и недостатках каждого из видов приводов. Автор подчёркивает, что материалы таблицы 1 не являются пособием по выбору типа привода, но, в первую очередь, имеют демонстрационную, ознакомительную цель. Каждый параметр оценивается по шкале от 1 (*) до 5 (*****), где * - наихудшее значение и ***** - наилучшее значение соответственно.
Таблица 1. Сравнение приводов поступательного движения
|
Параметр |
Ременная передача |
Реечная передача |
Пневмо- цилиндр |
Гидро-цилиндр |
Линейный двигатель |
|||
|
Скорость |
||||||||
|
Ускорение |
||||||||
|
Рабочий ход |
||||||||
|
Уровень шума |
||||||||
|
Требования к обслуживанию |
||||||||
|
Переходный процесс |
||||||||
|
Стоимость |
Классификация линейных электродвигателей
Можно провести классификацию по общим признакам следующим образом:
· Синхронные/асинхронные;
· Малых/больших ускорений;
· Тяговые/позиционные;
· Пассивного/принудительного охлаждения;
· Нерегулируемые/управляемые;
· По конструкции.
В свою очередь, классификация по конструкции включает в себя обширную номенклатуру параметров. Обобщим ранее известные классификации, произведённые в , и приведём наиболее основополагающие из них (табл. 2).
Таблица 2. Классификация конструктивных параметров ЛД
|
Вариант исполнения |
||
|
Замыкание магнитного потока |
С продольным потоком (аксиальным) |
|
|
С поперечным потоком |
||
|
С продольно-поперечным потоком |
||
|
Тип индуктора |
С ферромагнитным сердечником |
|
|
С воздушным сердечником |
||
|
Заполненный эпоксидным компаундом |
||
|
Тип формы активных элементов |
Односторонний |
|
|
Двухсторонний |
||
|
U-образный |
||
|
С-образный |
||
|
Коаксиальный |
||
|
Система возбуждения |
Постоянные магниты |
|
|
Сверхпроводящие магниты |
||
|
Обмотка возбуждения с магнитопроводом |
||
|
Комбинированное возбуждение |
||
|
Тип обмотки |
||
|
Барабанного типа |
||
|
Кольцевого типа |
||
|
Сосредоточенная катушечная |
||
|
типа Грамма |
||
|
Полюсное деление обмотки статора |
С постоянным шагом |
|
|
С переменным шагом |
||
|
Вторичный элемент |
Диамагнетик |
|
|
Ферромагнетик |
||
|
С постоянными магнитами |
||
|
Комбинированный |
||
|
Агрегатное состояние вещества вторичного элемента |
Твёрдое тело |
|
|
Жидкость |
||
Заключение
На сегодняшний день линейные электрические машины, являясь одной из наиболее перспективных ветвей развития приводов поступательного движения, успешно применяются в составе устройств общего и специального назначения. Несмотря на существенно более редкое использование линейных электродвигателей в промышленности по сравнению с двигателями вращательного движения, разновидности линейных машин крайне обширны, а новые модели непрерывно разрабатываются, постепенно вытесняя своих устаревших электромеханических конкурентов. Рассмотрев современные области применения, а также преимущества и недостатки линейных двигателей, можно сделать вывод о целесообразности их использования в нескольких случаях, а именно: в качестве основы для быстродействующего следящего привода малых усилий, или же в качестве тягового двигателя, в случае, когда использование иных движителей невозможно или же не рационально.
Список литературы
1. Козаченко Е.В. Линейные тяговые электродвигатели. М.: Информэлектро, 1984. 72с.
2. Москаленко В.В. Электродвигатели специального назначения. - М.: Энергоиздат, 1981. - 104 с., ил.- (Библиотека электромонтёра. Выпуск 522).
3. Servo Tube - Series ST Technology. Брошюра Dunkermotoren. DIN EN ISO 9001:2008
4. Черных И.В., Сарапулов Ф.Н. Основы теории и моделирование линейного асинхронного двигателя как объекта управления. Екатеринбург: УГТУ, 1999, 229с.
5. R. Luis, J.C.Quadrado. PM tubular synchronous motor modelling. ISEL R. Conselheiro Emнdio Navarro, 1950-072 LISBOA PORTUGAL.
6. Конструкция линейных электродвигателей [Видеозапись]: учебное пособие/режиссёр И.Дубинская; автор сценария Р.Тээметс - М.: Союзфильм, 1985. - .9 мин.
7. Конвейеры: Справочник/Р.А.Волков, А.Н.Гнутов, В.К.Дьячков и др. Под общ. ред. Ю.А.Пертена. Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1984. 367с.
8. Серебреницкий П.П. Линейные двигатели нового поколения // Двигатель. 2000. №3(9) май-июнь. С. 46-48.
9. John McBrewster, Frederic P. Miller, Agnes F. Vandome. JR-Maglev. 2011. ID: 1218782, P.124. ISBN: 978-6-1337-1270-6
12. Ernest P. Gagnon, Jerome F. Jaminet, Eric G. Olsen. Elevator driven by a flat linear motor: пат. US5086881 A США. 11 фев 1992
13. Yoshinori Nakanishi. Tubular linear motor driven elevator: пат. US5300737 A США. 5 апр 1994.
14. Michael R. Doyle, Douglas J. Samuel, Thomas Conway, Robert R. Klimowsk. Electromagnetic Aircraft Launch System - EMALS. Aircraft Div., Naval Air Warfare Center, Lakehurst, NJ. IEEE Transactions on Magnetics (Impact Factor: 1.39). 02/1995; 31(1):528 - 533. DOI: 10.1109/20.364638. Source: IEEE Xplore.
15. Свечарник Д.В. Электрические машины непосредственного привода: Безредукторный электропривод. - М.: Энергоатомиздат, 1988.- 208 с.:ил.
16. Соколов М.М., Сорокин Л.К. Электропривод с линейными асинхронными двигателями. - М.: «Энергия», 1974 -136 с.: ил.
17. Черногоров Е. Механические передачи. - Челябинск, 2013. - 87с.
18. Пневматические устройства и системы в машиностроении. Справочник. -- Под общ. редакцией Е.В. Герц. -- М.: Машиностроение, 1981. -- 408 с.
Аннотация
В статье представлен обзор линейных электрических машин. Сформулировано определение понятия линейного электродвигателя. Рассмотрены принципы действия плоского и коаксиального линейных двигателей. Перечислены их существующие отрасли применения. Дано сравнение линейных электродвигателей с другими электромеханическими, гидравлическими и пневматическими приводами возвратно-поступательного движения. В результате сравнения выявлены преимущества и недостатки линейных электрических машин. Также, приведена классификация различных типов и конструктивных исполнений линейных электродвигателей. По результатам сравнительного анализа даны рекомендации к использованию машин данного класса в различных областях промышленности.
Ключевые слова : линейные электродвигатели, приводы поступательного движения, бесколлекторные электрические машины.
The paper contains linear electric motors review. The definition of the linear motor concept has been formulated. Principles of action of a flat and tubular linear motors has been considered. Listed their existing usage areas. A comparison of linear electric motors with another electrico-mechanical, hydraulic and pneumatic reciprocating motion mechanisms has been given. In the result of comparison advantages and disadvantages of linear electric machines has been identified. Also, the classification of different types and designs of linear motors has been shown. In the result of comparative analysis recommendations for the use of existing type machines at various industries has been given.
Keywords: Linear electric motors, translational mechanisms, brushless electric machines.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Защита электродвигателей в процессе их эксплуатации. Аварийные режимы работы электродвигателей. Виды защиты асинхронных электродвигателей. Электрические аппараты, применяемые для защиты электродвигателей. Схема электроснабжения ГУП ППЗ "Благоварский".
отчет по практике , добавлен 13.08.2012
История открытия и создания двигателей постоянного тока. Принцип действия современных электродвигателей. Преимущества и недостатки двигателей постоянного тока. Регулирование при помощи изменения напряжения. Основные линейные характеристики двигателя.
курсовая работа , добавлен 14.01.2018
Принцип действия асинхронного двигателя. Устройство асинхронных электродвигателей с фазным ротором. Схемы присоединения односкоростных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Режимы работы электродвигателей, их монтаж и центровка.
презентация , добавлен 29.04.2013
Составление расчетных схем. Определение сил, действующих на гидродвигатель. Вычисление нагрузки на исполнительный гидравлический двигатель. Расход рабочей жидкости и полезных перепадов давлений для силовых цилиндров возвратно-поступательного движения.
курсовая работа , добавлен 26.10.2011
Характеристика цеха ООО "Статор". Расчет электрических сетей напряжением 0,4 кВ. Технология ремонта электродвигателей. Установка для пропитки статоров асинхронных электродвигателей. Пожарная опасность технологических процессов и меры профилактики.
дипломная работа , добавлен 11.07.2012
Основные цели проведения пуско-наладочных работ. Объемы, нормы и методика испытаний. Проверка возможности включения электродвигателей в работу без предварительной ревизии и сушки. Снятие электрических характеристик на холостом ходу и под нагрузкой.
отчет по практике , добавлен 13.11.2016
Параметры электродвигателей, предельная длительно допускаемая температура обмотки статора. Гидрозащита погружных электродвигателей, их маркировка. Устройства комплектные серии ШГС 5805. Определение глубины подвески c помощью кривых распределения.
презентация , добавлен 03.09.2015
Разработка лабораторной установки для исследования характеристик электродвигателей постоянного тока с различными видами возбуждения. Элементы конструкции тягового электродвигателя. Угловая скорость вращения якоря. Способы регулирования возбуждения.
курсовая работа , добавлен 16.03.2013
Расчет токов короткого замыкания. Расчет уставок токовых защит линии электропередач, защит трансформаторов и высоковольтных асинхронных электродвигателей. Самозапуск электродвигателей и защита минимального напряжения. Автоматическое включение резерва.
курсовая работа , добавлен 19.11.2013
Устройства релейной защиты и автоматики. Расчет токов короткого замыкания. Защита питающей линии электропередач. Защиты трансформаторов и электродвигателей. Самозапуск электродвигателей и защита минимального напряжения. Автоматическое включение резерва.
Аксиальный ДВС Duke Engine
Мы привыкли к классическому дизайну двигателей внутреннего сгорания, который, по сути, существует уже целый век. Быстрое сгорание горючей смеси внутри цилиндра приводит к увеличению давления, которое толкает поршень. Тот, в свою очередь, через шатун и кривошип крутит вал.
Классический ДВС
Если мы хотим сделать двигатель помощнее, в первую очередь нужно увеличивать объём камеры сгорания. Увеличивая диаметр, мы увеличиваем вес поршней, что отрицательно сказывается на результате. Увеличивая длину, мы удлиняем и шатун, и увеличиваем весь двигатель в целом. Или же можно добавить цилиндров — что, естественно, также увеличивает результирующий объём двигателя.
С такими проблемами столкнулись инженеры ДВС для первых самолётов. Они, в конце концов, пришли к красивой схеме «звездообразного» двигателя, где поршни и цилиндры расположены по кругу относительно вала через равные углы. Такая система хорошо охлаждается потоком воздуха, но очень уж она габаритная. Поэтому поиски решений продолжались.
В 1911 году Macomber Rotary Engine Company из Лос-Анджелеса представила первый из аксиальных (осевых) ДВС . Их ещё называют «бочковыми», двигателями с качающейся (или косой) шайбой. Оригинальная схема позволяет разместить поршни и цилиндры вокруг основного вала и параллельно ему. Вращение вала происходит за счёт качающейся шайбы, на которую поочерёдно давят шатуны поршней.
У двигателя Макомбера было 7 цилиндров. Изготовитель утверждал, что двигатель был способен работать на скоростях от 150 до 1500 об/мин. При этом на 1000 об/мин он выдавал 50 л.с. Будучи изготовлен из доступных в то время материалов, он весил 100 кг и имел размеры 710×480 мм. Такой двигатель был установлен в самолёт авиатора-первопроходца Чарльза Фрэнсиса Уолша «Серебряный дротик Уолша».
Гениальный и слегка безумный инженер, изобретатель, конструктор и бизнесмен Джон Захария Делореан мечтал построить новую автомобильную империю в пику существующим, и сделать совершенно уникальный «автомобиль мечты». Все мы знаем машину DMC-12, которую называют просто DeLorean. Она не только стала звездой экрана в фильме «Назад в будущее», но и отличалась уникальными решениями во всём — начиная от алюминиевого кузова на плексигласовом каркасе и заканчивая дверями «крылья чайки». К сожалению, на фоне экономического кризиса производство машины не оправдало себя. А затем Делореан долго судился по подложному делу о наркотиках.
Но мало кто знает, что Делореан хотел дополнить уникальный внешний вид машины ещё и уникальным мотором — среди найденных после его смерти чертежей были и чертежи аксиального ДВС. Судя по его письмам, он задумал такой двигатель ещё в 1954 году, а всерьёз принялся за разработку в 1979-м. В двигателе Делореана было три поршня, и они располагались равносторонним треугольником вокруг вала. Но каждый поршень был двусторонним — каждый из концов поршня должен был работать в своём цилиндре.
Чертёж из тетради Делореана
По каким-то причинам рождение двигателя не состоялось — возможно, потому, что разработка автомобиля с нуля вышло достаточно сложным предприятием. На DMC-12 устанавливали 2,8-литровый двигатель V6 совместной разработки Peugeot, Renault и Volvo мощностью 130 л. с. Пытливый читатель может изучить сканы чертежей и заметок Делореана на этой странице .
Экзотический вариант аксиального двигателя - «двигатель Требента»
Тем не менее, такие двигатели не получили широкого распространения — в большой авиации постепенно состоялся переход на турбореактивные двигатели, а в автомобилях по сию пору используется схема, в которой вал перпендикулярен цилиндрам. Интересно только, почему такая схема не прижилась в мотоциклах, где компактность пришлась бы как раз кстати. По-видимому, они не смогли предложить какой-либо существенной выгоды по сравнению с привычным нам дизайном. Сейчас такие двигатели существуют, но устанавливаются в основном в торпедах — благодаря тому, как хорошо они вписываются в цилиндр.
Вариант под названием "Цилиндрический энергетический модуль " с двусторонними поршнями. Перпендикулярные штоки в поршнях описывают синусоиду, двигаясь по волнистой поверхности
Главная отличительная черта аксиального ДВС — компактность. Кроме того, в его возможности входит изменение степени сжатия (объёма камеры сгорания) просто путём изменения угла наклона шайбы. Шайба качается на валу благодаря сферическому подшипнику.
Однако новозеландская компания Duke Engines в 2013 году представила свой современный вариант аксиального ДВС. В их агрегате пять цилиндров, но всего лишь три форсунки для впрыска топлива и — ни одного клапана. Также интересной особенностью двигателя является тот факт, что вал и шайба вращаются в противоположных направлениях.
Внутри двигателя вращаются не только шайба и вал, но и набор цилиндров с поршнями. Благодаря этому удалось избавиться от системы клапанов — движущийся цилиндр в момент зажигания просто проходит мимо отверстия, куда впрыскивается топливо и где стоит свеча зажигания. На стадии выпуска цилиндр проходит мимо выпускного отверстия для газов.
Благодаря такой системе количество необходимых свечей и форсунок получается меньшим, чем количество цилиндров. А на один оборот приходится в сумме столько же рабочих ходов поршня, как у 6-цилиндрового двигателя обычного дизайна. При этом вес аксиального двигателя на 30% меньше.
Кроме того, инженеры из Duke Engines утверждают, что и степень сжатия их двигателя превосходит обычные аналоги и составляет 15:1 для 91-го бензина (у стандартных автомобильных ДВС этот показатель равен обычно 11:1). Все эти показатели могут привести к уменьшению расхода топлива, и, как следствие — к уменьшению вредного воздействия на окружающую среду (ну или к увеличению мощности двигателя — в зависимости от ваших целей).
Сейчас компания доводит двигатели до коммерческого применения. В наш век отработанных технологий, диверсификации, экономии на масштабе и т.п. сложно представить, как можно серьёзно повлиять на индустрию. В Duke Engines, по-видимому. это тоже представляют, поэтому намереваются предлагать свои двигатели для моторных лодок, генераторов и малой авиации.
Демострация малых вибраций двигателя Duke
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, а именно к роторным двигателям. Техническая задача, решаемая изобретением: повышение надежности работы конструкции, в частности снижение износа уплотнений лопаток. Двигатель включает крышки, между которыми установлен на оси ротор, в направляющих прорезях которого установлены лопатки. Лопатка имеет форму уплощенного цилиндра, а на ее боковой поверхности выполнены два тангенциальных паза, расположенные диаметрально противоположно. Крышки со стороны, обращенной к ротору, имеют кольцевые выемки, образующие кольцевой канал для прохождения рабочего тела, разделенный ротором. Кольцевой канал имеет в сечении, проходящем через ось, форму окружности с диаметром, соответствующим диаметру лопатки. Канал волнообразно изгибается по синусоиде симметрично относительно среднего сечения ротора, перпендикулярного оси. В крышках имеются окна для впуска воздуха и выпуска отработанных газов. В теле каждой крышки имеются соединенные с каналом камеры, в которых размещены топливные форсунки, а при необходимости калоризаторы. Уплотнительные кольца свободно установлены в пазах лопаток, выполненных на боковой поверхности их дисковых участков. 4 ил.
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, а именно к роторным двигателям. Известен роторно-поршневой двигатель Ванкеля [А.Ф.Крайнев. Словарь-справочник по механизмам. - М.: Машиностроение, 1987 г., стр. 40]. В двигателе трехгранный ротор размещен внутри цилиндрического корпуса, профиль которого выполнен по эпитрохоиде. Ротор установлен так, что он может вращаться на эксцентриковом валу и жестко соединен с зубчатым колесом, которое взаимодействует с неподвижным зубчатым колесом. Ротор с зубчатым колесом обкатывается по неподвижному колесу так, что его грани скользят по внутренней поверхности корпуса, отсекая переменные объемы камер внутреннего канала. При этом канал для прохождения рабочего тела образован между внутренней поверхностью корпуса и поверхностью ротора. Корпус снабжен окнами для подачи топливной смеси и выхода отработавших газов, а также соединенной с каналом камерой с установленной в ней свечой зажигания. Двигатель не имеет массивных деталей, совершающих возвратно-поступательное движение, благодаря чему повышается плавность хода, уменьшается уровень шума и вибрации при работе. Однако конструкция имеет недостатки, связанные с наличием зубчатых колес и эксцентрикового вала, что снижает надежность его работы. В качестве прототипа выбран роторный аксиальный двигатель [Заявка PCT 94/04794, МКИ F 01 C 1/344, опубл. 03.03.94]. Двигатель имеет корпус, внутри которого на оси вращения закреплен дисковый ротор с установленными в его прорезях лопатками. Корпус из двух соединенных между собой массивных крышек. В кольцевой выемке каждой крышки со стороны ротора установлена съемная вставка, формирующая конфигурацию канала для прохождения рабочего тела. Таким образом, можно считать, что каждя крышка выполнена составной. Это прием использован в прототипе для повышения технологичности изготовления массивной крышки с каналом заданной конфигурации, которая диктуется формой лопатки и законом ее осевого возвратно-поступательного перемещения. В прототипе используются лопатки в форме прямоугольных пластин, короткие стороны которых, обращенные к крышкам, имеют радиусное закругление. Соответствующую форму в поперечном сечении имеет кольцевой канал для прохождения рабочего тела, который разделен диском ротора на две равные по объему части. В направлении вдоль оси ротора канал волнообразно изгибается по периодическому закону, симметрично относительно среднего сечения ротора, перпендикулярного оси ротора. Волна в развертке на плоскости имеет форму трапеции. Крышки снабжены окнами для подачи воздуха и выхода отработавших газов, а также камерой, соединенной с каналом, в которой установлена топливная форсунка. Прототип, в отличие от приведенного выше аналога, имеет аксиальное расположение дискового ротора и полностью уравновешен, а потому более надежен в эксплуатации. Однако при работе двигателя лопатки испытывают значительные пиковые нагрузки, вследствие ступенчатых изгибов канала. Кроме того, сложная система неподвижных уплотнений на лопатке приводит к их неравномерному износу в процессе работы. Уплотнения, находящиеся на закруглениях лопатки изнашиваются существенно быстрее, чем на прямых поверхностях, что приводит к потере герметичности рабочих камер, а следовательно, к падению мощности или даже к поломке двигателя. В основу изобретения поставлена задача повышения надежности работы конструкции. Поставленная задача решается тем, что в роторном аксиальном двигателе, включающем корпус, состоящий из соединенных между собой двух крышек, между которыми установлен закрепленный на оси ротор, на периферийной части которого имеются направляющие прорези, ориентированные в радиальных плоскостях вдоль оси ротора, в которых установлены лопатки с обеспечением возможности их возвратно-поступательного движения в направлении, параллельном оси ротора, на внутренней поверхности каждой крышки выполнена кольцевая выемка такой конфигурации, что при соединении крышек образуется кольцевой канал для прохождения рабочего тела, канал имеет в сечении, проходящем через ось ротора форму по форме лопатки и волнообразно изгибается по периодическому закону, симметрично относительно среднего сечения ротора, перпендикулярного его оси, при этом лопатки снабжены уплотнительными элементами, периферийная часть ротора с установленными лопатками размещена внутри кольцевого канала, а каждая крышка снабжена окнами для подачи воздуха в кольцевой канал и выхода отработавших газов, а также камерой, соединенной с кольцевым каналом, в которой установлена топливная форсунка, согласно изобретению каждая лопатка имеет форму уплощенного цилиндра, на боковой поверхности которого имеются два тангенциальных паза, расположенных диаметрально противоположно, выполненных с обеспечением возможности размещения лопатки в направляющей прорези ротора, уплотнительные элементы установлены на боковой поверхности дисковых частей лопатки с обеспечением возможности их свободного перемещения по периметру дисковых частей лопатки, канал волнообразно изгибается по синусоиде. Изобретение иллюстрируется фигурами чертежей:
Фиг.1 - изометрия общего вида двигателя,
Фиг.2 - изометрия лопатки с уплотнительными элементами,
Фиг.3 - сечение А-А на фиг. 1 (по разъему крышки и ротора),
Фиг.4 - диаграмма рабочего процесса двигателя (развертка на плоскости кольцевого сечения по средней линии канала). Двигатель включает верхнюю крышку 1 и нижнюю крышку 2, соединенные болтами 3 через проставку 4. Ротор 5 закреплен на оси 6 с обеспечением возможности вращения на подшипниках 7. В направляющих прорезях ротора 5 на его периферийной части свободно установлены лопатки 8, имеющие форму уплощенного цилиндра. Крышки 1, 2 со стороны, обращенной к ротору 5, имеют кольцевые выемки 9, которые выполнены таким образом, что при сборе крышек в единую конструкцию образуется кольцевой канал 10 для прохождения рабочего тела, разделенный ротором 5. Кольцевой канал 10 имеет в сечении, проходящем через ось 6 форму окружности с диаметром, соответствующим диаметру лопатки. Кольцевой канал 10 волнообразно изгибается по синусоиде 11 симметрично относительно среднего сечения ротора 5, перпендикулярного оси 6. В крышках 1, 2 имеются окна 12 для впуска воздуха и окна 13 для выпуска отработанных газов. В теле каждой крышки имеются соединенные с каналом 10 камеры 14, в которых размещены топливные форсунки 15, а при необходимости калоризаторы (на фигурах не показаны). Лопатка 8 имеет на боковой поверхности два тангенциальных паза 16, расположенные диаметрально противоположно. Уплотнительные элементы - кольца 17 - могут быть свободно установлены в пазах, выполненных на боковой поверхности дисковых участков лопаток 8. Канал 10 делится ротором на две части, каждую из которых условно можно разделить на зоны: 18 - зона впуска воздуха, 19 - зона сжатия, 20 - зона рабочего хода, 21 - зона выпуска отработанных газов. При этом каждая рабочая зона верхней части канала сдвинута по отношению к аналогичной рабочей зоне нижней части канала на определенный угол. В случае, если "синусоида" канала имеет 2 периода, как показано на фиг. 4, то угол сдвига составляет 90 o . В двигателях с большей мощностью, а следовательно с большим диаметром ротора, целесообразно увеличивать количество периодов изгибов канала. В таком случае угол сдвига будет составлять меньшую величину. Двигатель работает следующим образом. В начальный момент пусковой механизм приводит во вращение ротор 5, и лопатки 8 начинают перемещаться по каналу 10. При этом в объем между соседними лопатками 8, находящимися в зоне 18 всасывается или нагнетается воздух через окно 12. Затем после прохождения окна обеими лопатками объем между ними уменьшается и происходит сжатие воздуха (зона 19). В зоне 20 рабочего хода из камеры 14 через форсунку 15 в сжатый воздух подается топливо, которое самовоспламеняется при высокой степени сжатия, либо поджигается при помощи калоризатора. Давление расширяющихся газов воздействует на лопатки 8 и вращают ротор 5. Отработанные газы выходят через окна 13 в зоне 21. В дальнейшем горение поддерживается непрерывной подачей топлива через форсунку 15. При работе двигателя лопатки 8 совершают сложное движение: возвратно-поступательное в прорезях ротора 5 и поступательное движение в кольцевом канале 10. Уплотнение рабочих камер между лопатками осуществляется кольцами 17. Ввиду того, что кольца установлены в пазах на лопатках свободно, они при движении лопаток проскальзывают по пазу, постоянно меняя свое положение, и следовательно, изнашиваются равномерно. Синусоидальная форма канала 10 обеспечивает плавность хода лопаток, что снижает их износ по сравнению с прототипом и повышает надежность работы. Заявляемый двигатель может работать по описанному циклу на любом жидком углеводородном топливе без изменения конструкции. В особых случаях, когда для достижения большой мощности двигателя диаметр лопатки существенно увеличивают, он может приближаться к критической величине. Чтобы этого избежать в крышках выполняют несколько концентрических каналов, а в роторе - несколько концентрических рядов прорезей с соответственным количеством установленных в них лопаток меньшего диаметра. Изобретение найдет промышленное применение в автомобилестроении, в авиастроении и может быть использовано в переносных энергоустановках.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Роторный аксиальный двигатель, включающий корпус, состоящий из соединенных между собой двух крышек, между которыми установлен закрепленный на оси ротор, на периферийной части которого имеются направляющие прорези, ориентированные в радиальных плоскостях вдоль оси ротора, в которых установлены лопатки с обеспечением возможности их возвратно-поступательного движения в направлении, параллельном оси ротора, на внутренней поверхности каждой крышки выполнена кольцевая выемка такой конфигурации, что при соединении крышек образуется кольцевой канал для прохождения рабочего тела, канал имеет в сечении, проходящем через ось ротора, форму по форме лопатки и волнообразно изгибается по периодическому закону, симметрично относительно среднего сечения ротора, перпендикулярного его оси, при этом лопатки снабжены уплотнительными элементами, периферийная часть ротора с установленными лопатками размещена внутри кольцевого канала, а каждая крышка снабжена окнами для подачи воздуха в кольцевой канал и выхода отработавших газов, а также камерой, соединенной с кольцевым каналом, в которой установлена топливная форсунка, отличающийся тем, что каждая лопатка имеет форму уплощенного цилиндра, на боковой поверхности которого имеются два тангенциальных паза, расположенных диаметрально противоположно, выполненных с обеспечением возможности размещения лопатки в направляющей прорези ротора, уплотнительные элементы установлены на боковой поверхности дисковых частей лопатки с обеспечением возможности их свободного перемещения по периметру дисковых частей лопатки, канал волнообразно изгибается по синусоиде.
Владельцы патента RU 2410555:
Изобретение относится к двигателестроению, к аксиально-поршневым двигателям внутреннего сгорания с осями цилиндров, расположенными в одной плоскости с осью ведущего вала и с пространственно-качающейся наклонной шайбой. Аксиально-поршневой двигатель содержит блоки цилиндров рабочей (1) и компрессорной (7) секций, коренной вал (13) с наклонными дисками (14, 15), распределительный вал (16), пространственно-качающиеся шайбы (18, 19), опоры (24) с рычагами (25), головку цилиндров рабочей секции (26) с камерами сгорания изменяющегося объема (27), головку цилиндров компрессорной секции (39), впускные коллектора (43), компрессор (44), топливный насос (45) и камеры противодавления (47). Блоки цилиндров (1 и 7) содержат попарно диаметрально противоположно расположенные цилиндры (2, 8). Пространственно-качающиеся шайбы (18, 19) установлены по одной на каждую пару цилиндров (2, 8) и выполнены с цапфами (20, 21). Камеры сгорания изменяющегося объема (27) содержат обратные (28), выпускные (30) и впускные (31) клапаны. Впускные клапаны (31) выполнены с разгрузочными полостями (32). Разгрузочные полости (32) соединены с выпускными коллекторами (33) каналами (34). Головка цилиндров компрессорной секции (39) содержит обратные клапаны на входе (41) и на нагнетании воздуха (41). Клапаны на нагнетании (41) соединены трубопроводами (42) с обратными клапанами (28) на входе воздуха в камеры сгорания (27). Рычаги (25), качающиеся в опорах (24), жестко соединены с шарнирами (5, 11). Камеры противодавления (47) расположены в головке цилиндров (26) рабочей секции и соединены между собой каналами (48). Поршни (46), перемещаясь внутрь камер противодавления (47), увеличивают объем камер сгорания (27) и возвращаются в исходное положение при снижении давления в камерах сгорания (27). Технический результат заключается в снижении нагрузок на детали двигателя при сохранении мощности. 4 ил.
Изобретение относится к двигателестроению, конкретнее к аксиально-поршневым двигателям внутреннего сгорания с осями цилиндров, расположенных в одной плоскости с осью ведущего вала, и с пространственно-качающейся наклонной шайбой.
Известен аксиально-поршневой двигатель, содержащий неподвижный корпус, цилиндры с двумя встречными поршнями в каждом, коренной вал с жестко закрепленными на нем дисками, на наружной поверхности которых через подшипники установлены пространственно-качающиеся шайбы, при этом поршни шарнирно соединены с шатунами, противоположные концы которых шарнирно соединены с качающимися шайбами, а оси цилиндров выполнены параллельными оси коренного вала, двигатель снабжен кольцами, каждая шайба соединена с одним из них посредством двух цапф, расположенных друг против друга на внутренней стороне кольца, кольца соединены с корпусом двумя другими цапфами, расположенными друг против друга с внешней стороны колец, и установлены с возможностью покачивания вокруг осей наружных цапф, расположенные на внутренней и внешней сторонах, перпендикулярны между собой и лежат в одной плоскости с центром вращения дисков и центром пространственного покачивания шайб (см. описание изобретения к патенту РФ №2125162, МПК 6 F01В 3/02, F02В 75/26, публикация 20.01.99).
Недостатками этого двигателя являются недостаточно эффективный способ продувки выхлопных газов и наполнения цилиндров воздухом, а также недостаточная надежность узлов крепления шатунов.
Известен аксиально-поршневой двигатель, содержащий головку цилиндров компрессорной секции с впускными клапанами и с обратными клапанами на нагнетании воздуха, блок цилиндров компрессорной секции с поршнями и жестко закрепленными на них штоками с шарнирами, блок цилиндров рабочей секции с попарно диаметрально противоположно расположенными цилиндрами с двумя встречными поршнями в каждом, с тремя группами камер сгорания, впускных, обратных и выпускных клапанов, форсунок, расположенных в середине и по краям цилиндров, впускными и выпускными каналами, ведущий вал с шестерней привода распределительных валов, с жестко закрепленными на нем двумя встречно-наклонными дисками, на наружной поверхности которых через подшипники скольжения установлены пространственно-качающиеся шайбы (по одной на каждую пару цилиндров) с цапфами и удерживающиеся от вращения рычагами, качающимися в опорах, опорные поршни с шарнирами, жестко закрепленные через штоки с поршнями и движущиеся в направляющих цилиндрах, распределительные валы, воздушные ресиверы (см. описание изобретения к патенту РФ №2335647, МПК F01В 3/2, публикация 10.10.2008).
Недостатками этого двигателя, принятого за прототип, являются высокие нагрузки на детали, надежность и прочность которых обеспечивается увеличением их габаритов.
Задачей заявляемого изобретения является снижение нагрузок на детали двигателя при сохранении мощности.
Сущность изобретения заключается в том, что аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит:
Блок цилиндров рабочей секции с попарно диаметрально противоположно расположенными цилиндрами с поршнями, шатунами и шарнирами с шатунными шейками в каждом;
Блок цилиндров компрессорной секции с попарно диаметрально противоположно расположенными цилиндрами с поршнями, шатунами и шарнирами с шатунными шейками в каждом;
Коренной вал с жестко закрепленными на нем наклонными дисками;
Распределительный вал, продолжающий коренной вал, с кулачками;
Пространственно-качающиеся шайбы по одной на каждую пару цилиндров с цапфами, установленные через подшипники на наружной поверхности наклонных дисков;
Опоры с рычагами;
Головку цилиндров рабочей секции с камерами сгорания изменяющегося объема, с обратными клапанами, удерживаемыми в закрытом положении давлением воздуха из канала, с выпускными и впускными клапанами с разгрузочными полостями, соединенными с выпускными коллекторами каналами, с форсунками, толкателями, штангами, коромыслами;
Головку цилиндров компрессорной секции с обратными клапанами на входе и обратными клапанами на нагнетании воздуха, соединенными трубопроводами с обратными клапанами на входе воздуха в камеры сгорания;
Впускные коллектора;
Компрессор;
Топливный насос.
Двигатель дополнительно содержит расположенные в головке блока рабочей секции поршни и камеры противодавления, соединенные между собой каналами.
Рычаги жестко соединены с шарнирами, ограничивая их вращение относительно осей цапф и перемещения вдоль осей цапф.
Описание поясняется чертежами, где:
на фиг.1 показан аксиально-поршневой двигатель, общий вид в продольном разрезе;
на фиг.2 - то же, поперечный разрез А-А;
на фиг.3 - то же, поперечный разрез В-В;
на фиг.4 - то же, поперечный разрез С-С.
Аксиально-поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит:
Блок цилиндров 1 рабочей секции с попарно диаметрально противоположно расположенными цилиндрами 2 с поршнями 3, шатунами 4 и шарнирами 5 с шатунными шейками 6 в каждом;
Блок цилиндров 7 компрессорной секции с попарно диаметрально противоположно расположенными цилиндрами 8 с поршнями 9, шатунами 10 и шарнирами 11 с шатунными шейками 12 в каждом;
Коренной вал 13 с жестко закрепленными на нем наклонными дисками 14, 15;
Распределительный вал 16, продолжающий коренной вал 13, с кулачками 17;
Пространственно-качающиеся шайбы 18, 19 по одной на каждую пару цилиндров 2, 8 с цапфами 20, 21, установленные через подшипники 22, 23 на наружной поверхности наклонных дисков 14, 15;
Опоры 24 с рычагами 25;
Головку цилиндров 26 рабочей секции с камерами сгорания изменяющегося объема 27, с обратными клапанами 28, удерживаемыми в закрытом положении давлением воздуха из канала 29, с выпускными 30 и впускными 31 клапанами с разгрузочными полостями 32, соединенными с выпускными коллекторами 33 каналами 34, с форсунками 35, толкателями 36, штангами 37, коромыслами 38;
Головку цилиндров 39 компрессорной секции с обратными клапанами 40 на входе и обратными клапанами 41 на нагнетании воздуха, соединенными трубопроводами 42 с обратными клапанами 28 на входе воздуха в камеры сгорания 27;
Впускные коллектора 43;
Компрессор 44;
Топливный насос 45.
Двигатель дополнительно содержит расположенные в головке цилиндров 26 рабочей секции поршни 46 и камеры противодавления 47, соединенные между собой каналами 48.
Рычаги 25 жестко соединены с шарнирами 5, 11, ограничивая их вращение и перемещение относительно осей цапф 20, 21.
Аксиально-поршневой двигатель работает следующим образом. При движении поршней 9 в цилиндрах 8 блока цилиндров 7 от В.М.Т. к Н.М.Т. через расположенные в головке цилиндров 39 компрессорной секции впускные коллектора 43, обратные клапаны 40 происходит наполнение цилиндров 8 воздухом. Цикл впуска. При движении поршней 9 от Н.М.Т. к В.М.Т. происходит сжатие воздуха в цилиндрах 8. При достижении давления, равного давлению в трубопроводах 42, воздух вытесняется через обратные клапаны 41, трубопроводы 42, обратные клапаны 28 в расположенные в головке цилиндров 26 рабочей секции камеры сгорания 27, и при достижении поршнями 9 В.М.Т. обратные клапаны 41, обратные клапаны 28 закрываются. Обратные клапаны 28 удерживаются в закрытом положении давлением воздуха в каналах 29. На период запуска двигателя для предотвращения выпуска воздуха из трубопроводов 42 через открытые впускные клапаны 31 в цилиндры 2 давление воздуха в каналах 29 повышается. При этом открытие обратных клапанов 28 происходит после закрытия впускных клапанов 31. Через форсунки 35 топливным насосом 45 впрыскивается топливо и воспламеняется. При повышении давления в камерах сгорания 27 выше заданного поршни 46 перемещаются из исходного положения в сторону камер противодавления 47, соединенных между собой каналами 48, предотвращая повышение давления в камере сгорания 27 выше заданного. Давление в камерах противодавления 47 и каналах 29 поддерживается компрессором 44 (на чертеже не показан). Цикл сжатия. В то же время при приближении поршней 3 к В.М.Т. открываются впускные клапаны 31, начинается подача рабочего газа из камер сгорания 27 в цилиндры 2 блока цилиндров 1. Разгрузочные полости 32 с каналами 34 служат для предотвращения повышения давления с внутренней стороны впускных клапанов 31, создающего усилия, направленные на открытие впускных клапанов 31. Начало цикла рабочего хода. По мере движения поршней 3 от В.М.Т. к Н.М.Т. поршни 46 перемещаются в исходное положение, поддерживая давление в камерах сгорания 27 и рабочих цилиндрах 2 неизменным. При достижении поршнями 46 исходного положения начинается снижение давления в камерах сгорания 27 и рабочих цилиндрах 2. При выравнивании давления в камерах сгорания 27 и трубопроводах 42 начинается продувка камер сгорания 27 от выхлопных газов воздухом из трубопроводов 42 в рабочие цилиндры 2. По окончании продувки впускные клапаны 31 закрываются. При приближении поршней 3 к Н.М.Т. открываются выпускные клапаны 30. Окончание цикла рабочего хода и начало цикла выпуска. При движении поршней 3 от Н.М.Т. к В.М.Т. через выпускные клапаны 30, выпускные коллектора 33 происходит удаление выхлопных газов. При приближении поршней 3 к В.М.Т. закрываются выпускные клапаны 30. Окончание цикла выпуска. Усилие поршней 3 через шатуны 4, шатунные шейки 6, шарниры 5 передается на цапфы 20 качающихся шайб 18, которые через подшипники 22 воздействуют на сбегающую сторону наклонного диска 14, вращая его с коренным валом 13 и распределительным валом 16. Вращающийся с коренным валом 13 наклонный диск 15 через подшипники 23, качающиеся шайбы 19, цапфы 21, передает усилие на шарниры 11, шатунные шейки 12, шатуны 10, поршни 9, обеспечивая их возвратно-поступательное движение в цилиндрах 8 блока цилиндров 7. Рычаги 25, жестко соединенные с шарнирами 5, 11, качающиеся в опорах 24 препятствуют вращению качающихся шайб 18, 19. Управление впускными 31 и выпускными 30 клапанами осуществляется расположенными на распределительном валу 16 кулачками 17 через толкатели 36, штанги 37, коромысла 38.
Заявленное изобретение позволит уменьшить нагрузки на детали двигателя при сохранении мощности.
Аксиально-поршневой двигатель, содержащий: блок цилиндров рабочей секции с попарно диаметрально противоположно расположенными цилиндрами с поршнями, шатунами и шарнирами с шатунными шейками в каждом; блок цилиндров компрессорной секции с попарно диаметрально противоположно расположенными цилиндрами с поршнями, шатунами и шарнирами с шатунными шейками в каждом; коренной вал с наклонными дисками; распределительный вал с кулачками; пространственно-качающиеся шайбы по одной на каждую пару цилиндров с цапфами; опоры с рычагами; головку цилиндров рабочей секции с камерами сгорания изменяющегося объема, с обратными клапанами, удерживаемыми в закрытом состоянии давлением воздуха из канала, с выпускными и впускными клапанами с разгрузочными полостями, соединенными с выпускными коллекторами, с форсунками, толкателями, штангами, коромыслами; головку цилиндров компрессорной секции с обратными клапанами на входе и обратными клапанами на нагнетании воздуха, соединенными трубопроводами с обратными клапанами на входе воздуха в камеры сгорания; впускные коллектора; компрессор; топливный насос, отличающийся тем, что рычаги жестко соединены с шарнирами, ограничивая их вращение и перемещение относительно осей цапф, двигатель дополнительно содержит расположенные в головке цилиндров рабочей секции камеры противодавления, соединенные каналами, и поршни, перемещающиеся внутрь камер противодавления, увеличивая объем камер сгорания и предотвращая рост давления в них, и возвращающиеся в исходное положение при снижении давления в камерах сгорания.
Известно, что повышение мощности двигателя внутреннего сгорания связано с ростом габаритов и веса конструкции. К подобным результатам приводит как увеличение количества цилиндров, так и увеличение их внутреннего объема. По этой причине для сохранения массы и габаритов на приемлемом уровне требуется искать различные оригинальные компоновочные решения. К примеру, именно из-за требований по повышению мощности с сохранением приемлемой массы появились радиальные, в том числе ротативные, двигатели. В начале прошлого века было предложено еще одно решение проблемы - т.н. аксиальный двигатель.
В июле 1903 года инженер Гарри Илс Смоллбоун (Harry Eales Smallbone) получил канадский патент на новую конструкцию двигателя внутреннего сгорания. Весной 1905 года Смоллбоун подал заявку в американское патентное бюро, результатом чего стал патент, полученный 22 мая 1906 года. Инженер предложил «многоцилиндровый двигатель» (Multiple cylinder engine) оригинальной конструкции. Главной идеей проекта было максимально возможное сокращение габаритов двигателя с сохранением сравнительно большого числа цилиндров. Немного позже предложенная конструкция двигателя получила название аксиальной.
Аксиальный двигатель Смоллбоуна имел четыре цилиндра и должен был потреблять бензин. Главной целью разработки было сокращение габаритов изделия, для чего автор применил оригинальное компоновочное решение. Картер нового двигателя состоял из трех основных частей. В первой располагался блок цилиндров с системой клапанов и зажигания, вторая предназначалась для соединения агрегатов, а третья вмещала механизм привода основного вала.
Чертеж двигателя Смоллбоуна из патента
Четыре цилиндра располагались по углам условного квадрата, параллельно друг другу. В центре блока цилиндров имелся канал для вала. Параллельное размещение цилиндров и вала позволило уменьшить общее сечение двигателя, хотя привело к необходимости использования специального механизма, приводящего вал в движение. Несмотря на это, Г.И. Смоллбоун счел подобные трудности приемлемой платой за уменьшение размеров.
В донной части картера располагался шайбовый механизм, отвечавший за преобразование поступательного движения цилиндров во вращательное движение вала. Дно картера имело специальный выступ, на котором укреплялась качающаяся деталь сложной формы. Подобная «планшайба» была образована центральным конусом и несколькими боковыми выступами. Ввиду необходимости качания в разных направлениях планшайба закреплялась на шарнире: в ее центральной части имелся канал для стержня с шаровой опорой на конце, входившей в соответствующую выемку дна картера.
На концевой части четырех боковых выступов предусматривались узлы крепления для шатунов с шаровыми наконечниками. Для обеспечения свободного перемещения в пределах необходимых секторов шатуны шарнирно закреплялись в поршнях. Боковые выступы планшайбы перемещались по специальным рельсам, предусмотренным на внутренней поверхности картера.
Во время работы по четырехтактной схеме поршни двигателя должны были поочередно качать планшайбу основного механизма. Качаясь на своем опорном стержне, планшайба должна была вести его по круговой траектории. Хвостовая часть стержня входила в отверстие маховика основного вала. Двигаясь по кругу, стержень должен был вращать маховик и приводить в движение основной вал двигателя и связанные механизмы.
Система подачи бензовоздушной смеси, зажигания и выпуска выхлопных газов не имели серьезных нововведений. Тем не менее, автор применил интересное размещение ее деталей. В верхней стенке цилиндра предусматривалось отверстие с небольшой трубкой на конце. В стенках этой трубки предусматривались клапаны подачи и выпуска, а в дне помещалась свеча зажигания. Такая компоновка была связана с необходимостью сокращения габаритов всего двигателя. К примеру, удалось максимально упростить кулачковый механизм открытия клапанов, поскольку толкатели последних находились в непосредственной близости от основного вала.
Двигатель Смоллбоуна должен был оснащаться системой водяного охлаждения. Для отбора лишнего тепла в блоке цилиндров предусматривались специальные полости, по которым должна была циркулировать охлаждающая жидкость. Необходимо отметить, что на имеющемся чертеже двигателя отсутствуют какие-либо намеки на агрегаты системы охлаждения. Это можно объяснить тем, что автор собирался патентовать только саму конструкцию двигателя, а не полноценное изделие, готовое к серийному производству.
Шайбовый механизм современного двигателя компании Duke Engines, созданного на основе идей Смоллбоуна
Из имеющегося чертежа можно сделать выводы о габаритах двигателя предложенной конструкции. Такой агрегат вписывался в цилиндр диаметром не более 3-4 диаметров поршня. Таким образом, с точки зрения плотности компоновки предложенный аксиальный двигатель представлял большой интерес. Общая длина двигателя находилась в прямой зависимости от различных параметров использованных механизмов. К примеру, размеры механизма преобразования движения поршней во вращение вала зависели от диаметра поршней и длины их хода.
Любопытной особенностью проекта Г.И. Смоллбоуна был определенный модернизационный потенциал. При правильном подходе к конструированию увеличение мощности двигателя было связано только с ростом длины конструкции. Необходимость в существенном увеличении диаметра отсутствовала. Кроме того, имелась возможность увеличения количества цилиндров при сравнительно небольшом росте габаритов.
В 1903-1906 годах автор оригинального двигателя получил два патента, в Канаде и США. Как следует из имеющихся источников, на этом история любопытного проекта закончилась. Аксиальный двигатель внутреннего сгорания конструкции Смоллбоуна не заинтересовал потенциальных заказчиков. Вероятно, отсутствие интереса было связано с ситуацией в двигателестроении и смежных отраслях. В начале двадцатого века автомобильная промышленность еще не нуждалась в оптимизации соотношения мощности и габаритов двигателей. Авиация, в свою очередь, делала первые шаги и решала более важные вопросы, чем соотношение характеристик двигателя.
Проект Смоллбоуна не привлек внимания и оказался забыт. В течение нескольких следующих лет никто не возвращался к идее аксиальной компоновки двигателя. Следующая попытка внедрить оригинальную идею произошла в 1911 году, и была куда более удачной. Новые аксиальные двигатели даже дошли до малосерийного производства, но это уже совсем другая история.
По материалам сайтов:
http://douglas-self.com/
http://cynthiashidesertblog.blogspot.ru/
http://theoldmotor.com/
