[實用新型]準自由活塞直線發電機組

無效

• 申請號: 200720158948.5
• 申請日: 2007-12-25
• 公開（公告）號: CN201129211Y
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 孫軍;李澎
• 申請（專利權）人: 孫軍
• 主分類號: F02B63/04
• 分類號: F02B63/04;F02B71/04;F01L1/34;H02K7/18
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所有限公司
• 代理人: 張勇

技術領域

本實用新型屬于內燃式動力裝置的熱能向電能轉換的技術，尤其涉及一種準自由活塞直線發電機組。

背景技術

傳統的內燃機-發電機組，首先通過活塞式內燃發動機的活塞-汽缸部分將燃料燃燒釋放的熱能轉換為活塞的往復直線機械動力，再由曲柄-連桿機構部分將活塞的往復直線機械動力轉換為旋轉機械動力，而后將該旋轉機械動力經過若干中間環節如聯軸器、分動器等，機械動力的傳遞、分流及動力參數的變換，最后通過旋轉發電機將機械能轉換為電力。這種組合系統應用廣泛，但存在以下明顯的弊端：①由兩個獨立的能量轉換單元——活塞式內燃機、旋轉發電機，通過中間連接環節組合而成。熱能到電力的轉換及傳遞路線長，效率低，能量浪費嚴重。②由于系統中活塞與曲柄連桿機構直接相連，連桿的擺動引起的活塞側向力較大，不僅造成了機械效率損失，同時造成了活塞與缸壁間的磨損及額外熱負載；③曲柄連桿機構參與全部動力的傳遞與轉換，曲柄連桿機構的受力強度大，各鉸接點處的摩擦損耗嚴重，系統運轉的不均勻度大。④曲軸連桿系統復雜、笨重，原材料浪費嚴重，生產成本與運行成本高。

電力自由活塞發動機EFPE較上述傳統的內燃機-發電機組合系統有了很多改進。通過直線發電機，實現活塞直線機械能向電能的轉換與輸出。但是EFPE方案本身存在較多技術問題：

①啟動系統復雜，附屬系統驅動困難，難以實現定時、協調工作；4沖程工作模式、多缸聯動難以實現。

②無固定止點、無固定行程，壓縮比可變，雖然容易實現通過調整壓縮比來改善發動機的燃燒過程，但工況穩定性難以控制；同時為了追求高效低排放，要求對壓縮比的精確控制，導致控制系統較為復雜，難以解決。

③燃料的供給正時結構復雜，導致壓縮比、燃燒壓力等的控制變得不確定，循環供油量控制精度也比傳統發動機要求高得多，從而帶來燃油供給系統制造的難度。

④運動部件的運動特性為非正弦特性，在死點位置附近活塞運動是非對稱的，且減速段長于加速段，與傳統系統相比，熱能-機械能及機械能-電力轉換環境發生了變化，對轉換過程帶來影響，難以直接實現傳統系統的工作特性及性能。

⑤在最大速度相同條件下，具有更大的加速度。由于結構上的不平衡，導致往復慣性力不能自我平衡，造成系統工作沖擊及不穩定性增大，由此引起的振動問題需采取附加手段解決；

⑥由于活塞“自由”，故調速困難；因沒有飛輪作用發動機熄火現象嚴重，導致發動機的工作可靠性變差。

發明內容

本實用新型的目的就是為了解決上述問題，提供一種具有結構簡單，使用方便，發動機工作可靠性好等優點的準自由活塞直線發電機組。

為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種準自由活塞直線發電機組，它包括至少一個發電單元，以及相應的燃料供給、進排氣系統，所述發電單元是由相互配合并相對直線運動的氣缸-活塞組構成的聯動發電單元，發電機動子與聯動發電單元的運動件連接，發電機定子和繞組則與聯動發電單元的固定件連接；同時在聯動發電單元的運動止點處有約束運動件行程的固止件；發電機定子和繞組作為電力輸出端。

所述發電單元有多個，彼此并聯。

所述發電單元由四個內燃燒式氣缸-活塞及其附件組成，它的固定件包括依次安裝在支撐固件上的第一氣缸、第二氣缸、第三氣缸和第四氣缸，發電機定子和繞組安裝在第二氣缸和第三氣缸之間的支撐固件上，相對于軸心對稱，各氣缸與發電機定子和繞組在同一軸線上；其中第一氣缸內為第一燃燒室，第二氣缸的第二缸頭側為第二燃燒室，第三氣缸的第三缸頭側為第三燃燒室，第四氣缸內為第四燃燒室；

發電單元的運動件包括一個動力輸出框架，在其中部安裝與發電機定子和繞組配合的發電機動子，它相對于軸心對稱，在動力輸出框架的兩端分別設有動子軸，動子軸兩端分別連接第一活塞和第二活塞呈啞鈴型，另一動子軸連接第三活塞和第四活塞也呈啞鈴型；固定件和運動件的各活塞氣缸各自對應安裝；

固止件為第二氣缸和第三氣缸與各自缸頭相對側并由活塞分隔構成的空氣墊室，空氣墊室底部有輔助氣道，其內部在活塞壓縮時形成空氣墊，阻止運動件運動。

所述發電單元由四個內燃燒式氣缸-活塞及其附件組成，它的固定件包括依次安裝在支撐固件上的第一氣缸、第二定塞、第三定塞、第四氣缸，一個發電機定子和繞組安裝在第一氣缸和第二定塞間的支撐固件上，另一發電機定子和繞組安裝在第三定塞和第四氣缸間的支撐固件上，兩電機定子和繞組相對于軸心對稱，各氣缸、活塞和發電機定子和繞組在同一軸線上；其中第一氣缸的第一缸頭側為第一燃燒室，第四氣缸的第四缸頭側為第四燃燒室；