DISPOSITIVO DE PISTON LIBRE CON MOTOR ELECTRICO LINEAL.

Dispositivo de pistón libre con motor eléctrico lineal (66), comprendiendo por lo menos un sistema de pistones (12;

126) desplazable linealmente, un dispositivo del inducidos (36; 146) que está unido al sistema de pistones (12; 126), un dispositivo del estator (50; 52), pudiendo accionarse el por lo menos un sistema de pistones (12; 126) por el efecto de un medio que se expande en una cámara de expansión, una primera cámara de desplazamiento (20) en la cual se puede mover un pistón (14; 128) del por lo menos un sistema de pistones (12; 126) sobre el cual actúa el medio, y una segunda cámara de desplazamiento (46, 150) en la cual se puede mover el correspondiente dispositivo del inducidos (36; 146), siendo la primera cámara de desplazamiento (20) y la segunda cámara de desplazamiento (46, 150), cámaras independientes, caracterizado porque el sistema de pistones (12; 126) limita en un extremo con un primer pistón (14; 128) una cámara de expansión (58), y en un extremo opuesto limita con un segundo pistón (16; 130) una cámara (65;132) que no es una cámara de expansión y que está realizada como cámara de recuperación elástica para el sistema de pistones (12; 126), y porque una tercera cámara de desplazamiento (26; 136), dentro de la cual se desplaza el segundo pistón (16; 130) presenta un diámetro mayor que la primera cámara de desplazamiento (20)

La invención se refiere a un dispositivo de pistón libre con motor eléctrico lineal, comprendiendo por lo menos un sistema de pistones desplazable linealmente, un dispositivo del inducido que está unido al sistema de pistones, un dispositivo del estator, pudiendo accionarse el por lo menos un dispositivo de pistón por el efecto de un medio que se expande en una cámara de expansión, una primera cámara de desplazamiento en la cual se puede mover un pistón del por lo menos un sistema de pistones sobre el cual actúa el medio, y una segunda cámara de desplazamiento en la cual se puede mover el correspondiente dispositivo del inducido, siendo la primera cámara de desplazamiento y la segunda cámara de desplazamiento, recintos independientes.

Por el documento DE 2217194 C3 se conoce por ejemplo un dispositivo de pistón libre con motor eléctrico lineal, que comprende por lo menos un sistema de pistones desplazable linealmente, un dispositivo del inducido que está unido al sistema de pistones y un dispositivo del estator, pudiendo accionarse el por lo menos un sistema de pistones por el efecto de un medio que se expande en una cámara de expansión.

Con éste se puede transformar energía química por medio de la combustión parcialmente en energía mecánica, concretamente la energía cinética de un sistema de pistones, y esta energía mecánica se puede transformar entonces a su vez por medio del motor lineal al menos parcialmente en energía eléctrica. Mediante la realización del movimiento del pistón como movimiento de pistón libre se puede hacer realidad una movilidad lineal pura de los pistones del sistema de pistones sin que sea necesario prever un cigüeñal.

Unos dispositivos correspondientes se pueden emplear por ejemplo como parte de los accionamientos híbridos para automóviles, y en particular en combinación con conceptos híbridos seriales. También se pueden emplear como unidad compacta de producción de corriente para la generación de corriente eléctrica o también en combinación con aplicaciones fijas tal como por ejemplo centrales de calefacción de bloque. [0005] Los dispositivos de combustión con generadores eléctricos se conocen también por el documento US 6.199.519 B1, el documento DE 31 03 432 A1, la Memoria de Patentes de la RDA Nº 113 593, el documento DE 43 44 915 A1 o el artículo “ADVANCED INTERNAL COMBUSTION ENGINE RESEARCH” (Investigación avanzada sobre motores de combustión interna) de P. Van Blarigan, Proceedings of the 2000 DOE Hydrogen Program Review.

Por el documento EP 1 077 318 A1 se conoce un generador de corriente que presenta un banco de cuatro cilindros dispuestos en forma de dos parejas en oposición.

Por el documento US 5.893.343 se conoce un generador eléctrico autógeno que comprende un motor de combustión de dos tiempos realizado para condiciones de carrera

variable del pistón. Está prevista una cámara de precombustión.

En el documento DE 102 19 543 A1, no prepublicado, se da a conocer un dispositivo de pistón libre en el que la carrera del pistón se puede regular de tal modo de forma variable por medio del motor variable que se pueden definir los puntos de inversión del movimiento del sistema de pistones. Aquí se hace expresamente referencia a esa Solicitud.

La invención tiene como objetivo crear un dispositivo de pistón libre con motor eléctrico lineal de la clase citada inicialmente que presente un funcionamiento optimizado en cuanto al accionamiento del sistema de pistones y del motor eléctrico lineal.

Este objetivo se resuelve en el dispositivo de pistón libre citado inicialmente conforme a la invención por el hecho de que el sistema de pistones limita por un extremo con un primer pistón con una cámara de expansión y en un extremo opuesto con un segundo pistón con una cámara que no es una cámara de expansión y que está realizada como cámara de recuperación elástica para el sistema de pistones, y porque presenta una tercera cámara de desplazamiento dentro de la cual se mueve el segundo pistón, que presenta un diámetro mayor que la primera cámara de desplazamiento.

En cuanto al accionamiento del pistón sobre el que actúan los gases de combustión, la magnitud característica es el volumen de una cámara de desplazamiento. En cambio para la densidad de potencia eléctrica del motor lineal, la magnitud característica es el área de entrehierro entre el dispositivo del inducido y el dispositivo del estator. En los dispositivos de pistón libre conocidos por el estado de la técnica, están en serie los pistones sobre los cuales actúa el medio, tal como por ejemplo los gases de combustión, y el dispositivo del inducido. Para conseguir un área de entrehierro grande es preciso que el dispositivo del inducido se construya correspondientemente largo, lo cual da lugar a unas dimensiones de longitud grandes del dispositivo de pistón libre con motor eléctrico lineal.

De acuerdo con la invención está previsto ahora que el dispositivo del inducido se desplace dentro de una segunda cámara de desplazamiento, estando esta segunda cámara de desplazamiento separada de la primera cámara de desplazamiento. De este modo se pueden optimizar las correspondientes cámaras de desplazamiento de modo independiente entre sí. Una cámara de combustión como ejemplo de una cámara de expansión en la que se expanden los gases y accionan el sistema de pistones se puede optimizar en cuanto a la combustión y al accionamiento del sistema de pistones, mientras que la segunda cámara de desplazamiento se puede optimizar en cuanto a las características eléctricas del motor lineal. Con respecto a la segunda cámara de desplazamiento se puede conseguir en particular un área de entrehierro grande sin que tenga que aumentar la longitud total del sistema, o a igualdad de longitud total del sistema se puede conseguir una mayor densidad de potencia.

De acuerdo con la invención, el pistón del por lo menos un sistema de pistones, sobre el cual actúa el medio tal como por ejemplo los gases de combustión y el dispositivo del inducido no van conducidos uno tras otro sino que van conducidos en paralelo.

De acuerdo con la invención se puede conseguir también de forma sencilla un desacoplamiento térmico entre el sistema del inducido y el pistón sobre el cual actúa el medio correspondiente, ya que la segunda cámara de desplazamiento y la cámara de expansión están distanciadas entre sí, y en particular el dispositivo del inducido no se desplaza dentro de la primera cámara de desplazamiento. Especialmente en el caso en que el dispositivo del inducido comprenda imanes permanentes, entonces sus propiedades magnéticas son críticas respecto a la temperatura y a altas temperaturas son desfavorables para la generación de energía eléctrica. Mediante la separación de la primera cámara de desplazamiento y la segunda cámara de desplazamiento se evita que las altas temperaturas de la cámara de expansión (que forma parte de la primera cámara de desplazamiento), repercutan negativamente en el dispositivo del inducido.

El dispositivo de pistón limita en particular por un extremo con un primer pistón una cámara de expansión, y en el extremo opuesto con un segundo pistón, una cámara que no es una cámara de expansión. El primer pistón es aquél pistón sobre el que actúa el medio en expansión. Por el hecho de que la otra cámara que está limitada no es una cámara de expansión se tiene la posibilidad de ajustar de modo variable el dispositivo por medio del control de la carrera del pistón.

La cámara que no es de expansión está realizada como cámara de retorno elástico para el sistema de pistones. Por medio de una cámara de retorno elástico de esta clase se puede recibir energía mecánica durante un ciclo de trabajo, que no se desacopla del motor lineal. La energía almacenada puede emplearse por ejemplo en el régimen de dos tiempos para comprimir una mezcla de combustible – aire, o en el régimen de cuatro tiempos para la expulsión de los gases de escape. En la cámara de recuperación elástica se aloja un elemento y/o medio comprimible que recibe correspondientemente la energía mecánica y después la vuelve a ceder. El elemento comprimible puede ser un elemento mecánico, en particular un muelle de compresión. El medio comprimible es un fluido comprimible tal como por ejemplo aire. Está previsto entonces que la presión en la cámara de retorno elástico se pueda ajustar y/o controlar y/o regular con el fin de ajustar de este modo las propiedades “elásticas” del medio.

Está...

1. Dispositivo de pistón libre con motor eléctrico lineal (66), comprendiendo por lo menos un sistema de pistones (12; 126) desplazable linealmente, un dispositivo del inducidos (36; 146) que está unido al sistema de pistones (12; 126), un dispositivo del estator (50; 52), pudiendo accionarse el por lo menos un sistema de pistones (12; 126) por el efecto de un medio que se expande en una cámara de expansión, una primera cámara de desplazamiento (20) en la cual se puede mover un pistón (14; 128) del por lo menos un sistema de pistones (12; 126) sobre el cual actúa el medio, y una segunda cámara de desplazamiento (46, 150) en la cual se puede mover el correspondiente dispositivo del inducidos (36; 146), siendo la primera cámara de desplazamiento (20) y la segunda cámara de desplazamiento (46, 150), cámaras independientes, caracterizado porque el sistema de pistones (12; 126) limita en un extremo con un primer pistón (14; 128) una cámara de expansión (58), y en un extremo opuesto limita con un segundo pistón (16; 130) una cámara (65;132) que no es una cámara de expansión y que está realizada como cámara de recuperación elástica para el sistema de pistones (12; 126), y porque una tercera cámara de desplazamiento (26; 136), dentro de la cual se desplaza el segundo pistón (16; 130) presenta un diámetro mayor que la primera cámara de desplazamiento (20).

2. Dispositivo de pistón libre según la reivindicación 1, caracterizado porque el por lo menos un sistema de pistones (12; 126) y el dispositivo del inducidos (36; 146) van conducidos en paralelo.

3. Dispositivo de pistón libre según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la segunda cámara de desplazamiento (46; 150) rodea al menos parcialmente la primera cámara de desplazamiento (20).

4. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera cámara de desplazamiento (20) presenta una sección circular.

5. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la segunda cámara de desplazamiento (46; 150) presenta una sección de forma anular o de forma circular.

6. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un eje de simetría (22) de la primera cámara de desplazamiento (20) coincide con un eje de simetría de una cámara de expansión (58).

7. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo del inducidos (36;146), que corresponde al por lo menos un sistema de pistones (12; 126) presenta una distancia transversal respecto al sistema de pistones (12; 126) que es mayor que la extensión transversal de la primera cámara de desplazamiento (20) en la dirección de la separación transversal.

8. Dispositivo de pistón libre según la reivindicación 7, caracterizado porque el dispositivo del inducido (36;146) está realizado como inducido exterior.

9. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo del inducido (36;146) está dispuesto simétrico con relación a un eje (22) de la primera cámara de desplazamiento (20).

10. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la segunda cámara de desplazamiento (46; 150) comprende una pluralidad de cámaras parciales (48a, 48b).

11. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo del inducido (36; 146) comprende una pluralidad de inducidos parciales (40; 148a, 148b), estando conducido cada inducido parcial (40;148a; 148b) de forma desplazable en una cámara parcial (48a; 48b; 150).

12. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo del estator (50; 80) está situado en la segunda cámara de desplazamiento (46).

13. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo del estator (50) está dispuesto alrededor de la segunda cámara de desplazamiento (46) o alrededor de cámaras parciales (48a, 48b) de la segunda cámara de desplazamiento (46).

14. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el dispositivo del estator (80) está dispuesto alrededor de la primera cámara de desplazamiento (20).

15. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque entre el dispositivo del estator (50; 80) y la primera cámara de desplazamiento

(20) está situada una refrigeración (56).

16. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque alrededor del dispositivo del estator (50) está dispuesta una refrigeración (54; 56).

17. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque entre el dispositivo del inducido (36; 146) y el dispositivo del estator (50; 152) está formado un entrehierro (74).

18. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo del inducido (36; 146) comprende una o varias filas (40; 148a; 148b) de elementos magnéticos (42) dispuestos uno tras otro.

19. Dispositivo de pistón libre según la reivindicación 18, caracterizado porque una fila

(40) está situada en un elemento de perfil en forma de listón (78) dispuesto frente a un entrehierro (74) orientado hacia el dispositivo del estator (50).

20. Dispositivo de pistón libre según la reivindicación 18 ó 19, caracterizado porque entre elementos magnéticos (42) contiguos están situados elementos de conducción del flujo (44).

21. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la tercera cámara de desplazamiento (26; 136), dentro de la cual se desplaza el segundo pistón (16; 130), presenta una sección de forma circular.

22. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la segunda cámara de desplazamiento (46; 150) y la tercera cámara de desplazamiento (26; 136) se solapan.

23. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el segundo pistón (16; 130) presenta una superficie mayor orientada hacia la cámara de no-expansión (65; 132) que el primer pistón (14; 128) orientada hacia la cámara de expansión (58).

24. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo del inducido (36) está unido al segundo pistón (16).

25. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el primer pistón (14) y el segundo pistón (16) están unidos entre sí por medio de un vástago de pistón (24).

26. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizado porque la tercera cámara de desplazamiento (136), dentro de la cual se desplaza el segundo pistón (130) no solapa con la segunda cámara de desplazamiento (150).

27. Dispositivo de pistón libre según la reivindicación 26, caracterizado porque el primer pistón (90) y el segundo pistón (92) están formados por una placa de pistón común (94).

28. Dispositivo de pistón libre según la reivindicación 26 ó 27, caracterizado porque el sistema de pistones (88) presenta una escotadura en la zona del segundo pistón (92), para formar la cámara de no-expansión (112),

29. Dispositivo de pistón libre según la reivindicación 28, caracterizado porque la escotadura (110) está formada entre las paredes laterales (98) del sistema de pistones

(88) estando el sistema del inducido (36) sujeto al sistema de pistones (88) por medio de las paredes laterales (98).

30. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque su dimensión longitudinal está determinada por el dispositivo del inducido (36; 126; 146).

31. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque entre la primera cámara de desplazamiento (20) y la tercera cámara de desplazamiento (136) está formada una cámara de conducción (140) para un elemento

de sujeción (142) destinado a unir el dispositivo del inducido (146) con el por lo menos un sistema de pistones (126).

32. Dispositivo de pistón libre según la reivindicación 31, caracterizado porque el sistema del inducido se extiende en un sentido que se aleja del elemento de sujeción (142),

33. Dispositivo de pistón libre según la reivindicación 31, caracterizado porque el dispositivo del inducido (146) se extiende en un sentido que se aleja y en sentido opuesto al elemento de sujeción (142).

34. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque hay dos sistemas de pistones (88', 88”; 88*, 88**) dispuestos enfrentados entre sí, con un eje longitudinal (160) que esencialmente es coincidente.

35. Dispositivo de pistón libre según la reivindicación 34, caracterizado porque los primeros pistones (90', 90”) que limitan cámaras de expansión (58), están enfrentados entre sí.

36. Dispositivo de pistón libre según la reivindicación 34, caracterizado porque los segundos pistones (132*, 132**) que limitan cámaras de no-expansión, están enfrentados entre sí.

37. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por estar prevista una pluralidad de parejas de dispositivos de pistón libre.

38. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones 34 a 37, caracterizado porque entre los sistemas de pistones está dispuesto un dispositivo de abastecimiento

(172) y/o un dispositivo de evacuación (172).

39. Dispositivo de pistón libre según la reivindicación 36, caracterizado por estar previsto un dispositivo de abastecimiento (168) para las cámaras de no-expansión.

40. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una cámara de expansión está realizada como cámara de combustión (58).

41. Dispositivo de pistón libre según la reivindicación 40, caracterizado porque en una cámara de combustión (58) se expanden gases de combustión.

42. Dispositivo de pistón libre según la reivindicación 41, caracterizado porque en la 5 cámara de combustión (58) se generan gases de combustión.

43. Dispositivo de pistón libre según la reivindicación 41, caracterizado porque los gases de combustión se generan en el exterior y se incorporan a la cámara de combustión.

10 44. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones 1 a 39, caracterizado porque en una cámara de expansión (312) se expande un medio portador de calor.

45. Dispositivo de pistón libre según la reivindicación 44, caracterizado porque el medio

portador de calor es vapor. 15

46. Dispositivo de pistón libre según la reivindicación 44 ó 45, caracterizado porque el medio portador de calor se genera exteriormente a la cámara de expansión (312) o exteriormente a la cámara de expansión (312) se le aporta energía al medio portador de calor.

47. Dispositivo de pistón libre según una de las reivindicaciones 44 a 46, caracterizado por estar previsto un sistema de refrigeración de retorno (332) del medio evacuado de la cámara de expansión.