專利名稱：嵌套式內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動力裝置，特別是一種嵌套式內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)。 背景技術(shù)：
節(jié)約能源與保護環(huán)境兩大主題推動著對具有高能量傳遞與轉(zhuǎn)換效率的新型動力 裝置的探索與研究。自由活塞直線發(fā)電機(Free-Piston with Linear Generator)，又叫直線 發(fā)動機(Linear Engine),或者直線內(nèi)燃機(Linear Combustion Engine),是近IO年逐漸 發(fā)展起來的一類新型動力系統(tǒng)，它主要是通過對內(nèi)燃機燃燒室和直線發(fā)電機的有機組 合而成，結(jié)構(gòu)形式多變。系統(tǒng)通常由兩個兩沖程內(nèi)燃機燃燒室和一個直線發(fā)電機組成， 燃料在兩個燃燒室內(nèi)輪流燃燒推動活塞做功，活塞帶動直線發(fā)電機定子往復運動，直 接把活塞運動的動能轉(zhuǎn)化為電能輸出。美國西維吉尼亞大學(West Virginia University)和加利福尼亞Sandia國家實驗室 是目前兩個主要的自由活塞直線發(fā)電機研究機構(gòu)。到目前為止，西維吉尼亞大學的研 究工作最具成效。Sandia國家實驗室也對自由活塞直線發(fā)電機進行了深入的研究，他 們把研究重點放在燃燒方式和使用多種燃料上，特別是使用氫作為燃料。此外，斯坦 福大學(Stanford University)、邁阿密大學(University of Miami)、挪威科技大學 (Norwegian University of Science and Technology)等也對自由活塞直線發(fā)電機展開了 一些基礎(chǔ)性的研究。目前的自由活塞直線發(fā)電機均為對接結(jié)構(gòu)(單缸)或?qū)χ媒Y(jié)構(gòu)(雙 缸)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種具有優(yōu)良的節(jié)能環(huán)保性能，可應(yīng)用多種燃料，通過合理 利用有限空間來提高其功率密度的嵌套式內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)。實現(xiàn)本發(fā)明的具體技術(shù)方案是 一種嵌套式內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)，由四 行程內(nèi)燃機燃燒室、直線電機、可逆儲能元件和電控單元四個部分組成，四行程內(nèi)燃 機燃燒室和直線電機兩者同軸心線，汽油機燃燒室在內(nèi)，直線電機在外，形成嵌套結(jié) 構(gòu)，內(nèi)燃機燃燒室由缸蓋、缸套以及活塞等構(gòu)成，在內(nèi)燃機燃燒室缸套外的直線電機 內(nèi)磁軛上設(shè)置冷卻水路，直線電機運動部件通過連接桿與活塞相連，工作時同步運動， 直線電機的外磁軛與機架固連。本發(fā)明的工作原理是直線電機輪流工作于發(fā)電機和電動機工作模式，把活塞運 動的動能轉(zhuǎn)化為電能，同時控制活塞的運動規(guī)律?？赡鎯δ茉糜陔娔艿拇鎯途?沖，電控單元完成整個系統(tǒng)的相關(guān)控制，在高功率密度的要求下，直線電機的長度直 徑比存在最佳值，嵌套結(jié)構(gòu)在內(nèi)部布置發(fā)動機燃燒室的結(jié)構(gòu)正好能充分利用直線電機 內(nèi)部空間。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點是內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)有望發(fā)展 成為新一代的節(jié)能環(huán)保、性能優(yōu)良、同時具有較高性能價格比的車輛動力裝置，并可 能在其它需要移動電源、便攜式電源的各種場合取代常規(guī)的內(nèi)燃-發(fā)電機組而得到廣 泛應(yīng)用。通過合理利用有限空間，明顯提高了內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)的功率密 度，直線電機的長度直徑比可按最佳值設(shè)計，提高了內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)的 能量轉(zhuǎn)換與傳遞效率及可控性。 四


附圖是本發(fā)明的嵌套結(jié)構(gòu)的內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 五具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。結(jié)合附圖，本發(fā)明的嵌套結(jié)構(gòu)的內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)由四行程汽油機燃 燒室l、動圈式永磁直線電機2、可逆儲能元件3和電控單元4等四個部分組成，四 行程汽油機燃燒室和動圈式永磁直線電機兩者同軸心線，汽油機燃燒室在內(nèi)，動圈式 永磁直線電機在外，形成嵌套結(jié)構(gòu)，內(nèi)燃機燃燒室l由缸蓋5缸套6以及活塞7等構(gòu) 成，在內(nèi)燃機燃燒室缸套6外的直線電機內(nèi)磁軛10上設(shè)置冷卻水路11，直線電機運 動部件9通過連接桿8與活塞7相連，工作時同步運動，永磁直線電機2的外磁軛12 與機架13固連。直線電機運動部件9可為圓或多邊的杯形。在內(nèi)燃機燃燒室缸套6 外的直線電機內(nèi)磁軛10上可設(shè)置U形冷卻水路11 。汽油機燃燒室通過燃燒膨脹做功把汽油的化學能轉(zhuǎn)化為活塞的動能。直線電機輪
流工作于發(fā)電機和電動機工作模式，把活塞運動的動能轉(zhuǎn)化為電能，同時控制活塞的 四行程運動規(guī)律?？赡鎯δ茉糜陔娔艿拇鎯途彌_，電控單元完成整個系統(tǒng)的相 關(guān)控制。采用四行程汽油機燃燒室(配置有相應(yīng)的噴油、點火、配氣等子系統(tǒng))和動 圈式永磁直線電機，兩者同軸心線，汽油機燃燒室在內(nèi)，動圈式永磁直線電機在外， 為嵌套結(jié)構(gòu)。汽油機燃燒室由缸蓋5(其中布置汽油機的噴油、點火以及配氣等部件)， 缸套6以及活塞7等構(gòu)成。動圈式永磁直流電機的線圈固定在杯形線圈骨架上，并通 過連接桿與汽油機活塞相連，工作時同步運動。汽油機燃燒室與動圈式永磁直線電機 之間布置冷卻水路，通過缸蓋從動圈式永磁直線電機的內(nèi)磁軛中流入，再由汽油機燃 燒室的缸套外通過缸蓋流出。在高功率密度的要求下，直線電機的長度直徑比存在最佳值，嵌套結(jié)構(gòu)在內(nèi)部布 置發(fā)動機燃燒室的結(jié)構(gòu)正好能充分利用直線電機內(nèi)部空間。
權(quán)利要求
1、 一種嵌套式內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)，由四行程內(nèi)燃機燃燒室[l]、直線電 機[2]、可逆儲能元件[3]和電控單元[4]組成，其特征在于四行程內(nèi)燃機燃燒室和直線電機兩者同軸心線，內(nèi)燃機燃燒室在內(nèi)，直線電機在外，形成嵌套結(jié)構(gòu)，內(nèi)燃機燃燒室[1]由缸蓋[5]、缸套[6]以及活塞[7]等構(gòu)成，在內(nèi)燃機燃燒室缸套[6]外的直線電機 內(nèi)磁軛[10]上設(shè)置冷卻水路[11]，直線電機運動部件[9]通過連接桿[8]與活塞[7]相連， 工作時同步運動，直線電機[2]的外磁軛[12]與機架[13]固連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌套式內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)，其特征在于嵌 套結(jié)構(gòu)內(nèi)部的四行程內(nèi)燃機燃燒室[l]為汽油機燃燒室或應(yīng)用其他燃料的內(nèi)燃機燃燒 室。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的嵌套式內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)，其特征在于嵌套結(jié)構(gòu)外部的直線電機[2]為動圈式永磁直線電機或其他形式的直線電機。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌套式內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)，其特征在于在 內(nèi)燃機燃燒室缸套[6]外的直線電機內(nèi)磁軛[10]上設(shè)置U形冷卻水路[U]。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的嵌套式內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)，其特征在于直線電機運動部件[9]為圓或多邊的杯形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種嵌套式內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)。它由四行程內(nèi)燃機燃燒室、直線電機、可逆儲能元件和電控單元組成，內(nèi)燃機燃燒室和直線電機同軸心線，內(nèi)燃機燃燒室在內(nèi)，永磁直線電機在外，形成嵌套結(jié)構(gòu)，內(nèi)燃機燃燒室由缸蓋缸套以及活塞等構(gòu)成，在內(nèi)燃機燃燒室缸套外的直線電機內(nèi)磁軛上設(shè)置冷卻水路，直線電機運動部件通過連接桿與活塞相連，工作時同步運動，直線電機的外磁軛與機架固連。本發(fā)明的直線電機輪流工作于發(fā)電機和電動機工作模式，把活塞運動的動能轉(zhuǎn)化為電能，同時控制活塞的四行程運動規(guī)律，明顯提高了內(nèi)燃-直線發(fā)電集成動力系統(tǒng)的功率密度，及能量轉(zhuǎn)換與傳遞效率及可控性。
文檔編號F02B63/04GK101144421SQ200710132008
公開日2008年3月19日 申請日期2007年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月19日
發(fā)明者常思勤 申請人:南京理工大學