[發明專利]一種基于剛性連接的自由活塞發電機

有效

• 申請號: 202110269854.X
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113047948B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 劉龍;韓笑;劉俊杰;梅齊昊;趙豪;許智淳;唐元亨;安琛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: F02B71/04
• 分類號: F02B71/04;F02B41/06;F02B33/22;F02B75/18;H02K7/18;H02K35/02
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 李恩慶

一種基于剛性連接的自由活塞發電機，屬于動力能源技術領域。本發明解決了現有的自由活塞發電機的發電效率低及穩定性差的問題。它包括直線發電機組及布置在直線發電機組兩端的兩套內燃機組，其中所述直線發電機組包括殼體、動子芯軸、定子線圈以及發電機動子，每套內燃機組均包括高壓氣缸及低壓氣缸，兩個高壓活塞及兩個低壓活塞一一對應與四個連接軸固接，實現兩套內燃機組的同步動作。高壓活塞與低壓活塞通過動子芯軸剛性連接，無需傳動裝置，有效減少結構復雜度。大大提高該整機組運行的可靠性與穩定性，最大限度降低安全隱患，降低成本。

技術領域

本發明涉及一種基于剛性連接的自由活塞發電機，屬于動力能源技術領域。

背景技術

隨著社會的不斷發展，人們對能源的需求日益增多，能源問題已經成為制約各行各業進一步發展的主要問題。在各種形式的能源中，電能是被使用最為廣泛的能源之一，而電能在車輛、船舶等行業中又是主要由柴油機進行提供的。在傳統的柴油機發電過程中，能源的傳遞形式先是由燃料的化學能經過柴油機燃燒轉變成曲軸輸出的機械能，然后再由這部分機械能帶動電機進行發電，轉變成電能。整個能源的轉換過程經過了較多的步驟，同時伴隨著柴油機復雜的機械結構，其損失掉了很大一部分能量，因此整體發電效率較低。自由活塞發電機(free piston linear alternator，FPLA)是一種新型的能量轉化裝置，它把自由活塞式內燃機與直線發電機耦合起來，把燃料的化學能直接轉化為電能，相比于傳統的內燃機發電過程具有更高的發電效率與經濟性能，因此正在受到越來越多的關注。

針對現有的雙自由活塞發電機，由于單個自由活塞發電機缸內的工作循環與普通內燃機相差無幾，因此燃燒熱效率并沒有顯著地提高，且傳統的雙自由活塞發電機的布置形式，如渦輪渦桿連接也并不能為提高燃燒熱效率帶來大的貢獻，因此，雙自由活塞發電機的熱效率提升成為制約其發展的一大問題；此外，傳統雙自由活塞發電機布置形式如渦輪渦桿連接等存在穩定性差等一系列問題，給整個發電機運行帶來了極大的安全隱患。

發明內容

本發明是為了解決現有的自由活塞發電機的發電效率低及穩定性差的問題，進而提供了一種基于剛性連接的自由活塞發電機。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：

一種基于剛性連接的自由活塞發電機，它包括直線發電機組及布置在直線發電機組兩端的兩套內燃機組，其中所述直線發電機組包括殼體、動子芯軸、定子線圈以及發電機動子，所述動子芯軸活動穿裝在殼體上，且所述動子芯軸包括主軸體及兩兩對稱固裝在主軸體兩端的連接軸，所述定子線圈固裝在殼體內且同軸套設在動子芯軸外部，所述發電機動子同軸固裝在主軸體上且位于定子線圈與主軸體之間；

每套內燃機組均包括高壓氣缸及低壓氣缸，其中所述高壓氣缸包括高壓缸體及高壓活塞，高壓缸體的封閉端安裝有噴油器、高壓進氣閥及高壓排氣閥，所述低壓氣缸包括低壓缸體及低壓活塞，低壓缸體的封閉端安裝有低壓進氣閥、低壓排氣閥、廢氣進氣口及空氣出口閥，其中空氣出口閥與高壓進氣閥之間連接設置有中冷器，高壓排氣閥與廢氣進氣口之間連接設置有廢氣連通管；

兩個高壓活塞及兩個低壓活塞一一對應與四個連接軸固接，實現兩套內燃機組的同步動作。

進一步地，發電機動子的兩端與殼體之間分別固裝有彈簧。

進一步地，每個高壓缸體上安裝的高壓進氣閥的數量為兩個。

進一步地，低壓氣缸與高壓氣缸的行程相同。

進一步地，高壓缸體的體積及內徑均小于低壓缸體的體積及內徑。

進一步地，高壓活塞上及低壓活塞上均安裝有活塞環。

進一步地，高壓缸體與低壓缸體上均安裝有氣缸蓋，且每個氣缸蓋上均裝有溫度傳感器及壓力傳感器。

本發明與現有技術相比具有以下效果：