准自由活塞直线发电机组制造技术

本发明专利技术公开了一种准自由活塞直线发电机组。它解决了目前电力自由活塞发动机结构复杂，工作不可靠等问题，具有结构简单，使用方便，工作可靠性好等优点。其结构为：它包括至少一个发电单元，以及相应的燃料供给、进排气系统，所述发电单元是由相互配合并相对直线运动的气缸－活塞组构成的联动发电单元，发电机动子与联动发电单元的运动件连接，发电机定子和绕组则与联动发电单元的固定件连接；同时在联动发电单元的运动止点处有约束运动件行程的固止件；发电机定子和绕组作为电力输出端。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于内燃式动力装置的热能向电能转换的技术，尤其涉及一种准自由活塞直线发 电机组。技术背景传^f的内燃机一发电机组，首先通过活塞式内燃发动机的活塞一汽缸部分将燃料燃烧释 放的热能转换为活塞的往复直线机械动力，再由曲柄一连杆机构部分将活塞的往复直线机械 动力转换为旋转机械动力，而后将该旋转机械动力经过若干中间环节如联轴器、分动器等， 机械动力的传递、分流及动力参数的变换，最后通过旋转发电机将机械能转换为电力。这种 组合系统应用广泛，但存在以下明显的弊端①由两个独立的能量转换单元一一活塞式内燃 机、旋转发电机，通过中间连接环节组合而成。热能到电力的转换及传递路线长，效率低， 能量浪费严重。②由于系统中活塞与曲柄连杆机构直接相连，连杆的摆动引起的活塞侧向力 较大，不仅造成了机械效率损失，同时造成了活塞与缸壁间的磨损及额外热负载；③曲柄连 杆机构参与全部动力的传递与转换，曲柄连杆机构的受力强度大，各铰接点处的摩擦损耗严 重，系^运转的不均匀度大。④曲轴连杆系统复杂、笨重，原材料浪费严重，生产成本与运 行成本高。电力自由活塞发动机EFPE较上述传统的内燃机一发电机组合系统有了很多改进。通过直 线发电机，实现活塞直线机械能向电能的转换与输出。但是EFPE方案本身存在较多技术问题① 启动系统复杂，附属系统驱动困难，难以实现定时、协调工作；4冲程工作模式、多 缸联动难以实现。- ② 无固定止点、无固定行程，压缩比可变，虽然容易实现通过调整压縮比来改害发动机 的燃烧过程，但工况稳定性难以控制；同时为了追求高效低排放，要求对压缩比的精确控制， 导致控制系统较为复杂，难以解决。③ 燃料的供给正时结构复杂，导致压縮比、燃烧压力等的控制变得不确定，循环供油量 控制精度也比传统发动机要求高得多，从而带来燃油供给系统制造的难度。④ 运动部件的运动特性为非正弦特性，在死点位置附近活塞运动是非对称的，且减速段 长于加速段，与传统系统相比，热能一机械能及机械能一电力转换环境发生了变化，对转换 过程带来影响，难以直接实现传统系统的工作特性及性能。⑤ 在最大速度相同条件下，具有更大的加速度。由于结构上的不平衡，导致往复惯性力 不能自我平衡，造成系统工作冲击及不稳定性增大，由此引起的振动问题需采取附加手段解 决；⑥ 由于活塞自由，故调速困难；因没有飞轮作用发动机熄火现象严重，导致发动机的 工作可靠性变差。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题，提供一种具有结构简单，使用方便，发动机工作 可靠性好等优点的准自由活塞直线发电机组。 为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种准自由活塞直线发电机组，它包括至少一个发电单元，以及相应的燃料供给、进排 气系统，所述发电单元是由相互配合并相对直线运动的气缸-活塞组构成的联动发电单元，发 电机动子与联动发电单元的运动件连接，发电机定子和绕组则与联动发电单元的固定件连接； 同时在联动发电单元的运动止点处有约束运动件行程的固止件；发电机定子和绕组作为电力 输出端。所述发电单元有多个，彼此并联。所述发电单元由四个内燃烧式气缸-活塞及其附件组成，它的固定件包括依次安装在支撑 固件上的第一气缸、第二气缸、第三气缸和第四气缸，发电机定子和绕组安装在第二气缸和 第三气缸之间的支撑固件上，相对于轴心对称，各气缸与发电机定子和绕组在同一轴线上； 其中第一气缸内为第一燃烧室，第二气缸的第二缸头侧为第二燃烧室，第三气缸的第三缸头 侧为第三燃烧室，第四气缸内为第四燃烧室；发电单元的运动件包括一个动力输出框架，在其中部安装与发电机定子和绕组配合的发 电机动子，它相对于轴心对称，在动力输出框架的两端分别设有动子轴，'动子轴两端分别连 接第一活塞和第二活塞呈哑铃型，另一动子轴连接第三活塞和第四活塞也呈哑铃型；周定件 和运动件的各活塞气缸各自对应安装；固止件为第二气缸和第三气缸与各自缸头相对侧并由活塞分隔构成的空气垫室，空气垫 室底部有辅助气道，其内部在活塞压縮时形成空气垫，阻止运动件运动。所述发电单元由四个内燃烧式气缸-活塞及其附件组成，它的固定件包括依次安装在支撑 固件上的第一气缸、第二定塞、第三定塞、第四气缸， 一个发电机定子和绕组安装在第一气 缸和第二定塞间的支撑固件上，另一发电机定子和绕组安装在第三定塞和第四气缸间的支撑 固件上，两电机定子和绕组相对于轴心对称，各气缸、活塞和发电机定子和绕组在同一轴线 上；其中第一气缸的第一缸头侧为第一燃烧室，第四气缸的第四缸头侧为第四燃烧室；发电单元的运动件包括一个动力输出框架，在其两端分别为第二气缸和第三气缸，同时 第二气缸与动子轴连接，动子轴上与第二气缸连接端设有一个发电机动子，另一端为第一活 塞；第三气缸与另一动子轴连接，该动子轴与第三气缸连接端设有另一个发电机动子，另一 端为第四活塞，两发电机动子相对于轴心对称；固定件和运动件中的各活塞、气缸分别对应 安、装在一起: - ~ ,-固止件为第一气缸和第四气缸与各自缸头相对侧并由活塞分隔构成的空气垫室，空气垫 室底部有辅助气道，其内部在活塞压缩时形成空气垫，阻止运动件运动。各燃烧室可具有相同的直径、行程和压缩比。同一气缸内的空气垫室和燃烧室直径为异 径或同径均可。所述固定件上安装辅助正时机构，它包括与空气垫室相对应的止点传感器、进排气门驱 动机构。本专利技术的发电单元采用4个内燃式活塞-汽缸结构。当然4个气缸-活塞结构也可具有相同 的直径、行程和压縮比，并有相同的燃料供给和进、排气系统。固定件和运动件中的各活塞、 气缸分别对应安装在一起；运动部件沿着其轴向连接成一个整体，并保持轴向结构对称。4 个活塞-汽缸结构中，有2个在运动止点附近具有辅助活塞-汽缸结构即空气垫室，同一气缸内 的空气垫室和燃烧室直径为异径或同径均可。空气垫室形成的密闭空间内，在活塞作用下形 成空气绝热压縮过程一一空气垫。该空气垫室用来约束活塞行程，同时缓冲直线运动能量。运动部件可以是活塞，也可以是气缸体。可分别称为活塞结构形式、定塞结构形式。-在洁塞结构形式中，首先采用两个反向对置的内燃式活塞-汽缸结构，通过直线动子轴将 两个活塞连接成一个整体，构成动子轴两端对称的一个哑铃型运动部件。然后将两組哑铃型 运动部件通过动力输出框架连接固定在一起，形成联动发电单元的4活塞运动部件。在动力 输出框架的中部安装与发电机定子和绕组配合的发电机动子，它相对于轴心对称，在动力输 出框架的两端分别设有动子轴，动子轴两端分别连接第一活塞和第二活塞呈哑铃型，另一动 子轴连接第三活塞和第四活塞也呈哑铃型；在活塞结构形式下，固定件包括依次安装在支撑固件上的第一气缸、第二气缸、第三气 缸和第四气缸，发电机定子和绕组安装在第二气缸和第三气缸之间的支撑固件上，相对于轴 心对称，各气缸与发电机定子和绕组在同一轴线上；其中第一气缸内为第一燃烧室，第二气 缸的第二缸头侧为第二燃烧室，第三气缸的第三缸头侧为第三燃烧室，第四气缸内为第四燃烧室；固定件和运动件的各活塞气缸各自对应安装；在活塞结构形式下，固止件为第二气缸和第三气缸与各自缸头相对侧并由活塞分隔构成 的空气垫室，空气垫室底部有辅助气道，其内部在活塞压縮时形成空气垫，阻止运动件运动。在定塞结构形式的发电单元中，四个内燃烧式气缸-活本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种准自由活塞直线发电机组，它包括至少一个发电单元，以及相应的燃料供给、进排气系统，其特征是：所述发电单元是由相互配合并相对直线运动的气缸－活塞组构成的联动发电单元，发电机动子（１５）与联动发电单元的运动件连接，发电机定子和绕组（５）则与联动发电单元的固定件连接；同时在联动发电单元的运动止点处有约束运动件行程的固止件；发电机定子和绕组（５）作为电力输出端。

【技术特征摘要】
1、一种准自由活塞直线发电机组，它包括至少一个发电单元，以及相应的燃料供给、进排气系统，其特征是所述发电单元是由相互配合并相对直线运动的气缸-活塞组构成的联动发电单元，发电机动子(15)与联动发电单元的运动件连接，发电机定子和绕组(5)则与联动发电单元的固定件连接；同时在联动发电单元的运动止点处有约束运动件行程的固止件；发电机定子和绕组(5)作为电力输出端。2、 根据权利要求l所述的准自由活塞直线发电机组，其特征是所述发电单元有多个， 彼此并联。3、 根据权利要求l所述的准自由活塞直线发电机组，其特征是所述发电单元由四个内 燃烧式气缸-活塞及其附件组成，它的固定件包括依次安装在支撑固件(18)上的第一气缸(3)、 第二气缸(7)、第三气缸(9)和第四气缸(11)，发电机定子和绕组(5)安装在第二气缸(7) 和第三气缸(9)之间的支撑固件(18)上，相对于轴心对称，各气缸与发电机定子和绕组(5) 在同一轴线上；其中第一气缸(3)内为第一燃烧室(2),第二气缸(7)的第二缸头(17) 侧为第二燃烧室(6)，第三气缸(9)的第三缸头(19)侧为第三燃烧室(10),第四气缸(11) 内为第四燃烧室(12);发电单元的运动件包括一个动力输出框架(23)，在其中部安装与发电机定子和绕组(5) 配合的发电机动子(15),它相对于轴心对称，在动力输出框架(23)的两端分别设有动子轴(16)，动子轴(16)两端分别连接第一活塞(22)和第二活塞(24)呈哑铃型，另一动子轴.(16)连接第三活塞(20)和第四活塞(21)也呈哑铃型；固定件和运动件的各活塞气缸各 自对应安装；固止件为第二气缸(7)和第三气缸(9)与各自缸头相对侧并由活塞分隔构成的空气垫 室(4)，空气垫室(...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙军，李澎，
申请(专利权)人：孙军，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]