CN102418600B - 一种液压式高速自由活塞直线发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液压式高速自由活塞直线发电机，属于能源动力领域。它主要包括自由活塞内燃机、液压传动机构和直线发电机。液压传动机构包括：第一液压活塞、第一液压腔、第一液压泵、高压油管、第二液压腔、第二液压活塞、第二液压泵；其连接关系为：第一液压活塞置于第一液压泵之内；第二液压活塞置于第二液压泵之内；第一液压泵通过高压油管与第二液压泵连通构成液压传动机构；内燃机的两个自由活塞通过连杆与第一液压活塞形成一个活塞组件，直线发电机的动子通过另一连杆与第二液压活塞连接。本发明采用了液压传动机构，从而提高了电机动子的切割速度、增加了工作效率，电机动子的速度较活塞运动速度提高n倍。
Description
技术领域
本发明涉及一种液压式高速自由活塞直线发电机，属于能源动力领域。
背景技术
现有的内燃发电机一般结构为往复式内燃机通过曲柄连杆机构与旋转电机相连，包括二冲程和四冲程两类热力循环方式，其缺点是结构复杂、体积较大、热效率低，尾气排放污染物较多。特别是由于活塞的直线运动无法直接实现旋转动力输出，所以要靠曲柄连杆机构来转换，传统的曲轴主要由曲柄、曲拐和曲柄销组成，其主要特点为阶梯轴段，工作过程中活塞组因往复运动而引起的往复惯性力和惯性力矩不能得到完全的平衡，由此引发的振动与噪声问题日益突出，严重影响了内燃发电机的发展。
近年来，人们一直在致力于寻求一种能量转换效率高，振动噪声小活塞式内燃发电机，以期解决上面提到的各种问题，为此做了大量的研究工作。其中，自由活塞式内燃直线发电装置是自由活塞式内燃发动机和直线发电机耦合之后形成的一种新型能量转换装置，目前已经被发明了，并且一些研究机构已经对其展开了研究，李庆峰，肖进，黄震.自由活塞式内燃发电机仿真研究[J].中国机械工程，2009，20(8)：911-916.由于受到内燃机技术的限制，目前内燃机活塞的运动速度较低，导致了直线发电机动子速度也较低，通常平均速度不超过15m/s，能量转换效率也不太高，因此不能够满足高速直线发电机的要求，无形中降低了内燃发电机的使用范围。另外，由于直线速度较低，在相同功率的前提下，直线发电机需要较大的体积才能满足功率的要求，因此由于速度的限制，降低了内燃发电机的单位体积功率。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中发电机动子速度较低的问题，从而提出了一种液压式高速自由活塞直线发电机。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明的一种液压式高速自由活塞内燃直线发电机，它主要包括自由活塞内燃机、液压传动机构和直线发电机。自由活塞内燃机包括：发动机气缸、活塞、进气门、排气门、喷油器、进排气控制器；液压传动机构包括：第一液压活塞、第一液压腔、第一液压泵、高压油管、第二液压腔、第二液压活塞、第二液压泵；直线发电机包括：电机动子、电机定子；
其连接关系为：第一液压活塞置于第一液压泵之内；第二液压活塞置于第二液压泵之内；第一液压泵通过高压油管与第二液压泵连通构成液压传动机构；内燃机的两个自由活塞通过连杆与第一液压活塞形成一个活塞组件，直线发电机的动子通过另一连杆与第二液压活塞连接。
本发明的一种液压式高速自由活塞直线发电机，其工作过程包括冷机启动过程和运行过程；在冷机启动过程中，直线电机工作在电动机模式下；在运行过程中，直线电机工作在发电机模式下，活塞组件在内燃机气缸中往复运动，通过液体传动机构带动电机动子切割磁感线，产生电能输出；其详细工作过程分别为：
1)冷机启动过程。本装置借助于电机的外力，电机动子带动第二液压活塞进行直线运动，由于液压传动机构与电机动子相连，第一液压活塞也会随着连杆做直线运动，此时内燃机其中一气缸内的处于压缩冲程，压缩缸内的空气至上止点，当活塞运动至上止点时，安装在气缸顶部的喷油器喷射出高压燃油，并被压缩燃烧，产生高压燃气，推动活塞向下止点运行，开始对外作功，冷机启动过程完成；
2)运行过程。自由活塞内燃机两个气缸内部分别轮流爆发燃烧，推动活塞组件进行直线运动。活塞在上止点时，高压燃油燃烧产生的燃气爆发压力推动活塞向下止点运动，进行做功，通过液压传动机构，使电机动子切割磁感线，产生电能输出。电机动子的速度较活塞运动速度提高n倍(n＝第一液压活塞的直径/第二液压活塞的直径)。
有益效果
1、本发明的一种液压式高速自由活塞直线发电机，采用了液压传动机构，从而提高了电机动子的切割速度、增加了工作效率，电机动子的速度较活塞运动速度提高n倍(n＝第一液压活塞的直径/第二液压活塞的直径)。
2、作为关键部件的传动机构，主要由液压齿轮和液压腔组成，是成熟技术，可靠性高，制造加工方便，造价低，且便于实现标准化和产品化。
附图说明
图1是实施例的结构示意图；
图中，1-发动机气缸、2-活塞、3-进气门、4-排气门、5-喷油器、6-进排气控制器、7-第一液压活塞、8-第一液压腔、9-第一液压泵、10-高压油管、11-第二液压腔、12-第二液压活塞、13-第二液压泵、14-电机动子、15-电机定子；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
本发明的一种液压式高速自由活塞内燃直线发电机，它主要包括自由活塞内燃机、液压传动机构和直线发电机。自由活塞内燃机包括：发动机气缸1、活塞2、进气门3、排气门4、喷油器5、进排气控制器6；液压传动机构包括：第一液压活塞7、第一液压腔8、第一液压泵9、高压油管10、第二液压腔11、第二液压活塞12、第二液压泵13；直线发电机包括：电机动子14、电机定子15；
第一液压活塞7置于第一液压泵9之内；第二液压活塞12置于第二液压泵13之内；第一液压泵9通过高压油管10与第二液压泵13连通构成液压传动机构；内燃机的两个自由活塞通过连杆与第一液压活塞7形成一个活塞组件，直线发电机的动子14通过另一连杆与第二液压活塞12连接。第一液压活塞7的直径与第二液压活塞12的直径之比为3。
1)冷机启动过程。本装置借助于电机的外力，电机动子14带动第二液压活塞12进行直线运动，由于液压传动机构与电机动子14相连，第一液压活塞7也会随着连杆做直线运动，此时内燃机气缸1内的处于压缩冲程，压缩缸内的空气至上止点，当活塞2运动至上止点时，安装在气缸顶部的喷油器5喷射出高压燃油，并被压缩燃烧，产生高压燃气，推动活塞2向下止点运行，开始对外作功，冷机启动过程完成；
2)运行过程。自由活塞内燃机两个气缸内部分别轮流爆发燃烧，推动活塞组件进行直线运动。活塞在上止点时，高压燃油燃烧产生的燃气爆发压力推动活塞向下止点运动，进行做功，通过液压传动机构，使电机动子14切割磁感线，产生电能输出。电机动子的速度较活塞运动速度提高3倍。
Claims (1)
1.一种液压式高速自由活塞内燃直线发电机，主要包括自由活塞内燃机、直线发电机、液压传动机构；自由活塞内燃机包括:发动机气缸（1）、活塞（2）、进气门（3）、排气门（4）、喷油器（5）、进排气控制器（6）；液压传动机构包括：第一液压活塞（7）、第一液压腔（8）、第一液压泵（9）、高压油管（10）、第二液压腔（11）、第二液压活塞（12）、第二液压泵（13）；直线发电机包括：电机动子（14）、电机定子（15）；其特征在于其连接关系为：第一液压活塞（7）置于第一液压泵（9）之内；第二液压活塞（12）置于第二液压泵（13）之内；第一液压泵（9）通过高压油管（10）与第二液压泵（13）连通构成液压传动机构；内燃机的两个自由活塞通过连杆与第一液压活塞（7）形成一个活塞组件，直线发电机的动子（14）通过另一连杆与第二液压活塞（12）连接；采用了液压传动机构，第一液压活塞（7）的直径与第二液压活塞（12）的直径之比为设定为3，将直线发电机动子（14）的速度提高3倍；
其工作过程为：
1）冷机启动过程：电机动子（14）带动第二液压活塞（12）进行直线运动，由于液压传动机构与电机动子（14）相连，第一液压活塞（7）也会随着连杆做直线运动，此时内燃机气缸（1）内的处于压缩冲程，压缩缸内的空气至上止点，当活塞（2）运动至上止点时，安装在气缸顶部的喷油器（5）喷射出高压燃油，并被压缩燃烧，产生高压燃气，推动活塞（2）向下止点运行，开始对外作功，冷机启动过程完成；
2）运行过程：自由活塞内燃机两个气缸内部分别轮流爆发燃烧，推动活塞组件进行直线运动；活塞在上止点时，高压燃油燃烧产生的燃气爆发压力推动活塞向下止点运动，进行做功，通过液压传动机构，使电机动子（14）切割磁感线，产生电能输出。
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